シーケンス制御

[初学者必見]文系出身者がアナログ信号DC4-20mAについて簡単に解説します

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申し上げていなかったのですが、僕には3歳上の娘がいます。

どうも僕です。今回は制御関係のお仕事をしていると今後出会ってしまう、アナログ信号DC4-20mAをご紹介できればなと思います。

こちらのアナログ信号DC4-20mAは、機器に対して優しい信号なんですよね。詳しい内容については各章をご覧ください。

今回もよろしくお願い致します。

なぜ使用されるのか?

なぜ使用されるのか?を簡単にまとめてみました。

結局電圧で信号を送るよりDC4-20mAのが安定した信号を送り届けれるから世界的に使用されているんですよね。

①電流出力はノイズやリード線長による電圧降下の心配がないため、正確な出力がだせる。

②電圧信号の問題点は電流信号に比べてノイズに弱いことである。

③シャント抵抗を用いて、4-20mAの電流出力を1-5vの電圧出力に変換することができ確認しやすいため。

④電圧を変換することで制御機器などへの取り込みも容易であり、電圧に比べてDC4-20mAはノイズに強いため長距離伝送に向いています。

⑤断線時には0mAになるのでフェイルセーフ性(断線時に分かりやすい)に優れている。

シャント抵抗とは?

電流(電圧)制御、過電流制限、バッテリー残量検知などの目的で使用される抵抗器の通称になります。

電流検出は回路に直列(寄り道しないで真っすぐに作ること)に接続し、オームの法則を利用して電流-電圧変換を行います。

シャント(Shunt)は本来「脇へそらす」「分流する」という意味で、電流値測定範囲の拡大、変換の為に回路(負荷)に並列に接続される抵抗器を指すそうですよ。

電流信号DC0~20mAではなく、DC4~20mAなのか?

①停電や信号線の断線による無信号状態と、信号値ゼロの状態を区別する目的があるためである。(このことをフェイルセーフ性と言うそうです)

断線で信号がゼロになったのを、信号値が最小になったと誤解して操作すると大変なことになるので「事故」と「信号最小」の区別の為におこなっております。

②1-5Vの電圧入力に変換することが簡単である理由は以下の様になります。(250Ωを利用)

シャント抵抗は250Ωの抵抗が良く使われる。「電圧(V)=電流(A)*抵抗(R)」なので抵抗値が分かっていれば、この抵抗前後の電圧差を測ることによって、電流出力を電圧の値として読み取ることができます。

※計算式 4ma*250Ω=1V (0.004*250)

     20ma*250Ω=5V (0.02*250)

③テスターを直流測定にしたあと、電圧を測ります。測定した時に1Vと出た時は0mAとなります。また5Vと出た時は20mA流れていることになります。

使用計器一覧

レベルセンサー(液面計) 

・レベルセンサーから出力される信号をもらい、PLCなどの機器に入力してデータ管理する。

圧力計

圧力計から出力される信号をもらい、PLCなどの機器に入力してデータ管理する。

キーエンス

流量計

・流量計から出力される信号をもらい、PLCなどの機器に入力してデータ管理する。

制御弁

・流量計から出力される信号をもらい指示調節計などに入力する。指示調節計で設定したセットポイントに追随させるように制御弁側に入力してあげて制御弁を制御する。

まとめ

どうだったでしょうか?

最後に使用機器を書いてみたのですが、4-20mAで信号を送ったりもらったりして、機器制御しております。

安定した信号はDC4-20mA!ノイズが乗らないぜ!と覚えておけば大体大丈夫だと思います。

もっと深く知りたい方は、他のサイト様でも解説されていると思われるのでそちらを参考にしてみてください。

今回もありがとうございました。

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