Клеммы для датчиков и сигнальных цепей 4–20 мА: как подобрать и организовать ряд

Клеммы 4–20 мА — это не какой-то отдельный тип клемм, а правильно собранный клеммный ряд для аналоговых датчиков: давления, уровня, температуры, расхода. Сам токовый сигнал устойчив к помехам и длинным линиям, но в клеммнике его легко испортить: перепутать полярность, сделать «плавающий» контакт, не предусмотреть, как измерить ток без отсоединения датчика.

Ниже – как работает петля 4–20 мА, сколько клемм нужно на датчик каждого типа, как разложить ряд на 16 каналов и какие клеммы ONKA для этого подходят.

Как работает токовая петля 4–20 мА

Датчик передает измеренное значение силой тока: 4 мА – начало шкалы (0 %), 20 мА – конец (100 %). Диапазон описан в стандарте IEC 60381-1. Ток одинаков во всех точках петли, поэтому сопротивление проводов и клемм на точность не влияет, пока источнику питания хватает напряжения.

Главное преимущество – «живой ноль». Нулевое значение — 4 мА, а не 0, поэтому обрыв линии (0 мА) не спутать с нулевым давлением или уровнем. По рекомендации NAMUR NE 43 значение ниже 3,8 мА или выше 20,5 мА контроллер считает признаком неисправности (подробнее).

Влияет ли клемма на точность

Переходное сопротивление исправной клеммы – тысячные доли ома, а допустимая нагрузка петли – сотни омов. Пример: питание 24 В, датчику для работы требуется не менее 12 В, тогда на провода, клеммы и вход контроллера остается (24 − 12) / 0,02 А = 600 Ом. Поэтому для 4–20 мА важно не сопротивление клеммы, а стабильность контакта: «плавающий» зажим дает прыжки показов и ложные аварии обрыва.

Сколько клемм требуется на датчик

Самые распространенные в КИПиА – двухпроводные датчики: они берут питание прямо из петли. Конфигурации и артикулы многоуровневых клемм. двухуровневые и трехуровневые клеммы.

Какие клеммы нужны в ряду для аналоговых сигналов

• Пружинные (push-in) проходные – основа ряда. Проводники 0,5–1,5 мм² с гильзами, сотни одинаковых подключений, виброустойчивость без подтягивания. Раздел «Клеммы пружинные ONKA».
• Клеммы с размыкателем (1010577, 2,5 мм²) – в сигнальном проводнике каждого канала. Позволяют измерить ток петли миллиамперметром без отсоединения проводов и разделить полевой кабель для проверки изоляции. Как это делается - в статье о клеммы с размыкателем.
• Клемма с держателем предохранителя на питании группы датчиков (например, 1010268 с LED-индикацией 24 В) – короткое замыкание в кабеле одного датчика не выключит весь блок питания.
• Перемычки - раздача +24 В и 0 В на клеммы всех каналов без проволочных петель.
• Клеммы или шина для экранов – отдельная группа для экранов кабелей.

Пример: клеммный ряд на 16 двухпроводных датчиков

Вариант для аналогового модуля на 16 входов с отдельным блоком питания 24 В. Каждый канал занимает две клеммы, все +24 В объединены перемычкой, питание группы — через клемму с предохранителем.

Перемычка на 20 полюсов соединяет +24 В всех каналов (позиции .1) одним движением; как подобрать перемычку и куда подавать питание в группу перемычки для клемм. Если места на рейке мало, пару "+24 В/сигнал" каждого канала можно поставить на одну двухуровневую клемму, но тогда размыкатель в сигнальном кругу теряется.

Размещение и помехи

• Отдельно от силовых кругов. Аналоговый клеммный ряд - на отдельном рельсе или, по меньшей мере, отдельной группой, отделенной фиксаторами; кабели — в отдельном кабель-канале, не параллельном силовым линиям частотных преобразователей.
• Экран – с одной стороны. Обычно экран кабеля заземляют только со стороны щита, чтобы через него не тек ток выравнивания между землями объекта. Политику заземления экранов определяет проект – главное, чтобы он был одинаков для всех каналов.
• Скрученная пора. «+» и сигнал одного датчика – в одном кабеле, жилы которого скручены между собой; не разводите их по разным кабелям.
• Резерв. Оставьте 10–20 % свободных позиций: аналоговых датчиков на объекте со временем становится больше.

Маркировка и документация

• Номер клеммы – как в схеме: X2:5.2 однозначно указывает ряд, канал и роль клеммы.
• Возле группы - подпись с позициями датчиков (PT-101, LT-205), а не только номерами входов.
• Маркировка кабеля на обоих концах совпадает с маркировкой клеммы.
• В документации для каждого канала: позиция датчика, диапазон (например, 0-10 бар = 4-20 мА), тип датчика (2/3/4-проводящий), клеммы, вход модуля, где заземлен экран.

Эта таблица экономит часы при пусконаладке: чтобы проверить канал, достаточно поднять нож размыкателя и сравнить ток с расчетным — 12 мА для середины шкалы.

Часто задаваемые вопросы

Нужны ли специальные клеммы для 4–20 мА?

Нет. Подходят обычные проходные клеммы соответствующего сечения. Специальными можно считать только клеммы с размыкателем для измерений и клеммы с предохранителем для питания датчиков.

Винтовые или пружинные?

Для сигнальных кругов более удобны пружинные push-in: тонкие проводники с гильзами, много одинаковых подключений, без подтягивания при обслуживании.

Какое сечение проводника брать?

Обычно 0,5–1,5 мм² определяется кабелем датчика и длиной линии. Клеммы берут на 1,5 или 2,5 мм.

Как быстро проверить, жив датчик?

Поднять нож клеммы с размыкателем, подключив миллиамперметр к обеим ее половинам: 4–20 мА — датчик работает; около 0 мА – обрыв; свыше 20,5 мА – неисправность или перегрузка шкалы.

Источники

• IEC 60381-1 — аналоговые токовые сигналы для систем управления процессами
• Current loop (4–20 мА, уровни неисправности NAMUR NE 43)