4-20mA和RS485的应用

4-20mA和RS485的区别

RS485是通讯接口，4-20mA是模拟量输出。

仪表输出信号为什么选择4-20mA电流的原因？变送器的传统输出直流电信号有0-5V、0-10V、1-5V、0-20mA、4-20mA等，目前广泛采用的是用4~20mA电流来传输模拟量。工业上广泛采用的是用4~20mA电流来传输模拟量。采用电流信号的原因是不容易受干扰。并且电流源内阻无穷大，导线电阻串联在回路中不影响精度，在普通双绞线上可以传输数百米。

上限取20mA是因为防爆的要求：20mA的电流通断引起的火花能量不是以引燃瓦斯。下限没有取0mA的原因是为了能检测断线：正常工作时不会低于4mA，当传输线因故障断路，环路电流降为0。常取2mA作为断线报警值。电流型变送器将物理量转换成4~20mA电流输出，必然要有外电源为其供电。典型的是变送器需要两根电源线，加上两根电流输出线，总共要接4根线，称之为四线制变送器。当然，电流输出可以与电源公用根线(公用VCC或者GND)，可节省一根线，称之为三线制变送器。其实4-20mA电流本身就可以为变送器供电。变送器在电路中相当于一个特殊的负载，特殊之处在于变送器的耗电电流在4~20mA之间根据传感器输出而变化，显示仪表只需要串在电路中即可。这种变送器只需外接2根线，因而被称为两线制变送器。工业电流环标准下限为4mA，因此只要在量程范围内，变送器至少有4mA供电。这使得两线制传感器的设计成为可能。在工业应用中，测量点一般在现场，而显示设备或者控制设备一般都在控制室或控制柜上。两者之间距离可能数十至数百米。按一百米距离计算，省去2根导线意味着成本降低近百元。因此在实际使用中两线制传感器得到越来越多的应用。

仪表输出信号为什么选择4-20mA电流的原因：远传信号用电流源优于电压源的原因：因为现场与控制室之间的距离较远，连接电线的电阻较大时，如果用电压源信号远传，由于电线电阻与接收仪表输入电阻的分压，将产生较大的误差，而用恒电流源信号作为远传，只要传送回路不出现分支，回路中的电流就不会随电线长短而改变，从而保证了传送的精度。

信号大电流选择20mA的原因：大电流20mA的选择是基于：安全、实用、功耗、成本的考虑。安全火花仪表只能采用低电低电流综合考虑生产现场仪表之间的连接距离，所带负载等因素；还有就是功耗及成本问题，对电子元件的要求，供电功率的要求等因素。信号起点电流选择4mA的原因：4-20mA变送器两线制的居多，两线制即电源、负载串联在一起，有一公共点，而现场变送器与控制室仪表之间的信号联络及供电仅用两根电线为什么起点信号不是0mA？这是基于两点：1.变送器电路没有静态工作电流将无法工作，信号起点电流4mA.DC就是变送器的静态工作电流。2.同时仪表电气零点为4mA.DC，不与机械零点重合，这种“活零点"有利于识别断电和断线等故障。

什么是4-20mA？一般仪器仪表的信号电流都为4-20mA，指小电流为4mA大电流为20mA。传输信号时候，要考虑到导线上也有电阻，如果用电压传输则会在导线的产生一定的压降，那接收端的信号就会产生一定的误差了！所以使用电流信号作为变送器的标准传输！双绞线特抗是50欧姆左右，相隔1cm宽的0.2平方毫米的导线特性阻抗300欧姆左右，所以负载电阻选择50-300欧姆比较理想，为了AD转换方便，负载电阻上的信号大量程值一般5-10V比较合适，那么权衡所有，负载电阻250欧姆，电流20mA，负载压降5V比较满意。

那么为什么选择4-20mA而不是0-20mA呢？为了减少接线的复杂性，传感器选择2线要比多线简单的多，2线既要传输信号，又要给传感器供电，所以设计者从中盗窃4mA电流给传感器放大电路供电，这样4-20mA的标准就确定了。RS485：智能仪表是随着80年代初单片机技术的成熟而发展起来的，现在世界仪表市场基本被智能仪表所垄断。究其原因就是企业信息化的需要，企业在仪表选型时其中的一个必要条件就是要具有联网通信接口。初是数据模拟信号输出简单过程量也就是4-20mA，后来仪表接口是RS232接口，这种接口可以实现点对点的通信方式，但这种方式不能实现联网功能。随后出现的R5485解决了这个问题。下面我们就简单介绍RS485。

RS485采用差分信号负逻辑，+2V~+6V表示“0"，-6V~2V表示“1"RS485有两线制和四线制两种接线，四线制只能实现点对点的通信方式，现很少采用，现在多采用的是两线制接线方式，这种接线方式为总线式拓朴结构在同一总线上多可以挂接32个结点。

在RS485通信网络中一般采用的是主从通信方式，即一个主机带多个从机很多情况下，连接RS485通信电路时只需简单地用一对双绞线将各个接口的“A"、“B"端连接起来。

在使用RS485接口时，对于特定的传输线路，从RS485接口到负载其数据信号传输所允许的大电缆长度与信号传输的波特率成反比，这个长度数据主要是受信号失真及噪声等影响所影响。理论上RS485的长传输距离能达到1200米，但在实际应用中传输的距离要比1200米短，具体能传输多远视周围环境而定。在传输过程中可以采用增加中继的方法对信号进行放大，多可以加八个中继，也就是说理论上RS485的大传输距离可以达到9.6公理。如果真需要长距离传输，可以采用光纤为传播介质，收发两端各加一个光电转换器，多模光纤的传输距离是5~10公里，而采用单模光纤可达50公里的传播距离。