什么是4-20mA控制回路?常见故障如何排查?

2019-11-25
什么是4-20mA回路?它是如何工作的?
 
工业过程中测试回路包括传感器输入、温度、压力、流量等。
 
被测量的过程变量被转化成信号传输到回路中的其它单元,例如显示器和控制器;接着控制器根据信号对过程进行控制,例如,对阀门等执行关闭或开启的动作。
 
控制回路可以是模拟量的,也可以是离散量。
 
4-20mA控制回路的构成基础要件
 
1.24V电源供电
2.变送器控制4-20mA信号使其与过程变量成比例变化
3.指示器将4-20mA信号转化为相应过程变量
4.指示器或控制器I/O输入电阻250Ω分流器生成1-5V输入信号(欧姆定律:电压=电流*电阻,4-20 mA X 250 ohms = 1-5V)
 
控制回路中的温度变送器和压力变送器
 
回路中的温度变送器通常通常测量的是过程介质,如流体等的温度值。
 
通常情况下:
 
1.它们将热电偶或热电阻传感器的温度信号转换为4-20mA信号然后再输出;
2.控制器再将4-20mA反译为具体的温度值;
3.基于此温度值,控制回路给实现对过程终端控制元件的控制。
 
同样,控制回路中的压力变送器,通常用来测量过程介质的压力值:
 
1.传感器感知压力,又由变送器将信号转换为4-20mA信号;
2.控制器再将4-20mA信号反译为压力值;
3.控制器根据压力值,给阀门发送指令,控制阀门开度实现安全阀控制,确保容器不产生危险压力。
 
常见控制回路故障及原因
.接线和端子的问题:坏的终端,绝缘问题,线路的腐蚀及污染等;
.回路电源:噪音干扰、过压等问题都可能导致回路工作的不正常;
.控制系统I/O卡件故障;
.变送器;
.传感器:元件的损坏、测量通道的阻塞。
 
回路故障排查步骤
 
一. 验证4-20mA信号
 
用串联法或用毫安电流钳表测量4-20毫安信号
 
1.验证电源供电
2.查找线路问题
3.查找I/O问题
4.查找有问题的接线终端
 
故障排查步骤:
 
1.测量回路中的毫安数值,如果测量到了0mA,那么继续深入排障;
2.如果控制器没有指示显示,可能是I/O输入的保险丝熔断,回路出现开路故障。
 
二. 控制器I/O问题排障:4-20毫安回路排障(替代测试)
 
变送器替代测试是非常好的I/O故障分析方法,即使用测试设备输出一个标准信号来核对控制的输出。
 
故障排查步骤:
 
1.断开变送器连接,将回路校准器或过程表连接在原变送器位置;
2.设置毫安模拟,并设置范围在4-20毫安;
3.验证指示器的正确数值,在同一测试中完成对线路、电源供电和I/O的测试;
4.如果控制器没有指示显示,可能是I/O输入的保险丝熔断,回路出现开路故障。可通过测量在250Ω输入来进行验证。
 
三. 电源供电问题排查
 
使用回路校验仪或多用表,测量回路供电电压。
 
故障排查步骤:
 
1.测量电源供电,应该在近似24V。
2.如果测量结果是不确定的,就进行替代测试。
 
2.1 断开装置回路电源
 
2.2 将回路校准器或过程表的24V回路供电端连接在这个位置
 
2.3 如果此时问题得到解决,那么装置的回路电源可能有缺陷或者存在过载
 
四. 线路噪声排障
 
线路噪声产生的原因绝缘性能差、电缆屏蔽故障、接地回路故障、临界电源供电、布线错误等。
 
噪声信号的捕捉和确认可以通过带万用表功能的过程多用表,或者万用表、手持式示波表等设备来查找系统中是否存在交流信号。
 
在正常情况下,系统中应该只有少量的mV级的交流电压存在。