4-20mA和RS485的應(yīng)用

4-20mA和RS485的區(qū)別

RS485是通訊接口，4-20mA是模擬量輸出。

儀表輸出信號為什么選擇4-20mA電流的原因？變送器的傳統(tǒng)輸出直流電信號有0-5V、0-10V、1-5V、0-20mA、4-20mA等，目前廣泛采用的是用4~20mA電流來傳輸模擬量。工業(yè)上廣泛采用的是用4~20mA電流來傳輸模擬量。采用電流信號的原因是不容易受干擾。并且電流源內(nèi)阻無窮大，導(dǎo)線電阻串聯(lián)在回路中不影響精度，在普通雙絞線上可以傳輸數(shù)百米。

上限取20mA是因?yàn)榉辣囊螅?0mA的電流通斷引起的火花能量不是以引燃瓦斯。下限沒有取0mA的原因是為了能檢測斷線：正常工作時(shí)不會低于4mA，當(dāng)傳輸線因故障斷路，環(huán)路電流降為0。常取2mA作為斷線報(bào)警值。電流型變送器將物理量轉(zhuǎn)換成4~20mA電流輸出，必然要有外電源為其供電。典型的是變送器需要兩根電源線，加上兩根電流輸出線，總共要接4根線，稱之為四線制變送器。當(dāng)然，電流輸出可以與電源公用根線(公用VCC或者GND)，可節(jié)省一根線，稱之為三線制變送器。其實(shí)4-20mA電流本身就可以為變送器供電。變送器在電路中相當(dāng)于一個(gè)特殊的負(fù)載，特殊之處在于變送器的耗電電流在4~20mA之間根據(jù)傳感器輸出而變化，顯示儀表只需要串在電路中即可。這種變送器只需外接2根線，因而被稱為兩線制變送器。工業(yè)電流環(huán)標(biāo)準(zhǔn)下限為4mA，因此只要在量程范圍內(nèi)，變送器至少有4mA供電。這使得兩線制傳感器的設(shè)計(jì)成為可能。在工業(yè)應(yīng)用中，測量點(diǎn)一般在現(xiàn)場，而顯示設(shè)備或者控制設(shè)備一般都在控制室或控制柜上。兩者之間距離可能數(shù)十至數(shù)百米。按一百米距離計(jì)算，省去2根導(dǎo)線意味著成本降低近百元。因此在實(shí)際使用中兩線制傳感器得到越來越多的應(yīng)用。

儀表輸出信號為什么選擇4-20mA電流的原因：遠(yuǎn)傳信號用電流源優(yōu)于電壓源的原因：因?yàn)楝F(xiàn)場與控制室之間的距離較遠(yuǎn)，連接電線的電阻較大時(shí)，如果用電壓源信號遠(yuǎn)傳，由于電線電阻與接收儀表輸入電阻的分壓，將產(chǎn)生較大的誤差，而用恒電流源信號作為遠(yuǎn)傳，只要傳送回路不出現(xiàn)分支，回路中的電流就不會隨電線長短而改變，從而保證了傳送的精度。

信號大電流選擇20mA的原因：大電流20mA的選擇是基于：安全、實(shí)用、功耗、成本的考慮。安全火花儀表只能采用低電低電流綜合考慮生產(chǎn)現(xiàn)場儀表之間的連接距離，所帶負(fù)載等因素；還有就是功耗及成本問題，對電子元件的要求，供電功率的要求等因素。信號起點(diǎn)電流選擇4mA的原因：4-20mA變送器兩線制的居多，兩線制即電源、負(fù)載串聯(lián)在一起，有一公共點(diǎn)，而現(xiàn)場變送器與控制室儀表之間的信號聯(lián)絡(luò)及供電僅用兩根電線為什么起點(diǎn)信號不是0mA？這是基于兩點(diǎn)：1.變送器電路沒有靜態(tài)工作電流將無法工作，信號起點(diǎn)電流4mA.DC就是變送器的靜態(tài)工作電流。2.同時(shí)儀表電氣零點(diǎn)為4mA.DC，不與機(jī)械零點(diǎn)重合，這種“活零點(diǎn)"有利于識別斷電和斷線等故障。

