4-20 ایم اے سرکٹ کیسے کام کرتا ہے۔

"موجودہ لوپ" کو 1950 کی دہائی میں ڈیٹا ٹرانسمیشن انٹرفیس کے طور پر استعمال کیا گیا تھا۔ پہلے، انٹرفیس کا آپریٹنگ کرنٹ 60 ایم اے تھا، اور بعد میں، 1962 سے شروع ہونے والا، 20 ایم اے کرنٹ لوپ انٹرفیس ٹیلی ٹائپ میں وسیع ہو گیا۔

1980 کی دہائی میں، جب تکنیکی آلات میں مختلف سینسرز، آٹومیشن آلات اور ایکچیو ایٹرز بڑے پیمانے پر متعارف ہونے لگے، "موجودہ سرکٹ" انٹرفیس نے اس کے آپریٹنگ کرنٹ کی حد کو تنگ کر دیا - یہ 4 سے 20 ایم اے تک مختلف ہونا شروع ہوا۔

RS-485 انٹرفیس معیار کی آمد کے ساتھ، «موجودہ لوپ» کا مزید پھیلاؤ 1983 سے سست ہونا شروع ہوا، اور آج «موجودہ لوپ» تقریباً کبھی بھی نئے آلات میں استعمال نہیں ہوتا ہے۔

ایک کرنٹ لوپ ٹرانسمیٹر RS-485 ٹرانسمیٹر سے اس لحاظ سے مختلف ہے کہ یہ وولٹیج سورس کے بجائے کرنٹ سورس استعمال کرتا ہے۔

کرنٹ، وولٹیج کے برعکس، سرکٹ کے ساتھ منبع سے حرکت کرتا ہے، لوڈ پیرامیٹرز کے لحاظ سے اپنی موجودہ قدر کو تبدیل نہیں کرتا ہے۔ لہذا، "موجودہ لوپ" یا تو کیبل مزاحمت، لوڈ مزاحمت، یا یہاں تک کہ آنے والے شور EMF کے لیے حساس نہیں ہے۔

اس کے علاوہ، لوپ کرنٹ خود کرنٹ سورس کی سپلائی وولٹیج پر منحصر نہیں ہے، بلکہ صرف کیبل کے ذریعے رساو کی وجہ سے تبدیل ہو سکتا ہے، جو عام طور پر غیر معمولی ہوتے ہیں۔ موجودہ سائیکل کی یہ خصوصیت مکمل طور پر اس کے نفاذ کے طریقوں کا تعین کرتی ہے۔

واضح رہے کہ capacitive پک اپ کا EMF موجودہ ماخذ کے متوازی طور پر یہاں لگایا جاتا ہے، اور شیلڈنگ کا استعمال اس کے طفیلی اثر کو کمزور کرنے کے لیے کیا جاتا ہے۔

اس وجہ سے، سگنل ٹرانسمیشن لائن عام طور پر ایک شیلڈ بٹی ہوئی جوڑی ہوتی ہے، جو ایک ڈیفرینشل ریسیور کے ساتھ مل کر کام کرتے ہوئے، اکیلے ہی کامن موڈ اور انڈکٹو شور کو کم کرتی ہے۔

سگنل کی وصولی کی طرف، لوپ کرنٹ کو کیلیبریٹڈ ریزسٹر کا استعمال کرتے ہوئے وولٹیج میں تبدیل کیا جاتا ہے۔ اور 20 ایم اے کے کرنٹ پر، معیاری سیریز 2.5 V کا ایک وولٹیج حاصل کیا جاتا ہے۔ 5V; 10V؛ - بالترتیب 125، 250 یا 500 اوہم کی مزاحمت کے ساتھ صرف ایک ریزسٹر کا استعمال کرنا کافی ہے۔

"موجودہ لوپ" انٹرفیس کا پہلا اور بنیادی نقصان اس کی کم رفتار ہے، جو کہ ٹرانسمیشن کیبل کی صلاحیت کو ٹرانسمیشن سائیڈ پر واقع مذکورہ بالا کرنٹ سورس سے چارج کرنے کی رفتار سے محدود ہے۔

لہٰذا، 75 pF/m کی لکیری گنجائش کے ساتھ 2 کلومیٹر لمبی کیبل استعمال کرتے وقت، اس کی گنجائش 150 nF ہوگی، جس کا مطلب ہے کہ 20 mA کے کرنٹ پر 5 وولٹ تک اس کیپیسیٹینس کو چارج کرنے میں 38 μs کا وقت لگتا ہے، جو کہ مساوی ہے۔ ڈیٹا کی منتقلی کی شرح 4.5 kbps

