NAMUR NE43标准的4-20mA信号

4-20mA模拟量信号是业界广泛使用的标准,大多数变送器、PLC和DCS都使用这种信号。

4mA和20mA信号恰好对应于变送器测量范围的上下范围值。它们的输出电流在4-20mA之间变化,这意味着变送器可以正常工作,并且测量的过程值在测量范围内。

但是,如果过程值超出测量范围或变送器发生故障,输出信号应如何表现?

建议使用Namur NE43,该规范为如何通过4-20mA信号向控制系统指示传感器故障提供了指导。因此,它定义了正常工作范围之外的两个信号区域:

  • 信号饱和( 超出测量范围 )
  • 硬件故障

信号超出范围

仪器校准并正常工作后,只要过程条件正常,其输出信号就应保持在4mA至20mA之间。但是有时会发生工艺条件偏离正常操作的情况。

饱和区域位于测量范围的20 mA处。

例如罐的注满。在这种情况下,符合NAMUR的变送器可以输出最大20.5 mA的电流。其输出信号超出了正常工作区间,但处于信号饱和区域内。

另一个饱和区域位于测量范围的4 mA处。

还有一个可能会使输出信号处于饱和区域,是因为模拟信号会随着时间漂移。该过程的低量程值通常在校准后对应于4 mA,但是经过几年后,输出信号可能会漂移,从而使变送器仅能输出3.9 mA。

硬件故障信号电平

智能测量设备能够检测内部故障,例如传感器或转换器故障。

发生这种情况时,NAMUR兼容仪器的微处理器会将输出信号设置为3.6mA或21.0mA,具体取决于用户如何设置故障安全模式。

根据NAMUR NE43的建议,许多智能现场设备将具有故障安全模式参数,通过该参数,您可以在缩减模式还是升级失败模式之间进行选择。

高档表示在内部诊断检测到故障的情况下,输出电流将设置为21mA。

缩小意味着输出将设置为3.6mA。

在3.6mA的小型故障信号电平和低饱和区域的3.8mA的起始值之间只有0.2mA的间隙,因为2线制变送器使用低于3.6mA的电流进行自身正常工作。一些制造商还具有功耗小于3.6 mA的测量设备。

因此,如果使用2线制变送器,建议将硬件故障信号电平设置为21.0 mA,以避免在非常低的电流下操作设备时出现问题。

对于4线制变送器,将硬件故障信号电平设置为3.6mA并不是问题,因为它们不是回路供电的。

通过控制系统解释警报阈值水平

理想情况下,接收控制器应具有一个带有合适软件模块的输入模块,该模块可以在至少0至22mA的电流范围内解释输入信号。

根据NAMUR的定义,不能发生3.6至3.8mA以及20.5至21.0mA之间的信号(请参见上图中的空白区域)。但是,如果由于某些原因确实发生了这种情况,则控制系统应将其解释为测量信号,而不是故障信号。

这样,电流信号范围≤3.6mA和≥21.0mA可以解释为变送器的硬件故障。

为避免误报,在将硬件故障信号解释为传感器故障之前,应至少存在4秒钟,并至少进行2个信号扫描周期。

如果超出了警报阈值,则控制系统可以通过以下措施之一对此作出响应:

  • 调整或停止生产以避免生产损失或不合格的产品
  • 自动通知维护技术人员修理或更换有故障的变送器
  • 将有缺陷的控制回路切换到手动模式
  • ……

供应商特定的故障安全信号电平

并非所有的仪器制造商都遵循NAMUR NE43的建议。他们自称“符合NAMUR”的变送器使用硬件故障信号电平的偏差值。

硬件故障信号电平可能会因变送器类型而异,即使这些变送器由同一制造商制造。例如,在罗斯蒙特的情况下,压力测量设备的高级故障模式与温度测量设备的高级故障模式不同,如下表所示。

不同制造商的警报阈值级别的一些示例:

制造商缩小故障模式高档故障模式
罗斯蒙特3051S≤3,6毫安≥22.5 mA
罗斯蒙特3144P≤3,6毫安21.5 mA≤I≥23 mA
ABB≤3.7毫安≥22 mA
横河≤3.2毫安≥21.6 mA
分类: 常见问题