4-20mA和RS485的應用

4-20mA和RS485的區別

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。并且電流源內阻無窮大，導線電阻串聯在回路中不影響精度，在普通雙絞線上可以傳輸數百米。

上限取20mA是因為防爆的要求：20mA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：正常工作時不會低于4mA，當傳輸線因故障斷路，環路電流降為0。常取2mA作為斷線報警值。電流型變送器將物理量轉換成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。當然，電流輸出可以與電源公用根線(公用VCC或者GND)，可節省一根線，稱之為三線制變送器。其實4-20mA電流本身就可以為變送器供電。變送器在電路中相當于一個特殊的負載，特殊之處在于變送器的耗電電流在4~20mA之間根據傳感器輸出而變化，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。工業電流環標準下限為4mA，因此只要在量程范圍內，變送器至少有4mA供電。這使得兩線制傳感器的設計成為可能。在工業應用中，測量點一般在現場，而顯示設備或者控制設備一般都在控制室或控制柜上。兩者之間距離可能數十至數百米。按一百米距離計算，省去2根導線意味著成本降低近百元。因此在實際使用中兩線制傳感器得到越來越多的應用。

儀表輸出信號為什么選擇4-20mA電流的原因：遠傳信號用電流源優于電壓源的原因：因為現場與控制室之間的距離較遠，連接電線的電阻較大時，如果用電壓源信號遠傳，由于電線電阻與接收儀表輸入電阻的分壓，將產生較大的誤差，而用恒電流源信號作為遠傳，只要傳送回路不出現分支，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現場儀表之間的連接距離，所帶負載等因素；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、負載串聯在一起，有一公共點，而現場變送器與控制室儀表之間的信號聯絡及供電僅用兩根電線為什么起點信號不是0mA？這是基于兩點：1.變送器電路沒有靜態工作電流將無法工作，信號起點電流4mA.DC就是變送器的靜態工作電流。2.同時儀表電氣零點為4mA.DC，不與機械零點重合，這種“活零點"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。傳輸信號時候，要考慮到導線上也有電阻，如果用電壓傳輸則會在導線的產生一定的壓降，那接收端的信號就會產生一定的誤差了！所以使用電流信號作為變送器的標準傳輸！雙絞線特抗是50歐姆左右，相隔1cm寬的0.2平方毫米的導線特性阻抗300歐姆左右，所以負載電阻選擇50-300歐姆比較理想，為了AD轉換方便，負載電阻上的信號大量程值一般5-10V比較合適，那么權衡所有，負載電阻250歐姆，電流20mA，負載壓降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，所以設計者從中盜竊4mA電流給傳感器放大電路供電，這樣4-20mA的標準就確定了。RS485：智能儀表是隨著80年代初單片機技術的成熟而發展起來的，現在世界儀表市場基本被智能儀表所壟斷。究其原因就是企業信息化的需要，企業在儀表選型時其中的一個必要條件就是要具有聯網通信接口。初是數據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，這種接口可以實現點對點的通信方式，但這種方式不能實現聯網功能。隨后出現的R5485解決了這個問題。下面我們就簡單介紹RS485。

RS485采用差分信號負邏輯，+2V~+6V表示“0"，-6V~2V表示“1"RS485有兩線制和四線制兩種接線，四線制只能實現點對點的通信方式，現很少采用，現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構在同一總線上多可以掛接32個結點。

在RS485通信網絡中一般采用的是主從通信方式，即一個主機帶多個從機很多情況下，連接RS485通信電路時只需簡單地用一對雙絞線將各個接口的“A"、“B"端連接起來。

在使用RS485接口時，對于特定的傳輸線路，從RS485接口到負載其數據信號傳輸所允許的大電纜長度與信號傳輸的波特率成反比，這個長度數據主要是受信號失真及噪聲等影響所影響。理論上RS485的長傳輸距離能達到1200米，但在實際應用中傳輸的距離要比1200米短，具體能傳輸多遠視周圍環境而定。在傳輸過程中可以采用增加中繼的方法對信號進行放大，多可以加八個中繼，也就是說理論上RS485的大傳輸距離可以達到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，收發兩端各加一個光電轉換器，多模光纖的傳輸距離是5~10公里，而采用單模光纖可達50公里的傳播距離。