विद्युत धारा लूप

इलेक्ट्रिकल सिग्नल (इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग) में एक एनालॉग करंट लूप का उपयोग किया जाता है, जहां एक डिवाइस को कंडक्टर की एक जोड़ी पर दूर से मॉनिटर या नियंत्रित किया जाना चाहिए। किसी भी समय केवल एक वर्तमान स्तर मौजूद हो सकता है।

वर्तमान लूप का एक प्रमुख अनुप्रयोग प्रक्रिया नियंत्रण अनुप्रयोगों के लिए उद्योग वास्तविक मानक 4–20 mA वर्तमान लूप है, जहां वे बड़े पैमाने पर प्रोसेस इंस्ट्रुमेंटेशन  से PID नियंत्रकों, SCADA सिस्टम और  प्रोग्राम करने योग्य तर्क नियंत्रक  (PLCs) तक सिग्नल ले जाने के लिए उपयोग किए जाते हैं। उनका पीआईडी ​​​​नियंत्रक आउटपुट को मॉड्यूलेटिंग फील्ड डिवाइसेस जैसे नियंत्रक वाल्व में ट्रांसमिट करने के लिए भी किया जाता है। इन छोरों में सादगी और शोर प्रतिरोधक क्षमता के फायदे हैं, और एक बड़ा अंतरराष्ट्रीय उपयोगकर्ता और उपकरण आपूर्तिकर्ता आधार है। कुछ 4–20 mA फ़ील्ड उपकरणों को वर्तमान लूप द्वारा ही संचालित किया जा सकता है, जिससे अलग बिजली आपूर्ति की आवश्यकता समाप्त हो जाती है, और स्मार्ट हाईवे एड्रेसेबल रिमोट ट्रांसड्यूसर प्रोटोकॉल फ़ील्ड उपकरणों और नियंत्रकों के बीच संचार के लिए लूप का उपयोग करता है। ऑटोमेशन प्रोटोकॉल की विभिन्न सूची एनालॉग करंट लूप को बदल सकती है, लेकिन 4–20 mA अभी भी एक प्रमुख औद्योगिक मानक है।

प्रक्रिया नियंत्रण 4–20 mA लूप्स
औद्योगिक प्रक्रिया नियंत्रण में, एनालॉग संकेत  4–20 mA वर्तमान लूप आमतौर पर इलेक्ट्रॉनिक सिग्नलिंग के लिए उपयोग किए जाते हैं, जिसमें 4 और 20 mA के दो मान माप या नियंत्रण की सीमा के 0–100% का प्रतिनिधित्व करते हैं। इन लूपों का उपयोग फील्ड इंस्ट्रूमेंटेशन से सेंसर की जानकारी ले जाने और वाल्व जैसे मॉड्यूलेटिंग उपकरणों की प्रक्रिया में नियंत्रण संकेतों को ले जाने के लिए किया जाता है।

वर्तमान लूप के प्रमुख लाभ हैं:


 * लूप अक्सर नियंत्रक द्वारा आपूर्ति की गई शक्ति के साथ, रिमोट डिवाइस को पावर कर सकता है, इस प्रकार पावर केबलिंग की आवश्यकता को दूर करता है। कई उपकरण निर्माता 4–20 mA सेंसर का उत्पादन करते हैं जो लूप संचालित होते हैं।
 * 4 mA का लाइव या ऊंचा शून्य फ़ील्ड ट्रांसमीटर से बिना किसी प्रोसेस सिग्नल आउटपुट के भी डिवाइस को पावर देने की अनुमति देता है।
 * इंटरकनेक्टिंग वायरिंग में वोल्टेज ड्रॉप से ​​​​सिग्नल की सटीकता प्रभावित नहीं होती है।
 * इसमें उच्च शोर प्रतिरक्षा है क्योंकि यह कम प्रतिबाधा सर्किट है जो आमतौर पर मुड़ जोड़ी कंडक्टर के माध्यम से होता है।
 * यह स्व-निगरानी है; खराबी का संकेत देने के लिए 3.8 mA से कम या 20.5 mA से अधिक की धाराएं ली जाती हैं।
 * इसे उपयोग किए गए वोल्टेज के प्रतिरोध की सीमा तक लंबे केबलों पर ले जाया जा सकता है।
 * इनलाइन डिस्प्ले को लूप द्वारा डाला और संचालित किया जा सकता है, जब तक कि कुल स्वीकार्य लूप प्रतिरोध पार न हो जाए।
 * एक रोकनेवाला का उपयोग करके वोल्टेज में आसान रूपांतरण।
 * लूप पावर्ड I टू P (करंट टू प्रेशर) कन्वर्टर्स कंट्रोल वाल्व के लिए 4–20 mA सिग्नल को 3–15 psi न्यूमैटिक आउटपुट में बदल सकते हैं, जिससे मौजूदा न्यूमैटिक प्लांट में 4–20 mA सिग्नल आसानी से इंटिग्रेट हो सकते हैं।

