Bagaimana Prinsip Kerja 4-20 pada Transmitter ?

Sensor adalah perangkat input yang memberikan output yang dapat digunakan sebagai respons terhadap besaran ukur input. Sebuah sensor juga biasa disebut elemen penginderaan, sensor primer, atau detektor primer. Besaran ukur adalah parameter fisik yang akan diukur.
Transduser input menghasilkan output listrik yang mewakili besaran ukur input. Outputnya dikondisikan dan siap digunakan oleh elektronik penerima seperti PLC atau DCS.

Elektronik penerima dapat berupa indikator, pengontrol, komputer, PLC, DCS, dll. Istilah “pemancar”, seperti yang biasa digunakan dengan instrumentasi kontrol proses industri, memiliki definisi yang lebih sempit daripada definisi sensor atau transduser:

Pemancar 4-20 mA
Pemancar adalah transduser yang merespon variabel terukur melalui elemen penginderaan dan mengubahnya menjadi sinyal transmisi standar (seperti 4-20mA) yang merupakan fungsi hanya dari variabel terukur.
Pemancar dapat memiliki salah satu dari beberapa skema sambungan listrik. Yang paling umum dan paling mudah digunakan adalah konfigurasi dua wire, bertenaga loop.
Ini umumnya merupakan konfigurasi dasar untuk sistem kontrol proses industri ketika komunikasi digital tidak diperlukan. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar di bawah, hanya dua kabel yang digunakan untuk mengakomodasi daya ke pemancar dan sinyal keluaran dari pemancar.

Untuk memfasilitasi sistem kontrol loop tertutup, informasi dari proses harus diperoleh sebelum pengontrol dapat menentukan tindakan apa yang mungkin diperlukan oleh elemen kontrol. Beberapa nama populer untuk perangkat penginderaan yang menyediakan informasi adalah sensor, transduser, dan/atau pemancar.

Arus loop standar biasanya 4 hingga 20 mA. Parameter kalibrasi penting dengan loop arus adalah Nol, skala penuh, dan rentang.

Dengan rentang 4 hingga 20mA, arus loop biasanya 4 mA saat besaran ukur atau Variabel Proses berada pada nol, dan 20 mA saat besaran ukur atau Variabel Proses pada skala penuh.

Perbedaan antara Nol dan skala penuh, 16 mA, disebut rentang. Dengan demikian, rentang sesuai dengan rentang yang ditunjukkan dari besaran ukur atau Variabel Proses.

Ketika mempertimbangkan pemancar aliran, misalnya, kisaran besaran ukur atau Variabel Proses adalah 0,0 hingga 100,0 m3/jam, sesuai dengan arus loop 4 hingga 20 mA (rentang keluaran kemudian 16 mA); faktor penskalaan keluaran adalah 0,16 mA/(m3/jam) (yaitu 100 m3/jam 16 mA).

Pemancar 4-20mA Bekerja
Asumsi : Standar +24V DC dengan 20mA

Secara umum, saluran kartu Input Analog PLC / DCS memasok arus lebih dari 20mA untuk memberi daya pada loop.

Kasus 1 : Variabel Proses @ 0%
Kartu Input Analog PLC / DCS mentransmisikan standar +24 V DC, sinyal 20 mA ke Daya Pemancar.

Kabel satu pasang digunakan untuk memberi daya pada pemancar dan kabel yang sama digunakan untuk menerima data dalam kisaran arus 4-20mA.

Pemancar menerima +24V DC, lebih dari 20mA sinyal dalam loop. Sinyal minimum +5V DC, 20mA diperlukan agar pemancar berfungsi dengan baik. Secara Praktis akan terjadi penurunan tegangan pada loop.

Pemancar memiliki fungsi pengatur tegangan bawaan yang digunakan untuk mengatur arus loop. Pemancar akan dikonfigurasi dengan LRV, URV, dan detail lain dari variabel Proses. Arus loop akan divariasikan / diubah oleh pemancar sesuai dengan variabel Proses yang diukur.

