什么是4-20mA控制回路?常见故障如何排查?

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什么是4-20mA回路？它是如何工作的？

工业过程中测试回路包括传感器输入、温度、压力、流量等。

被测量的过程变量被转化成信号传输到回路中的其它单元，例如显示器和控制器；接着控制器根据信号对过程进行控制，例如，对阀门等执行关闭或开启的动作。

控制回路可以是模拟量的，也可以是离散量。

4-20mA控制回路的构成基础要件

• 24V电源供电

• 变送器控制4-20mA信号使其与过程变量成比例变化

• 指示器将4-20mA信号转化为相应过程变量

• 指示器或控制器I/O输入电阻250Ω分流器生成1-5V输入信号（欧姆定律：电压=电流*电阻，4-20 mA X 250 ohms = 1-5V）

控制回路中的温度变送器和压力变送器

回路中的温度变送器通常通常测量的是过程介质，如流体等的温度值。

通常情况下：

1. 它们将热电偶或热电阻传感器的温度信号转换为4-20mA信号然后再输出；

2. 控制器再将4-20mA反译为具体的温度值；

3. 基于此温度值，控制回路会给实现对过程终端控制元件的控制。

同样，控制回路中的压力变送器，通常用来测量过程介质的压力值：

1. 传感器感知压力，又由变送器将信号转换为4-20mA信号；

2. 控制器再将4-20mA信号反译为压力值；

3. 控制器根据压力值，给阀门发送指令，控制阀门开度实现安全阀控制，确保容器不产生危险压力。

常见控制回路故障及原因

• 接线和端子的问题：坏的终端，绝缘问题，线路的腐蚀及污染等；

• 回路电源：噪音干扰、过压等问题都可能导致回路工作的不正常；
• 控制系统I/O卡件故障；
• 变送器；
• 传感器：元件的损坏、测量通道的阻塞。

回路故障排查步骤

一. 验证4-20mA信号

用串联法或用毫安电流钳表测量4-20毫安信号

1. 验证电源供电

2. 查找线路问题

3. 查找I/O问题

4. 查找有问题的接线终端

故障排查步骤：

1. 测量回路中的毫安数值，如果测量到了0mA，那么继续深入排障；

2. 如果控制器没有指示显示，可能是I/O输入的保险丝熔断，回路出现开路故障。

二. 控制器I/O问题排障：4-20毫安回路排障(替代测试)

变送器替代测试是非常好的I/O故障分析方法，即使用测试设备输出一个标准信号来核对控制的输出。

故障排查步骤：

1. 断开变送器连接，将回路校准器或过程表连接在原变送器位置；

2. 设置毫安模拟，并设置范围在4-20毫安；

3. 验证指示器的正确数值，在同一测试中完成对线路、电源供电和I/O的测试；

4. 如果控制器没有指示显示，可能是I/O输入的保险丝熔断，回路出现开路故障。可通过测量在250Ω输入来进行验证。

三. 电源供电问题排查

使用回路校验仪或多用表，测量回路供电电压。

故障排查步骤：

1. 测量电源供电，应该在近似24V。

2. 如果测量结果是不确定的，就进行替代测试。

2.1 断开装置回路电源

2.2 将回路校准器或过程表的24V回路供电端连接在这个位置

2.3 如果此时问题得到解决，那么装置的回路电源可能有缺陷或者存在过载

四. 线路噪声排障

线路噪声产生的原因绝缘性能差、电缆屏蔽故障、接地回路故障、临界电源供电、布线错误等。

噪声信号的捕捉和确认可以通过带万用表功能的过程多用表，或者万用表、手持式示波表等设备来查找系统中是否存在交流信号。

在正常情况下，系统中应该只有少量的mV级的交流电压存在。

回路排障工具推荐

可被测量或被模拟输出的变量	测量和输出信号所用工具	技术人员需要查验哪些信息
测量4-20mA信号	万用表，回路校准器	测得的毫安数值是否为预计的数值？
输出4-20mA信号	回路校准器	I/O或者其他毫安输入设备是否正确工作？供电、布线和I/O是否正确工作？
测量24V回路电压	万用表	完整的24V供电是否可用？是否存在缺陷和过载的情况？
提供24V回路电压供电	回路校准器	对固定供电仪表的替代测试，检测回路供电是否要求？
输出0-10V，1-5V电压	具备电压输出的回路校准器或特定的毫安钳形表	I/O或者其他电压输入设备是否正确工作？
连续性测量	万用表，过程表，多功能过程校验仪	查找短路、不良端子、电阻连接线和错误布线

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