फील्ड इंस्ट्रूमेंटेशन मापन में दबाव, तापमान, स्तर, वॉल्यूमेट्रिक प्रवाह दर, पीएच या अन्य प्रक्रिया चर शामिल हैं। वाल्व पॉजिशनर या अन्य आउटपुट गति देनेवाला  को नियंत्रित करने के लिए एक करंट लूप का भी उपयोग किया जा सकता है। चूंकि उपकरणों के इनपुट टर्मिनलों में चेसिस ग्राउंड (पृथ्वी) से बंधे वर्तमान लूप इनपुट का एक किनारा हो सकता है, श्रृंखला में कई उपकरणों को जोड़ने पर एनालॉग आइसोलेटर्स की आवश्यकता हो सकती है।

वर्तमान मूल्य और प्रक्रिया चर माप के बीच संबंध अंशांकन द्वारा निर्धारित किया जाता है, जो 4 और 20 mA के बीच की अवधि के लिए इंजीनियरिंग इकाइयों की विभिन्न श्रेणियों को निर्दिष्ट करता है। इंजीनियरिंग इकाइयों और करंट के बीच मैपिंग को उल्टा किया जा सकता है, ताकि 4 mA अधिकतम और 20 mA न्यूनतम का प्रतिनिधित्व करे।

सक्रिय और निष्क्रिय उपकरण
लूप के लिए करंट के स्रोत के आधार पर, उपकरणों को सक्रिय (आपूर्ति या सोर्सिंग पावर) या निष्क्रिय (लूप पावर पर निर्भर या सिंकिंग) के रूप में वर्गीकृत किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, एक सूची अभिलेखी दबाव ट्रांसमीटर को लूप पावर प्रदान कर सकता है। प्रेशर ट्रांसमीटर स्ट्रिप चार्ट रिकॉर्डर को सिग्नल भेजने के लिए लूप पर करंट को नियंत्रित करता है, लेकिन अपने आप में लूप को बिजली की आपूर्ति नहीं करता है और इसलिए यह निष्क्रिय है। दूसरे लूप में दो पैसिव चार्ट रिकॉर्डर, एक पैसिव प्रेशर ट्रांसमीटर और एक 24 V बैटरी हो सकती है। (बैटरी सक्रिय उपकरण है)। ध्यान दें कि 4-तार वाले उपकरण में वर्तमान लूप से अलग एक बिजली आपूर्ति इनपुट होता है।

पैनल माउंट डिस्प्ले और चार्ट रिकॉर्डर को आमतौर पर 'इंडिकेटर डिवाइस' या 'प्रोसेस मॉनिटर' कहा जाता है। कई निष्क्रिय सूचक उपकरण श्रृंखला में जुड़े हो सकते हैं, लेकिन एक लूप में केवल एक ट्रांसमीटर डिवाइस और केवल एक शक्ति स्रोत (सक्रिय उपकरण) होना चाहिए।

