 |
| لماذا تكون إشارة 0-10V أكثر حساسية للتشويش الكهربائي من إشارة 4-20mA |
لماذا تكون إشارة 0-10V أكثر حساسية للتشويش الكهربائي من إشارة 4-20mA؟
تُستخدم إشارات 0-10V و 4-20mA بشكل واسع في أنظمة التحكم والأتمتة الصناعية لنقل بيانات الحساسات وأوامر التحكم بين الأجهزة المختلفة. ورغم أن كلا الإشارتين تؤديان نفس الوظيفة تقريبا، إلا أن إشارة التيار 4-20mA تتمتع بمقاومة أعلى للتشويش الكهربائي مقارنة بإشارة الجهد 0-10V. في هذا المقال سنجيب عن هذا السؤال بطريقة تقنية مبسطة.
ما المقصود بإشارة 0-10V :
إشارة 0-10V هي إشارة تماثلية (Analog Signal) تعتمد على تغير قيمة الجهد الكهربائي بين 0 و10 فولت لتمثيل قيمة معينة مثل درجة الحرارة أو الضغط أو سرعة المحرك.
فعلى سبيل المثال:
- 0V تمثل 0% من المدى.
- 5V تمثل 50% من المدى.
- 10V تمثل 100% من المدى.
ما المقصود بإشارة 4-20mA :
إشارة 4-20mA هي إشارة تماثلية تعتمد على تغير شدة التيار الكهربائي بين 4 و20 ملي أمبير لنقل المعلومات.
وتعتبر المعيار الصناعي الأكثر استخدامًا في أنظمة القياس والتحكم بسبب موثوقيتها العالية وقدرتها على العمل في البيئات الصناعية القاسية.
لماذا تتأثر إشارة 0-10V بالتشويش الكهربائي :
لأن المعلومات في هذه الحالة يتم نقلها على شكل فرق جهد كهربائي. وعندما تمر كابلات الإشارة بالقرب من محركات كهربائية أو محولات ترددية (VFD) أو كابلات قدرة عالية، يمكن أن تتولد جهود طفيلية صغيرة نتيجة الحث الكهرومغناطيسي.
هذه الجهود الإضافية تُضاف مباشرة إلى قيمة الإشارة الأصلية مما يؤدي إلى ظهور أخطاء في القراءة.
إذا كانت الإشارة المطلوبة هي 5V وتم التقاط تشويش بقيمة 0.5V فإن جهاز الاستقبال قد يقرأ 5.5V، مما يؤدي إلى خطأ في القياس.
لماذا تكون إشارة 4-20mA أكثر مقاومة للتشويش:
في أنظمة 4-20mA يتم نقل المعلومات بواسطة التيار وليس الجهد. وعادةً ما يكون تأثير التشويش الكهربائي على قيمة التيار ضعيفًا جدًا مقارنة بتأثيره على الجهد.
كما أن أي انخفاض في الجهد بسبب طول الكابل أو مقاومة الأسلاك لا يؤثر بشكل مباشر على قيمة التيار داخل الحلقة طالما أن مصدر التغذية قادر على تعويض هذا الانخفاض.
ما تأثير طول الكابل على الإشارتين :
كلما زاد طول الكابل زادت مقاومة الموصلات وزادت احتمالية التقاط التشويش الكهرومغناطيسي.
- إشارة 0-10V: تتأثر بشكل واضح بطول الكابل.
- إشارة 4-20mA: يمكنها العمل لمسافات طويلة قد تصل إلى مئات الأمتار دون فقدان الدقة.
لماذا تبدأ إشارة التيار من 4mA وليس من 0mA :
يتم استخدام 4mA كقيمة دنيا لعدة أسباب هندسية:
- التمييز بين القيمة الصفرية وحالة انقطاع السلك.
- تغذية بعض الحساسات ذات الحلقة الثنائية (Two-Wire Transmitters).
- تحسين موثوقية التشخيص واكتشاف الأعطال.
فعند قراءة 0mA يعرف نظام التحكم مباشرة أن هناك مشكلة في الحلقة أو انقطاعًا في الكابل.
أين تُستخدم إشارات 4-20mA بشكل شائع :
تستخدم بشكل واسع في:
- أنظمة PLC.
- أنظمة DCS.
- حساسات الضغط.
- حساسات التدفق.
- حساسات المستوى.
- محطات معالجة المياه.
- المصانع الثقيلة ومصانع الحديد والصلب.
مقارنة بين 0-10V و 4-20mA :
| المعيار | 0-10V | 4-20mA |
|---|---|---|
| مقاومة التشويش | منخفضة | مرتفعة |
| المسافات الطويلة | محدودة | ممتازة |
| اكتشاف انقطاع السلك | صعب | سهل |
| الدقة الصناعية | متوسطة | عالية |
| الاستخدام الصناعي | أقل انتشارًا | الأكثر استخدامًا |
الخلاصة :
تعتبر إشارة 4-20mA الخيار الأفضل في التطبيقات الصناعية لأنها أكثر مقاومة للتشويش الكهربائي وأقل تأثرًا بطول الكابلات ومقاومة الأسلاك. أما إشارة 0-10V فتظل مناسبة للتطبيقات البسيطة أو المسافات القصيرة، لكنها تكون أكثر عرضة للأخطاء الناتجة عن التداخل الكهرومغناطيسي.
لهذا السبب تعتمد معظم أنظمة التحكم الصناعية الحديثة على معيار 4-20mA عند نقل الإشارات التناظرية بين الحساسات ووحدات التحكم.