الإنسترومنتيشن · الدرس 2 من 10

الإشارات الأنالوج ⁦4⁠–⁠20mA⁩ و ⁦0⁠–⁠10V⁩

أغلب الترانسميترات في الدنيا بتتكلم بلغة واحدة: تيار من 4 لـ 20 مللي أمبير. في الدرس ده هتفهم ليه تيار مش جهد، وليه بيبدأ من 4 مش من صفر، وإزاي تحوّل الـ mA لقيمة، وتقيس اللوب صح، وتعرف العطل من رقم الأفوميتر.

‹ الدروس ← كل الكورسات

1ليه تيار مش جهد؟

تخيّل ترانسميتر بعيد عن اللوحة 300 متر. لو بعت جهد (⁦0⁠–⁠10V⁩)، السلك الطويل ليه مقاومة، وأي تيار ماشي فيه هيعمل هبوط جهد، فالـ PLC هيقرا أقل من الحقيقة. وكمان الكابل الطويل بيلقط نويز من كابلات الموتورات والإنفرترات.

لكن في دايرة توالي التيار واحد في كل حتة (قانون كيرشوف). الترانسميتر بيظبط التيار بنفسه، فمقاومة السلك مش بتغيّره طول ما الباور مكفي. ده اللي بيخلّي ⁦4⁠–⁠20 mA⁩ ماشية مسافات طويلة ومقاومة للنويز.

	⁦4⁠–⁠20 mA⁩	⁦0⁠–⁠10 V⁩
المسافة	مئات الأمتار عادي	قصيرة (جوه اللوحة أو قريب)
مقاومة السلك	مش بتأثر (لو الباور مكفي)	بتعمل غلط في القراية
اكتشاف قطع السلك	أيوه: 0 mA = عطل	لأ: 0 V = قيمة صفر
الاستخدام	الترانسميترات في الموقع	بوتنشيوميتر، إنفرتر، أجهزة قريبة

2ليه 4 مش صفر؟ (Live zero)

لو الإشارة ⁦0⁠–⁠20 mA⁩ وقريت 0 mA، مش هتعرف: هل القيمة فعلًا صفر، ولا السلك اتقطع؟ لكن في ⁦4⁠–⁠20⁩، أقل قيمة حقيقية = 4 mA. فلو قريت أقل من كده بكتير، أكيد فيه عطل. وكمان الـ 4 mA دي هي اللي بتشغّل الترانسميتر الـ 2 سلك (بياكل منها عشان يعيش).

التيار	معناه على حسب NAMUR NE43
أقل من 3.6 mA	عطل: سلك مقطوع أو ترانسميتر بيطلّع إنذار Fail low
⁦3.8 ⁠–⁠ 4 mA⁩	تحت الرينج شوية (القيمة أقل من LRV) بس الإشارة سليمة
⁦4 ⁠–⁠ 20 mA⁩	القياس العادي
⁦20 ⁠–⁠ 20.5 mA⁩	فوق الرينج شوية بس سليمة
أكتر من 21 mA	عطل: قصر أو ترانسميتر بيطلّع إنذار Fail high

3ترانسميتر 2 سلك و 3 سلك و 4 سلك

2 سلك (Loop powered)

نفس السلكين بيوصّلوا الباور وبيرجّعوا الإشارة. الترانسميتر بيعيش على الـ 4 mA. ده الأشهر: ضغط، حرارة، مستوى.

3 سلك

+24V و 0V مشتركين، والسلك التالت خرج الإشارة. ده شائع في الأجهزة اللي بتاكل تيار أكتر من 4 mA (فلومتر صغير، حساسات بشاشة).

4 سلك

سلكين باور منفصلين (غالبًا 220V AC أو 24V) وسلكين إشارة. زي الفلومتر الماجنتيك والأنالايزرز والإنديكيتور. الخرج غالبًا Active بيطلّع التيار بنفسه.

Active ولا Passive؟ اللي بيطلّع الباور للوب هو الـ Active. لازم طرف واحد بس يكون Active: يا الكارت بيدّي 24V (كارت 2-wire) والترانسميتر Passive، يا الترانسميتر Active (4 سلك) والكارت Passive. لو الاتنين Active أو الاتنين Passive اللوب مش هيشتغل (أو هيتحرق).

4الباور 24V والمقاومة 250Ω

الكارت الأنالوج جوّاه غالبًا مقاومة 250Ω (أو قريب منها). التيار ماشي فيها فبيعمل جهد على حسب أوم: V = I × R. يعني 4 mA ⇐ 1 V، و 20 mA ⇐ 5 V. ده اللي الكارت بيقيسه فعلًا (عشان كده بتسمع "إشارة ⁦1⁠–⁠5V⁩").

V(250Ω) = mA × 0.25

والترانسميتر الـ 2 سلك محتاج جهد أدنى على أطرافه (غالبًا من 10.5 لـ 12 V، اقرا الداتا شيت). فلازم الباور يكفي الترانسميتر + كل المقاومات اللي في اللوب عند أعلى تيار:

V supply ≥ V min(TX) + 0.020 × R loop

مثال: باور 24V، الترانسميتر محتاج 10.5V ⇐ أقصى مقاومة لوب = (24 − 10.5) ÷ 0.020 = 675 Ω. يعني 250Ω للكارت + 250Ω لمقاومة HART + السلك، وكله تمام. لكن على 12V ⇐ (12 − 10.5) ÷ 0.020 = 75 Ω بس! جرّبها في المحاكي تحت.