ذیل میں ڈسٹورشن کی مختلف سطحوں اور مختلف وولٹیجز پر استعمال ہونے والی کیبل کی لمبائی پر «موجودہ لوپ» کے ذریعے زیادہ سے زیادہ دستیاب ڈیٹا ٹرانسمیشن کی شرح کا گرافیکل انحصار ہے، تشخیص اسی طرح کی گئی تھی جس طرح RS انٹرفیس -485۔

«موجودہ لوپ» کا ایک اور نقصان کنیکٹرز کے ڈیزائن اور کیبلز کے برقی پیرامیٹرز کے لیے مخصوص معیار کی کمی ہے، جو اس انٹرفیس کے عملی اطلاق کو بھی محدود کر دیتا ہے۔ منصفانہ طور پر، یہ نوٹ کیا جا سکتا ہے کہ حقیقت میں، عام طور پر قبول شدہ 0 سے 20 ایم اے اور 4 سے 20 ایم اے تک ہوتے ہیں۔ رینج 0 - 60 mA بہت کم استعمال ہوتی ہے۔

سب سے زیادہ امید افزا پیش رفت جن کے لیے "موجودہ لوپ" انٹرفیس کے استعمال کی ضرورت ہوتی ہے، آج زیادہ تر حصے کے لیے صرف 4 ... 20 ایم اے انٹرفیس استعمال کیا جاتا ہے، جس سے لائن بریک کی آسانی سے تشخیص ممکن ہو جاتی ہے۔ اس کے علاوہ، "موجودہ لوپ" "ڈیولپر کی ضروریات پر منحصر ہے، ڈیجیٹل یا اینالاگ ہو سکتا ہے (اس پر بعد میں مزید)۔

کسی بھی قسم کے «کرنٹ لوپ» (اینالاگ یا ڈیجیٹل) کی عملی طور پر کم ڈیٹا ٹرانسمیشن کی شرح اسے سیریز میں جڑے کئی ریسیورز کے ساتھ بیک وقت استعمال کرنے کی اجازت دیتی ہے، اور لمبی لائنوں کے ملاپ کی ضرورت نہیں ہے۔

«موجودہ سائیکل» کا اینالاگ ورژن

اینالاگ "موجودہ لوپ" نے ٹیکنالوجی میں اطلاق پایا ہے جہاں یہ ضروری ہے، مثال کے طور پر، سینسر سے کنٹرولرز تک یا کنٹرولرز اور ایکچیوٹرز کے درمیان سگنل منتقل کرنا۔ یہاں، موجودہ سائیکل کئی فوائد فراہم کرتا ہے۔

سب سے پہلے، پیمائش شدہ قدر کے تغیر کی حد، جب اسے معیاری حد تک کم کیا جاتا ہے، تو آپ کو نظام کے اجزاء کو تبدیل کرنے کی اجازت دیتا ہے۔ کافی فاصلے پر اعلی درستگی کے ساتھ سگنل منتقل کرنے کی صلاحیت (+ -0.05% غلطی سے زیادہ نہیں) بھی قابل ذکر ہے۔ آخر میں، موجودہ سائیکل کے معیار کو زیادہ تر صنعتی آٹومیشن فروشوں کی حمایت حاصل ہے۔

4 … 20 mA کرنٹ لوپ میں سگنل ریفرنس پوائنٹ کے طور پر کم از کم کرنٹ 4 mA ہوتا ہے۔اس طرح، اگر کیبل ٹوٹ جائے تو، کرنٹ صفر ہو جائے گا۔ 0 … 20 mA کرنٹ لوپ کا استعمال کرتے ہوئے، کیبل کے ٹوٹنے کی تشخیص کرنا زیادہ مشکل ہو گا، کیونکہ 0 mA منتقلی سگنل کی کم از کم قدر کی نشاندہی کر سکتا ہے۔ 4 … 20 mA رینج کا ایک اور فائدہ یہ ہے کہ 4 mA کی سطح پر بھی بغیر کسی پریشانی کے سینسر کو پاور کرنا ممکن ہے۔

ذیل میں دو اینالاگ موجودہ خاکے ہیں۔ پہلے ورژن میں پاور سپلائی ٹرانسمیٹر میں بنائی گئی ہے جبکہ دوسرے ورژن میں پاور سپلائی بیرونی ہے۔

بلٹ ان پاور سپلائی انسٹالیشن کے لحاظ سے آسان ہے، اور بیرونی آپ کو اس ڈیوائس کے مقصد اور آپریٹنگ حالات کے لحاظ سے اس کے پیرامیٹرز کو تبدیل کرنے کی اجازت دیتا ہے جس کے ساتھ موجودہ لوپ استعمال ہوتا ہے۔

موجودہ لوپ کے آپریشن کا اصول دونوں سرکٹس کے لیے یکساں ہے۔ مثالی طور پر، ایک op-amp کی اندرونی مزاحمت لامحدود ہوتی ہے اور اس کے ان پٹس میں صفر کرنٹ ہوتا ہے، جس کا مطلب ہے کہ اس کے ان پٹس میں وولٹیج بھی شروع میں صفر ہے۔