एनालॉग नियंत्रण संकेतों का विकास
4–20 mA सम्मेलन का जन्म 1950 के दशक में पहले के अत्यधिक सफल 3–15 वायवीय नियंत्रण सिग्नल मानक से हुआ था, जब इलेक्ट्रॉनिक्स पुराने मानक का विद्युत रूप से अनुकरण करने के लिए सस्ते और विश्वसनीय हो गए थे। 3–15 psi मानक में कुछ रिमोट उपकरणों को पावर देने में सक्षम होने की समान विशेषताएं थीं, और एक लाइव शून्य था। हालांकि 4–20 mA मानक उस समय विकसित किए जा रहे इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रकों के लिए बेहतर अनुकूल था।

संक्रमण धीरे-धीरे हुआ और 3–15 साई उपकरणों के विशाल स्थापित आधार के कारण 21वीं सदी में विस्तारित हो गया। मोटर चालित वाल्वों पर वायवीय वाल्वों के संचालन में कई लागत और विश्वसनीयता के फायदे हैं, वायवीय सक्रियण अभी भी एक उद्योग मानक है। हाइब्रिड सिस्टम के निर्माण की अनुमति देने के लिए, जहां नियंत्रक द्वारा 4–20 mA उत्पन्न किया जाता है, लेकिन वायवीय वाल्वों के उपयोग की अनुमति देता है, वर्तमान से दबाव (I से P) कन्वर्टर्स की एक सीमा निर्माताओं से उपलब्ध है। ये आमतौर पर नियंत्रण वाल्व के लिए स्थानीय होते हैं और 4–20 mA को 3–15 psi (या 0.2–1.0 बार) में बदलते हैं। यह संकेत तब वाल्व एक्चुएटर या अधिक सामान्यतः, एक वायवीय पॉजिशनर को खिलाया जाता है। पोजिशनर एक समर्पित नियंत्रक है जिसका एक्चुएटर आंदोलन के लिए एक यांत्रिक संबंध है। यह सुनिश्चित करता है कि घर्षण की समस्या दूर हो जाती है और वाल्व नियंत्रण तत्व वांछित स्थिति में चला जाता है। यह वाल्व एक्चुएशन के लिए उच्च वायु दबावों के उपयोग की भी अनुमति देता है।

सस्ते औद्योगिक माइक्रो-प्रोसेसर के विकास के साथ, स्मार्ट वाल्व पोजिशनर्स 1980 के दशक के मध्य से उपलब्ध हो गए हैं और नए प्रतिष्ठानों के लिए बहुत लोकप्रिय हैं। इनमें I से P कन्वर्टर, साथ ही वाल्व की स्थिति और स्थिति की निगरानी शामिल है। इन बाद वाले को हाईवे एड्रेसेबल रिमोट ट्रांसड्यूसर प्रोटोकॉल जैसे प्रोटोकॉल का उपयोग करके नियंत्रक को वर्तमान लूप पर वापस खिलाया जाता है।

लॉन्ग सर्किट
स्थानीय टेलीफोन कंपनी से पट्टे पर टेलीफोन केबलों में सूखे जोड़े द्वारा ऐतिहासिक रूप से कभी-कभी एनालॉग करंट लूप को इमारतों के बीच ले जाया जाता था। एनालॉग टेलीफोनी के दिनों में 4–20 mA लूप अधिक सामान्य थे। इन सर्किटों को एंड-टू-एंड डायरेक्ट करंट (DC) निरंतरता की आवश्यकता होती है, और जब तक कि एक समर्पित तार जोड़ी को हार्डवायर नहीं किया जाता है, सेमीकंडक्टर स्विचिंग की शुरुआत के साथ उनका उपयोग बंद हो जाता है। डीसी निरंतरता एक माइक्रोवेव रेडियो, ऑप्टिकल फाइबर, या एक मल्टीप्लेक्स टेलीफोन सर्किट कनेक्शन पर उपलब्ध नहीं है। बेसिक डीसी सर्किट सिद्धांत से पता चलता है कि लाइन के साथ करंट समान है। 4–20 mA सर्किट देखना आम बात थी जिसमें मीलों में लूप की लंबाई थी या टेलीफ़ोन केबल जोड़े पर काम करने वाले सर्किट जो दस हज़ार फीट से लेकर अंत तक लंबे थे। इस तकनीक का उपयोग करने वाले अभी भी पुराने सिस्टम मौजूद हैं। बेल सिस्टम सर्किट में, 125 VDC तक के वोल्टेज लगाए गए थे।