Arus 4-20mA akan diubah menjadi standar 1 – 5 V DC menggunakan resistor presisi 250 ohm. Konverter Analog ke Digital akan digunakan untuk mengubah tegangan menjadi sinyal digital yang digunakan untuk menunjukkan nilai Variabel Proses pada HMI DCS/PLC.

Contoh:

Pemancar Aliran dengan jangkauan 0 hingga 100 m3/jam. Pemancar menunjukkan 0 m3/jam karena tidak ada aliran di saluran. DCS / PLC memberi daya pada pemancar dengan +24V DC, 20mA.

Karena Variabel Proses adalah 0 m3/jam, pemancar mengatur arus loop ke 4mA dan tegangan ekivalennya adalah 1 V DC yang diukur dengan Konverter A/D yang menunjukkan 0% Variabel Proses.

How a 4-20mA Transmitter Works ?

Catatan: Arus loop akan sama baik saat awal atau akhir atau titik mana pun dalam loop. Untuk memudahkan pemahaman saja, sinyal 20mA & 4 mA ditampilkan dalam animasi.

Praktisnya, Ketika kita mengukur arus pada setiap titik dalam loop, arus keluaran pemancar akan ditemukan yaitu 4mA sesuai gambar di atas, jadi anggap saja sistem DCS/PLC memberi daya pada loop dengan +24V DC, 20mA (umumnya sistem memasok lebih banyak dari 20mA) sementara pemancar mengatur arus loop dalam 4mA hingga 20mA sesuai konfigurasinya & nilai variabel proses waktu nyata.

Jika Anda ingin mengukur kekuatan loop PLC/DCS yaitu sinyal 20mA (sesuai gambar di atas), lepaskan pemancar dari loop & Hubungkan multimeter secara seri dengan DCS/PLC untuk mengukur arus loop. Dan kabel one pair adalah kabel twisted pair.

Kasus 2 : Variabel Proses @ 50%
Prinsip yang sama berlaku. Pemancar menyesuaikan arus loop sesuai Variabel Proses.

Satu-satunya perbedaan adalah elemen penginderaan pemancar mengubah outputnya sebagai variabel proses bervariasi dari 0% hingga 50%. Pemancar mengatur arus loop sesuai elemen penginderaan.

4-20mA Transmitter Working Principle

Contoh:

Variabel proses menunjukkan 50 m3/jam. Transmitter mengatur output ke 12mA dalam loop sesuai dengan rentang yang dikonfigurasi dan variabel proses yang diukur dan tegangan ekivalennya adalah 3 V DC yang diukur dengan Konverter A/D yang menunjukkan 50% dari Variabel Proses.

Kasus 3 : Variabel Proses @ 100%

Prinsip yang sama berlaku. Pemancar menyesuaikan arus loop sesuai Variabel Proses.

Satu-satunya perbedaan adalah elemen penginderaan pemancar mengubah outputnya karena variabel proses bervariasi dari 50% hingga 100%. Pemancar mengatur arus loop sesuai elemen penginderaan.

Contoh:

Variabel proses menunjukkan 100 m3/jam. Pemancar mengatur output ke 20mA dalam loop sesuai dengan rentang yang dikonfigurasi dan variabel proses yang diukur dan tegangan ekivalennya adalah 5 V DC yang diukur dengan Konverter A/D yang menunjukkan 100% Variabel Proses.

4-20ma circuit schematic

Variabel Proses
Meskipun hampir semua jenis transduser dapat dikonfigurasi sebagai pemancar, jenis yang paling umum untuk kontrol proses industri terdiri dari pengukuran atau Variabel Proses seperti suhu, tekanan, aliran, level, dll.

Pemancar untuk mengukur parameter lain akan memiliki kemungkinan yang sama untuk metode koneksi dan komunikasi, dengan perbedaan utama dalam desain elemen penginderaan pemancar dan peralatan elektronik akan sama dengan sedikit modifikasi perangkat lunak.