5التحويل من mA لقيمة والعكس

الـ 16 mA (من 4 لـ 20) بيمثّلوا السبان كله. فالمعادلة:

PV = LRV + (mA − 4) ÷ 16 × (URV − LRV)

mA = 4 + (PV − LRV) ÷ (URV − LRV) × 16

مثال 1: ترانسميتر ضغط ⁦0⁠–⁠10 bar⁩ بيطلّع 12 mA ⇐ 0 + (12 − 4)/16 × 10 = 5 bar.
مثال 2: ترانسميتر حرارة −50 … 150 °C بيطلّع 8 mA ⇐ −50 + 4/16 × 200 = 0 °C. لاحظ إن 8 mA هنا معناها صفر درجة!
مثال 3: مستوى ⁦0⁠–⁠4 m⁩ والمستوى 3 m ⇐ 4 + 3/4 × 16 = 16 mA.

حاسبة التحويل

تمرين التحويل

جوه الـ PLC: الكارت بيحوّل الـ mA لرقم خام (Raw). في Siemens مثلًا 4 mA = 0 و 20 mA = 27648، وسلك مقطوع = 32767. في Allen-Bradley أو غيره الأرقام مختلفة. وبعدين بلوك Scale (زي NORM_X / SCALE_X) بيحوّل الرقم للقيمة الهندسية.

6محاكي اللوب: اعمل العطل بإيدك

ده لوب حقيقي: باور 24V، ترانسميتر ضغط 2 سلك رينجه ⁦0⁠–⁠10 bar⁩، أفوميتر على mA متوصّل توالي، وكارت PLC. غيّر الضغط وشوف التيار، وبعدين اعمل الأعطال واحد واحد وشوف الأفوميتر والـ PLC بيقولوا إيه.

لوب ⁦4⁠–⁠20 mA⁩

7إزاي تقيس تيار اللوب صح

بلّغ الأوبريشن وحوّل اللوب لـ Manual (القراية هتتقطع لحظة لما تفتح اللوب).
الأفوميتر على mA DC والسلك الأحمر في فتحة mA (مش فتحة 10A).
افتح اللوب: فك سلك من ترمنال، ودخّل الأفوميتر توالي مكانه.
اقرا التيار وقارنه بالقيمة المتوقعة من المعادلة.
رجّع السلك واربطه كويس، ورجّع اللوب لـ Auto.

ماتعملش: متحطش الأفوميتر على mA بالتوازي على أطراف الترانسميتر أو الكارت. مقاومته صغيرة جدًا فبيعمل قصر: القراية غلط، والـ PLC هيشوف Overrange، وممكن فيوز الأفوميتر يضرب. على التوازي بتقيس فولت بس.

من غير ما تفتح اللوب: ترانسميترات كتير فيها ترمنال TEST عليه دايود: تحط الأفوميتر عليه وتقرا التيار من غير فك. وفيه كلامب mA (Process clamp meter) بيقيس ⁦4⁠–⁠20⁩ من حوالين السلك. أو قيس الجهد على مقاومة الـ 250Ω واقسمه على 0.25.

HART: بروتوكول بيركب إشارة ديجيتال صغيرة (نغمة 1200/2200 Hz) فوق الـ ⁦4⁠–⁠20⁩ من غير ما يغيّر المتوسط. بالـ HART Communicator تقرا التاج والرينج والتشخيص وتغيّر الرينج من اللوحة. محتاج مقاومة لوب 250Ω على الأقل عشان يشتغل.

8الكابل: مشيلد ومجدول ومتأرض من طرف واحد

استخدم كابل Twisted pair مشيلد (زوج مجدول عليه شيلد ألومنيوم أو شبكة): الجدل بيلغي النويز المغناطيسي، والشيلد بيمسك النويز الكهربي.
الشيلد يتأرّض من طرف واحد بس، غالبًا ناحية اللوحة (بار الإنسترومنت إيرث)، والطرف التاني يتقصّ ويتعزل جوه الترانسميتر. لو اتأرّض من الطرفين ممكن يمشي فيه تيار بسبب فرق جهد الأرضي (Ground loop) ويعمل نويز.
ابعد كابلات الإشارة عن كابلات الباور والإنفرترات: صواني منفصلة، ولو هيتقاطعوا يبقى بزاوية 90°.

9أعطال شائعة في الموقع

الأفوميتر بيقرا	الـ PLC بيقول	غالبًا
0 mA	Wire break / −25 %	سلك مقطوع، فيوز اللوب ضارب، قطبية معكوسة، أو مفيش باور
3.6 أو 21+ mA	Fault	الترانسميتر نفسه بيقول إن فيه عطل (شوف شاشته أو بالـ HART)
أكتر من 22 mA وثابت	Overrange	قصر في الكابل أو ميّة في علبة الجنكشن
واقف عند رقم ومش بيعلى	قيمة ثابتة	الباور ضعيف أو مقاومة اللوب كبيرة (جهد الترانسميتر قليل)
بيتهز	القراية بتتنطط	شيلد مش متأرض، كابل جنب كابل إنفرتر، أو ترمنال مرتخي

؟أسئلة الدرس

جاوب على 5 من 6 صح على الأقل عشان الدرس يتعلّم عليه.

الأرقام (10.5V، 250Ω، 27648) قيم شائعة ومش ثابتة: الداتا شيت بتاع الترانسميتر والكارت هو المرجع. تقدّمك بيتسجّل على الجهاز ده بس.