4-20mA Titreşim Sensörleri Neden Tercih Edilmelidir?

Hansford akım döngüsüyle çalışan otomasyon tip 4-20mA titreşim sensörleri endüstriyel alanda sıklıkla tercih edilmektedir. Titreşim sensörünün buradaki çalışma prensibi 4-20mA akım döngüsünden faydalanarak gerçekleşmektedir. Bu çalışma prensibinin günümüzde diğer sensör tiplerinden ayrı olarak kullanıcıya sunduğu sayısız avantajları bulunmaktadır.

Titreşim sensörlerinden önce kullanılmakta olan pnömatik cihazlar genellikle inç kare başına 3 ila 15 pound aralığında bir çıkış sinyali üretmektedir. Burada inç kare başına 3 pound işlem aralığının %0’ını temsil ederken 15 pound ise işlem aralığının %100’ünü temsil etmektedir. Ancak pnömatik cihazlar basınçlı hava ile çalıştığından dolayı bakım, arıza onarım gibi işlemler oldukça maliyetlidir. 4-20mA aralığında çıkış sinyali üreten analog transmitterların geliştirilmesi ile beraber bu dezavantajlar tamamen giderilmiştir.

4-20mA Titreşim Sensörleri Çalışma Prensibi ve 4-20mA Çıkış Sinyalinin PLC’den Okunması

0 ila 100 mm/sn hassasiyet aralığına sahip ve bu aralıkta 4-20mA çıkış sinyali veren otomasyon tip titreşim sensöründeki çalışma prensibi aşağıdaki şekildeki gibidir.

Buradaki titreşim sensöründe 0-10 mm/sn işlem aralığı %0’ını temsil ederken 0-100 mm/sn ise işlem aralığının %100’ünü temsil etmektedir.  PLC sistemine bağlı olan titreşim sensörü, sistemdeki titreşimi 0-100 mm/sn aralığında ölçerek 4-20mA aralığında bir çıkış sinyali üretecektir. 0-100 mm/sn hassasiyet aralığında konfigüre edilen PLC sistemi ise mA’lik çıkış sinyalini alarak 0-100 mm/sn hassasiyet aralığında bir değer okumaktadır. Sonrasında da PLC, bu değerin monitörleme sisteminde görüntülenmesini sağlayacaktır.

%0 işlem aralığında okunan 0-10 mm/sn → 4mA (Titreşim sensörü PLC’ye 4mA’lık çıkış sinyali gönderecektir. PLC ise bu değeri monitörleme sistemlerinde 0-10 mm/sn olarak okuyacaktır.)

%25 işlem aralığında okunan 0-20 mm/sn → 8mA (Titreşim sensörü PLC’ye 8mA’lık çıkış sinyali gönderecektir. PLC ise bu değeri monitörleme sistemlerinde 0-20 mm/sn olarak okuyacaktır.)

Bu mantıkla;

%50 0-25 mm/sn→12mA

%75 0-50 mm/sn→16 mA

%100 0-100 mm/sn→20mA  değerleri okunacaktır.

0-20mA Aralığı Neden Standart Olarak Kabul Edilemez?

Çıkış sinyal aralığı 0mA’den başladığında “dead zero” adı verilen bir sorun ortaya çıkmaktadır.

Örneğin 0-20mA aralığında çıkış sinyali veren 0-100 mm/sn hassasiyet aralığına sahip bir titreşim sensörünün PLC’ye bağlandığını düşünelim. Bu doğrultuda transmitter şu şekilde konfigüre edilecektir;

0-10 mm/sn → 0mA

0-100 mm/sn →20mA

Bu durumda titreşim sensörü 0-100 mm/sn hassasiyet aralığında işlem görerek PLC ye 0-20mA aralığında bir sinyal gönderecektir. Ancak sistem bu şekilde konfigüre edildiğinde birtakım problemler meydana gelecektir. Örneğin;

0-10 mm/sn hassasiyet aralığına sahip bir titreşim sensörü çalıştığında, PLC sensörden 0mA’lik bir sinyal alacaktır. Böylece monitörleme sistemlerinde 0-10mm/sn’lik bir değer okunacaktır.

0-20 mm/sn hassasiyet aralığında ölçüm yapan bir titreşim sensöründe veya bu sensör ile PLC arasındaki iletken üzerinde meydana gelen herhangi bir arıza durumunda (tel kopukluğu, sinyal bozulması, gürültü durumları, yüksek iletken direnci, genel sensör arızası vb) PLC 0-20 mm/sn’lik hassasiyet aralığında 8mA yerine 0mA’lik sinyal okuyacaktır. Bu durum “dead zero” durumu olarak adlandırılmaktadır. Kısaca sensör ile PLC arasındaki iletim hattındaki herhangi bir arıza durumunda PLC sistemden 0mA’lik bir sinyal alacaktır.