असतत नियंत्रण
असतत नियंत्रण कार्यों को एक लूप पर भेजे गए वर्तमान के असतत स्तरों द्वारा दर्शाया जा सकता है। यह कई नियंत्रण कार्यों को एक जोड़ी तारों पर संचालित करने की अनुमति देगा। किसी विशिष्ट कार्य के लिए आवश्यक धाराएँ एक अनुप्रयोग या निर्माता से दूसरे में भिन्न होती हैं। कोई विशिष्ट धारा नहीं है जो एक ही अर्थ से बंधी हो। यह लगभग सार्वभौमिक है कि 0 mA इंगित करता है कि सर्किट विफल हो गया है। आग के अलार्म के मामले में, 6 mA सामान्य हो सकता है, 15 mA का मतलब हो सकता है कि आग का पता चल गया है, और 0 mA एक मुसीबत का संकेत देगा, जो निगरानी साइट को बताएगा कि अलार्म सर्किट विफल हो गया है। कुछ उपकरण, जैसे कि दो-तरफ़ा रेडियो रिमोट कंट्रोल कंसोल, धाराओं की ध्रुवीयता को उलट सकते हैं और डीसी करंट पर ऑडियो को मल्टीप्लेक्स कर सकते हैं।

इन उपकरणों को किसी भी रिमोट कंट्रोल के लिए नियोजित किया जा सकता है जिसकी एक डिजाइनर कल्पना कर सकता है। उदाहरण के लिए, एक वर्तमान लूप एक निकासी सायरन (नोइज़मेकर) को सक्रिय कर सकता है या यातायात संकेत को आदेश दे सकता है।

दो तरफा रेडियो का प्रयोग
वर्तमान लूप सर्किट दूर के स्थलों पर रेडियो बेस स्टेशनों को नियंत्रित करने का एक संभावित तरीका है। दो तरफा रेडियो उद्योग इस प्रकार के रिमोट कंट्रोल को डीसी रिमोट कहता है। यह नाम नियंत्रण बिंदु और रेडियो बेस स्टेशन के बीच डीसी सर्किट निरंतरता की आवश्यकता से आता है। एक मौजूदा लूप रिमोट कंट्रोल ऑपरेटिंग बिंदु और रेडियो ट्रांसीवर के बीच तारों के अतिरिक्त जोड़े की लागत बचाता है। कुछ उपकरण, जैसे Motorola MSF-5000 बेस स्टेशन, कुछ कार्यों के लिए 4 mA से नीचे की धाराओं का उपयोग करते हैं। एक वैकल्पिक प्रकार, टोन रिमोट, अधिक जटिल है लेकिन नियंत्रण बिंदु और बेस स्टेशन के बीच केवल एक ऑडियो पथ की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, एक टैक्सी केब  डिस्पैचर बेस स्टेशन आठ मंजिला इमारत की छत पर भौतिक रूप से स्थित हो सकता है। टैक्सी कंपनी का कार्यालय पास की किसी दूसरी इमारत के बेसमेंट में हो सकता है। कार्यालय में एक रिमोट कंट्रोल यूनिट होगी जो वर्तमान लूप सर्किट पर टैक्सी कंपनी बेस स्टेशन संचालित करेगी। सर्किट आमतौर पर एक टेलीफोन लाइन या इसी तरह की वायरिंग पर होगा। कंट्रोल फंक्शन धाराएं सर्किट के प्रेषण कार्यालय के अंत में रिमोट कंट्रोल कंसोल से आती हैं। दो-तरफ़ा रेडियो उपयोग में, एक निष्क्रिय सर्किट में सामान्य रूप से कोई करंट मौजूद नहीं होगा।