Loop Dua Wire
Keuntungan utama dari loop dua wire adalah meminimalkan jumlah kabel yang dibutuhkan untuk menjalankan daya dan sinyal. Penggunaan loop arus untuk mengirim sinyal juga memiliki keuntungan mengurangi sensitivitas terhadap gangguan listrik dan efek pembebanan.

Kebisingan listrik berkurang karena dua kabel dijalankan sebagai pasangan bengkok, memastikan bahwa masing-masing dari dua kabel menerima vektor energi yang sama dari sumber kebisingan, seperti medan elektromagnetik karena perubahan arus di konduktor atau listrik terdekat. motor.

Karena elektronik penerima yang terhubung ke pemancar dirancang untuk mengabaikan sinyal mode umum, derau listrik mode umum yang dihasilkan diabaikan.

Sensitivitas terhadap efek pembebanan berkurang karena arus pada pasangan terpilin tidak terpengaruh oleh hambatan tambahan dari kabel yang panjang.

Kabel yang panjang atau tahanan seri lainnya akan menyebabkan penurunan tegangan yang lebih besar tetapi tidak mempengaruhi level arus selama penyesuaian tegangan yang cukup tersedia dalam rangkaian untuk mensuplai arus sinyal.

Kesesuaian rangkaian untuk menangani penurunan tegangan yang diberikan dari perangkat loop tambahan tergantung pada rangkaian keluaran pemancar dan pada tegangan catu daya.

Catu daya tipikal untuk pemancar industri adalah +24 VDC. Jika 6 volt, misalnya, diperlukan untuk memberi daya pada pemancar dan sirkuit keluarannya, maka kepatuhan 18 volt tetap untuk memungkinkan resistansi kawat, resistansi beban, penurunan voltase melintasi penghalang keselamatan intrinsik (IS) dan tampilan jarak jauh, dll.

Dimana sinyal loop arus terhubung ke peralatan penerima utama (PLC/DCS) atau sistem akuisisi data, resistor beban presisi 250 ohm biasanya terhubung.

Ini mengubah sinyal arus 4 hingga 20 mA menjadi sinyal 1 hingga 5 volt, karena merupakan praktik standar untuk mengonfigurasi konverter analog-ke-digital dari peralatan penerima (PLC/DCS) sebagai input penginderaan tegangan.

Loop Tiga dan Empat Wire
Berbeda dengan konfigurasi loop arus dua kabel, beberapa perangkat loop arus memerlukan tiga atau empat koneksi kabel. Ini tidak bertenaga loop dan karena itu memiliki cara terpisah untuk menyediakan daya dengan menambahkan satu atau dua kabel lagi.

Dalam konfigurasi empat wire, kabel loop arus dapat berupa pasangan terpilin, dan kabel catu daya merupakan pasangan terpilin yang terpisah. Ini mempertahankan kemampuan untuk menolak gangguan mode umum listrik dan magnetik. Ini tidak begitu efektif dalam konfigurasi tiga wire karena koneksi umum untuk jalur arus balik.

Namun, biasanya, ketika seorang insinyur instrumentasi menentukan pemancar loop arus untuk kontrol proses industri, diasumsikan bahwa perangkat 4 sampai 20 mA bertenaga loop dua-kawat dimaksudkan.

Sinyal data lain juga dapat dibubuhkan pada pasangan wire yang sama, atau sebagai alternatif, berbagai teknik komunikasi digital dapat digunakan sebagai pengganti loop arus, jika diperlukan.

Kontak kami

+62 21 5232 0511
+62 21 6232 0111
0813 8014 86 (WA)

Momentous Instrumindo
Website : momentous.id
Linkedin : Momentous Instrumindo
Facebook : Momentous Instrumindo
Instagram : @momentous_instrumindo

Sumber :
https://instrumentationtools.com