什么是4-20mA？一般儀器儀表的信號電流都為4-20mA，指小電流為4mA大電流為20mA。傳輸信號時(shí)候，要考慮到導(dǎo)線上也有電阻，如果用電壓傳輸則會在導(dǎo)線的產(chǎn)生一定的壓降，那接收端的信號就會產(chǎn)生一定的誤差了！所以使用電流信號作為變送器的標(biāo)準(zhǔn)傳輸！雙絞線特抗是50歐姆左右，相隔1cm寬的0.2平方毫米的導(dǎo)線特性阻抗300歐姆左右，所以負(fù)載電阻選擇50-300歐姆比較理想，為了AD轉(zhuǎn)換方便，負(fù)載電阻上的信號大量程值一般5-10V比較合適，那么權(quán)衡所有，負(fù)載電阻250歐姆，電流20mA，負(fù)載壓降5V比較滿意。

那么為什么選擇4-20mA而不是0-20mA呢？為了減少接線的復(fù)雜性，傳感器選擇2線要比多線簡單的多，2線既要傳輸信號，又要給傳感器供電，所以設(shè)計(jì)者從中盜竊4mA電流給傳感器放大電路供電，這樣4-20mA的標(biāo)準(zhǔn)就確定了。RS485：智能儀表是隨著80年代初單片機(jī)技術(shù)的成熟而發(fā)展起來的，現(xiàn)在世界儀表市場基本被智能儀表所壟斷。究其原因就是企業(yè)信息化的需要，企業(yè)在儀表選型時(shí)其中的一個(gè)必要條件就是要具有聯(lián)網(wǎng)通信接口。初是數(shù)據(jù)模擬信號輸出簡單過程量也就是4-20mA，后來儀表接口是RS232接口，這種接口可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)的通信方式，但這種方式不能實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)功能。隨后出現(xiàn)的R5485解決了這個(gè)問題。下面我們就簡單介紹RS485。

RS485采用差分信號負(fù)邏輯，+2V~+6V表示“0"，-6V~2V表示“1"RS485有兩線制和四線制兩種接線，四線制只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)的通信方式，現(xiàn)很少采用，現(xiàn)在多采用的是兩線制接線方式，這種接線方式為總線式拓樸結(jié)構(gòu)在同一總線上多可以掛接32個(gè)結(jié)點(diǎn)。

在RS485通信網(wǎng)絡(luò)中一般采用的是主從通信方式，即一個(gè)主機(jī)帶多個(gè)從機(jī)很多情況下，連接RS485通信電路時(shí)只需簡單地用一對雙絞線將各個(gè)接口的“A"、“B"端連接起來。

在使用RS485接口時(shí)，對于特定的傳輸線路，從RS485接口到負(fù)載其數(shù)據(jù)信號傳輸所允許的大電纜長度與信號傳輸?shù)牟ㄌ芈食煞幢?，這個(gè)長度數(shù)據(jù)主要是受信號失真及噪聲等影響所影響。理論上RS485的長傳輸距離能達(dá)到1200米，但在實(shí)際應(yīng)用中傳輸?shù)木嚯x要比1200米短，具體能傳輸多遠(yuǎn)視周圍環(huán)境而定。在傳輸過程中可以采用增加中繼的方法對信號進(jìn)行放大，多可以加八個(gè)中繼，也就是說理論上RS485的大傳輸距離可以達(dá)到9.6公理。如果真需要長距離傳輸，可以采用光纖為傳播介質(zhì)，收發(fā)兩端各加一個(gè)光電轉(zhuǎn)換器，多模光纖的傳輸距離是5~10公里，而采用單模光纖可達(dá)50公里的傳播距離。