दो-तरफ़ा रेडियो उपयोग में, रेडियो निर्माता विशिष्ट कार्यों के लिए विभिन्न धाराओं का उपयोग करते हैं। एकल सर्किट पर अधिक संभावित कार्य प्राप्त करने के लिए ध्रुवीयताएं बदली जाती हैं। उदाहरण के लिए, एक संभावित योजना की कल्पना करें जहां इन धाराओं की उपस्थिति से बेस स्टेशन की स्थिति बदल जाती है:


 * कोई वर्तमान साधन चैनल 1 पर प्राप्त नहीं होता है, (डिफ़ॉल्ट)।
 * +6 mA का मतलब चैनल 1 पर प्रसारण हो सकता है
 * -6 mA का मतलब हो सकता है कि रिसीव मोड में रहें लेकिन चैनल 2 पर स्विच करें। जब तक -6 mA करंट मौजूद रहेगा, रिमोट बेस स्टेशन चैनल 2 पर रिसीव करना जारी रखेगा।
 * -12 mA बेस स्टेशन को चैनल 2 पर प्रसारित करने का आदेश दे सकता है।

यह सर्किट ध्रुवता-संवेदनशील है। यदि एक टेलीफोन कंपनी केबल स्प्लिसर गलती से कंडक्टरों को उलट देता है, तो चैनल 2 का चयन करने से ट्रांसमीटर लॉक हो जाएगा।

सर्किट के दूसरे छोर पर प्रत्येक मौजूदा स्तर संपर्कों का एक सेट बंद कर सकता है, या ठोस-राज्य तर्क संचालित कर सकता है। उस संपर्क के बंद होने से नियंत्रित डिवाइस पर स्थिति बदल गई। कुछ रिमोट कंट्रोल उपकरण में निर्माताओं के बीच संगतता की अनुमति देने के लिए विकल्प सेट हो सकते हैं। यानी, एक बेस स्टेशन जिसे +18 mA करंट के साथ ट्रांसमिट करने के लिए कॉन्फ़िगर किया गया था, उसके विकल्प (बजाय) इसे +6 mA मौजूद होने पर ट्रांसमिट करने के लिए बदल सकते थे।

दो-तरफ़ा रेडियो उपयोग में, सर्किट जोड़ी पर एसी सिग्नल भी मौजूद थे। यदि बेस स्टेशन निष्क्रिय था, तो प्राप्त ऑडियो को बेस स्टेशन से प्रेषण कार्यालय तक लाइन पर भेजा जाएगा। ट्रांसमिट कमांड करंट की उपस्थिति में, रिमोट कंट्रोल कंसोल ऑडियो को ट्रांसमिट करने के लिए भेजेगा। प्रेषण कार्यालय में उपयोगकर्ता की आवाज को संशोधित किया जाएगा और डीसी करंट पर आरोपित किया जाएगा जिससे ट्रांसमीटर संचालित होगा।

यह भी देखें

 * वर्तमान स्रोत - एक वर्तमान पाश ट्रांसमीटर
 * करंट-टू-वोल्टेज कन्वर्टर
 * हाईवे एड्रेसेबल रिमोट ट्रांसड्यूसर प्रोटोकॉल
 * नामुर – जर्मन उद्योग मानक निकाय 4–20 mA के लिए दोष स्तरों को परिभाषित करता है
 * गरमा और इंस्ट्रूमेंटेशन आरेख – नियंत्रण योजना और संबद्ध पाइपिंग और पोत देता है।

अग्रिम पठन

 * Lipták, Béla G. Instrumentation Engineers' Handbook. Process Measurement and Analysis. CRC Press. 2003.  HB. ISBN 0-8493-1083-0

बाहरी संबंध

 * Fundamentals, System Design, and Setup for the 4 to 20 mA Current Loop
 * What Voltage do I need to operate my 4...20 mA transducer?
 * Current signal systems
 * How to read current loop using arduino
 * How to read current loop using arduino