Belirtildiği gibi, eğer sinyal aralığı 0-20mA arasında olursa arıza durumu ile normal işlem durumu arasındaki ayrımı yapmak imkansız hale gelecektir. Bu durumun önüne geçmek için ise, 0-10 mm/sn’lik hassasiyet aralığını 4mA değerinden başlatmak gerekmektedir. Böylelikle arıza ve hassasiyet aralığındaki ölçümler arasında net bir ayrım yapılabilir. Bu şekilde, 4-20mA’lik bir sistemde arıza meydana geldiğinde PLC, 0mA’lik bir sinyal okuyarak bu değerin arıza durumu olduğunu bildirecektir.

Neden 4mA Standart Olarak Kabul Edilmiştir?

Endüstriyel sistemlerde kullanılmakta olan analog cihazların güç tüketimi oldukça yüksektir. Buradaki analog transmitterlar çalışmak için genellikle minimum 3mA akım gerektirmektedir. Bu sebeple bu değerin üzerindeki değer (4mA) eşik değeri olarak standartlaştırılmıştır.

4mA akım sinyalinin kullanılmasındaki bir diğer sebep ise, pnömatik ölçüm sistemlerinde standart olarak kullanılan 3-15 pound (%20’lik oran) kullanılmasıdır. Buradaki ölçüm kademeleri, yeni ölçüm sistemlerinde de kullanılmaktadır. Benzer mantıkla %20’lik oran kullanıldığında (20mA’in %20’si 4mA’dir.) 4-20mA aralığının standart kademeye uygun olduğu görülmektedir. Bu şekilde pnömatik sistemden yeni ölçüm sistemine geçişte karışıklıklar tamamıyla ortadan kaldırılmıştır.

Neden 20mA Standart Olarak Kabul Edilmiştir?

Endüstriyel ölçüm sistemlerinde 30 mA insan kalbine zararlı eşik değer olarak belirlenmiştir. Bu sebeple 30mA değerinin aşağısında bir değer (20mA) standart olarak belirlenmiştir. Özetle 4mA, transmittera gereken minimum akımdan daha yüksek bir değer olduğu için seçilmiştir. 20mA değeri ise insan kalbine zararlı 30mA’lik eşik değerinin altındadır. Ayrıca bu aralık, ölçüm sisteminin dizaynını da kolaylaştırmıştır.

4-20mA Sinyalin 1-5VDC’ye Dönüştürülmesi

4-20mA aralığının bir diğer avantajı ise, sistemdeki sinyal dönüşümlerinin oldukça kolay bir şekilde yapılabilmesini sağlamaktır. Bu aralık ile akım sinyalleri monitörlenmek üzere çeşitli voltaj değerlerine dönüştürülür. (Bu işlem için 250 Ω gerekmektedir.)

AkımGerilimYüzdelik Oran
4 mA1 volt (dirence bağlı olarak değişebilir.)%0
8 mA2 volt (dirence bağlı olarak değişebilir.)%25
12 mA3 volt (dirence bağlı olarak değişebilir.)%50
16 mA4 volt (dirence bağlı olarak değişebilir.)%75
20 mA5 volt (dirence bağlı olarak değişebilir.)%100

4-20mA sinyaller PLC’lerin analog giriş modüllerine bağlanmıştır. Bu analog giriş modülleri analog-dijital çeviriciler içermektedir. Bu çevirme işlemi için ise giriş sinyali olarak bir voltaj değeri gerekmektedir. Bu çeviriciler daha sonra giriş sinyallerini sıfır ve birli değerlere dönüştürmektedir. Sonrasında ise birli ve ikili forma dönüştürülen sinyaller analog giriş modülleri üzerinden PLC ye aktarılarak monitörleme işlemleri için kullanılmaktadır. Böylelikle sinyaller kullanıcıya okunabilir bir değerde sunulmaktadır.

4-20mA akım döngülü sistemlerin bir diğer avantajı ise, akım sinyallerinin iletimde çeşitli gürültülere karşı dirençli olmasıdır. Özellikle voltajlı iletim sistemlerine göre oldukça dirençli olan 4-20mA akım döngülü sistemlerde iletim daha uzak mesafelerde mümkün hale gelmektedir. Örneğin 4-20mA sinyaller 24VDC güç kaynağı ile herhangi bir gürültüden etkilenmeden 1km öteye kadar taşınabilir.

4-20mA sinyal iletiminde, manyetik alan durumuna dikkat edilmelidir. Bu sebeple kablo iletiminde iletkenler çiftli bir şekilde bükülmeli ve iletim bu şekilde sağlanmalıdır.

Hansford otomasyon tip 4-20mA titreşim sensörleri ürünlerimizi incelemek için buraya tıklayabilirsiniz.