Сигнал 0-10 Вольт или 4-20 мА

При проектировании системы автоматизации или контроля есть необходимость выбрать сигнал для передачи данных. Скорей всего Вам приходилось сталкиваться с выбором между двумя популярными типами сигналов: 0-10 Вольт и 4-20 мА. Оба варианта содержат преимущества и недостатки, при этом правильный выбор зависит от требований системы и конкретных потребностей.
Сигнал 0-10 Вольт представляет собой аналоговый сигнал, где 0 Вольт обозначает минимальное значение, а 10 Вольт – максимальное значение. Этот сигнал повсеместно используется в промышленных решениях, особенно в системах автоматизации, когда требуется плавное управление. Такой тип сигнала часто встречается, так как схемотехнически это решение достаточно лёгкое для реализации. Также имеется высокая разрешающая способность при общих применениях, что позволяет с нужной точностью управлять процессом.
С другой стороны, есть сигнал 4-20 мА, который является одним из стандартов промышленных сигналов. Этот сигнал тоже часто используется в системах контроля и измерения. В этом случае, значение 4 мА обозначает минимальное значение, а значение 20 мА – максимальное значение. Что же объединяет эти сигналы?

1. Плавная регулировка;
2. Входят в стандарты промышленных сигналов;
3. Хорошая разрешающая способность для общепромышленных применений;
4. Сигнал безопасен для человека.

Но что же отличает эти сигналы?
Сигнал 4-20 мА имеет ряд преимуществ по сравнению с сигналом 0-10 В:
Во-первых, токовый сигнал передаётся на большие расстояния в сравнении с сигналом 0-10 В, в котором происходит падение напряжения на длинной линии из-за сопротивления проводников.
Во-вторых, можно легко диагностировать обрыв линии, так как рабочий диапазон сигнала начинается с минимального значения 4 мА. Поэтому если на линии меньше 4 мА, то это обозначает обрыв или неисправность.
В-третьих, датчик с выходом 4-20 мА подключается одним двухжильным кабелем. По нему происходит передача данных, а также подается питание на датчик. Это значительно снижает затраты на подключение датчиков.
В-четвертых, сигнал 4-20 мА относится к искробезопасным, что расширяет круг применения.
Что касается разрешающей способности, то тут нет однозначного ответа, так как это зависит от схемотехнического решения в конкретном устройстве. Обычно сигнал 4-20 мА имеет большую разрешающую способность, так как диапазон измерения между 4…20 мА больше, чем между 0…10 В, но для этого сигналы следует измерять с одинаковой точностью. Если использовать сигнал 0…20 мА, то разрешающая способность повышается кратно.
Сигнал 4-20 мА нашел и специальное применение. Он может дополнительно передавать цифровые данные, которые накладываются поверх основного аналогового сигнала постоянного тока. Эти данные служат для дистанционной настройки оборудования или диагностики его состояния, включая считывание ошибок и отказов – HART протокол.
Подведем итоги:

• сигнал 4-20 мА является более устойчивым к электромагнитным помехам и шумам
• сигнал 4-20 мА может передаваться на более длинные расстояния по сравнению с вариантом 0-10 В
• сигнал 4-20 мА обладает меньшим влиянием на точность измерения, поскольку он не зависит от сопротивления проводов. Это позволяет получить более точные результаты измерений.
• сигнал 4-20 мА обладает более высокой степенью безопасности, так как не создает высоких токов утечки.

Выбор между сигналами 0-10 В и 4-20 мА зависит от конкретных требований и условий решения. Если Ваше оборудование и система уже используют сигнал 0-10 В, то удобнее ничего не менять. В случае, когда Вы создаете новую систему или оборудование и есть возможность выбора между сигналами, то 4-20 мА окажется предпочтительным вариантом благодаря своим преимуществам. В итоге, рекомендуется провести тщательное исследование требований и особенностей Вашего проекта и проконсультироваться с профессионалами в области автоматизации и контроля.
В новых российских программируемых логических контроллерах серии Moderon M72 выбрана такая компоновка входов выходов:

• Аналоговые входы могут принимать токовый сигнал 4…20 мА, так как активные датчики измерения чаще всего используют такой выходной сигнал. При этом достигается более высокая точность измерения. Датчики могут устанавливаться на большем расстоянии от контроллера и можно определить неисправность или обрыв датчика.
• Аналоговые выходы выдают сигнал напряжения 0-10 Вольт, так как различные привода управления и исполнительные механизмы чаше принимают именно такой тип сигнала. Прием 4-20 мА имеют не все устройства. Существуют нормы установки исполнительного оборудования, когда его не рекомендуется выносить далеко от шкафа управления, в отличие от датчиков.