اس طرح، ٹرانسمیٹر میں ریزسٹر کے ذریعے کرنٹ صرف ان پٹ وولٹیج کی قدر پر منحصر ہوگا اور پورے لوپ میں کرنٹ کے برابر ہوگا، جبکہ یہ لوڈ ریزسٹنس پر منحصر نہیں ہوگا۔ لہذا، رسیور ان پٹ وولٹیج آسانی سے تعین کیا جا سکتا ہے.

op-amp سرکٹ کا فائدہ یہ ہے کہ آپ کو رسیور کیبل سے منسلک کیے بغیر ٹرانسمیٹر کو کیلیبریٹ کرنے کی اجازت دیتا ہے، کیونکہ رسیور اور کیبل کے ذریعے متعارف کرائی گئی غلطی بہت چھوٹی ہے۔

آؤٹ پٹ وولٹیج کا انتخاب ٹرانسمیشن ٹرانزسٹر کی ضرورتوں کی بنیاد پر کیا جاتا ہے جو ایکٹیو موڈ میں اس کے نارمل آپریشن کے ساتھ ساتھ تاروں، خود ٹرانزسٹر اور ریزسٹرس پر وولٹیج گرنے کی تلافی کی شرط کے ساتھ ہوتا ہے۔

کہتے ہیں کہ ریزسٹر 500 اوہم ہیں اور کیبل 100 اوہم ہے۔ پھر، 20 mA کا کرنٹ حاصل کرنے کے لیے، 22 V کے وولٹیج کا ذریعہ درکار ہے۔ قریب ترین معیاری وولٹیج کا انتخاب کیا جاتا ہے — 24 V۔ وولٹیج کی حد سے اضافی طاقت کو ٹرانزسٹر پر صرف کر دیا جائے گا۔

نوٹ کریں کہ دونوں چارٹ دکھاتے ہیں۔ galvanic تنہائی ٹرانسمیٹر مرحلے اور ٹرانسمیٹر کے ان پٹ کے درمیان۔ یہ ٹرانسمیٹر اور وصول کنندہ کے درمیان کسی غلط کنکشن سے بچنے کے لیے کیا جاتا ہے۔

اینالاگ کرنٹ لوپ بنانے کے لیے ٹرانسمیٹر کی مثال کے طور پر، ہم 4 ... 20 mA یا 0 ... 20 mA استعمال کرتے ہوئے کمپیوٹر کو ایکچیویٹر کے ساتھ منسلک کرنے کے لیے چار اینالاگ آؤٹ پٹ چینلز کے ساتھ تیار شدہ مصنوعات NL-4AO کا حوالہ دے سکتے ہیں۔ موجودہ سائیکل «پروٹوکول.

ماڈیول RS-485 پروٹوکول کے ذریعے کمپیوٹر کے ساتھ بات چیت کرتا ہے۔ تبادلوں کی غلطیوں کی تلافی کے لیے ڈیوائس کو موجودہ کیلیبریٹ کیا گیا ہے اور کمپیوٹر کی طرف سے فراہم کردہ کمانڈز پر عمل درآمد کرتا ہے۔ انشانکن گتانک ڈیوائس میموری میں محفوظ کیے جاتے ہیں۔ ڈی اے سی کا استعمال کرتے ہوئے ڈیجیٹل ڈیٹا کو اینالاگ میں تبدیل کیا جاتا ہے۔

"موجودہ سائیکل" کا ڈیجیٹل ورژن

ڈیجیٹل کرنٹ لوپ، ایک اصول کے طور پر، 0 ... 20 ایم اے موڈ میں کام کرتا ہے، کیونکہ اس شکل میں ڈیجیٹل سگنل کو دوبارہ تیار کرنا آسان ہے۔ منطق کی سطحوں کی درستگی یہاں اتنی اہم نہیں ہے، اس لیے لوپ کرنٹ سورس میں بہت زیادہ اندرونی مزاحمت اور نسبتاً کم درستگی ہو سکتی ہے۔

اوپر دیے گئے خاکے میں، 24 V کے سپلائی وولٹیج کے ساتھ، رسیور کے ان پٹ پر 0.8 V چھوڑا جاتا ہے، جس کا مطلب ہے کہ 1.2 kΩ کے ریزسٹر کے ساتھ، کرنٹ 20 mA ہوگا۔ کیبل میں وولٹیج ڈراپ، چاہے اس کی مزاحمت کل لوپ ریزسٹنس کا 10% ہو، نظر انداز کیا جا سکتا ہے، جیسا کہ آپٹکوپلر میں وولٹیج گر ​​سکتا ہے۔عملی طور پر، ان شرائط کے تحت، ٹرانسمیٹر کو ایک موجودہ ذریعہ سمجھا جا سکتا ہے.