Guía de cableado del transmisor de presión de 4-20 mA: Explicación de los sistemas de 2, 3 y 4 hilos.

Un transmisor de presión industrial de 4-20 mA utiliza un bucle de corriente para enviar lecturas de presión a distancia. Se opta por este método en lugar de una señal de voltaje simple para evitar la pérdida de precisión. Los bucles de corriente eliminan el ruido eléctrico de la maquinaria de la fábrica, lo que permite que el panel de control reciba datos nítidos independientemente de la distancia entre el sensor y la sala de control.

Cómo funciona un circuito de corriente de 4-20 mA en la práctica.

El cableado de los sensores suele pasar cerca de equipos de soldadura y cables de motores de alta tensión al monitorizar la presión de las tuberías. Si se envía una señal de 0,10 V a través de esa distancia, la resistencia interna del cable reduce la tensión antes de que llegue a la sala de control. Por lo tanto, una lectura de 5 V podría aparecer como 4,7 V en la pantalla. Además, la señal puede verse afectada por la inyección de estática en la línea debido a campos magnéticos cercanos.

Un bucle de corriente evita ese problema al forzar una corriente precisa a través del cable. Esta puede estar entre 4 mA (presión cero) y 2 mA (presión máxima). Dado que la corriente permanece constante en cada punto del circuito, el controlador lee el mismo valor independientemente de la posición del sensor.

Una vez que comprendas esa parte, el siguiente paso es realizar correctamente el cableado físico. Consultar un diagrama de cableado claro para un transmisor de presión de 4-20 mA antes de tender el cable puede evitar que se dañe una tarjeta de entrada o que se produzca un bucle de tierra.

El bucle de 2 hilos: alimentación y señal en las mismas líneas.

Una configuración de dos cables es de las más sencillas que existen para el cableado de instrumentación. El mismo par de cables cumple una doble función: suministra alimentación de 24 V CC al sensor y devuelve la señal de 4-20 mA al panel.

Este diagrama de cableado de 2 hilos y 4-20 mA muestra cómo funciona esto en la práctica.

El cable positivo de la fuente de alimentación se conecta directamente al terminal positivo del sensor. A continuación, el terminal negativo del sensor pasa por la entrada analógica del PLC antes de volver a tierra. Dado que no se requiere cableado adicional, este método se considera económico para la instalación.

En el bloque de terminales hay tres conexiones: el terminal positivo de la fuente de alimentación de 24 V (V+) al terminal positivo del transmisor (L+), el terminal negativo del transmisor (L-) al terminal positivo de la tarjeta PLC (AI+) y el terminal negativo de la tarjeta PLC (AI-) de vuelta al común negativo de la fuente de alimentación (V-), cerrando así el circuito.

Configuraciones de 3 y 4 cables: Cómo manejar pantallas más brillantes

A veces, un sensor necesita más potencia de la que puede suministrar una línea base básica de 4 mA, generalmente porque tiene una pantalla brillante o realiza procesamiento local en la unidad. En ese caso, necesitará tres o cuatro cables en lugar de dos.

Una configuración de 3 hilos comparte una tierra común entre la alimentación y la señal. Un cable de alimentación dedicado y un cable común mantienen en funcionamiento la pantalla y la electrónica del sensor, mientras que un tercer cable transporta la señal de 4-20 mA al PLC, utilizando esa misma tierra común para cerrar el circuito. En el bloque de terminales: la alimentación positiva (V+) se conecta a la entrada de alimentación del sensor (Vcc), la alimentación negativa (V-) a la tierra del sensor (GND), y un puente desde GND a la tierra común negativa del PLC (AI-). La señal de salida del sensor se conecta directamente a la entrada positiva del PLC (AI+).

En cambio, una configuración de 4 hilos mantiene la alimentación completamente separada de la señal. Dos hilos manejan solo la alimentación, ya sea de 24 V CC o 110/220 V CA, mientras que los otros dos permanecen aislados y dedicados a la lectura de 4-20 mA, evitando así que los picos de alta tensión afecten a la electrónica de control. Las líneas de alimentación externas se conectan a los terminales de alimentación del sensor, y los terminales de señal+ y señal- del sensor se conectan directamente a los terminales AI+ y AI- del PLC, manteniéndose alejados de cualquier cable de tierra común del lado de la alimentación.

La mayoría de los problemas de bucle se deben a una de estas pocas cosas: una pantalla conectada a tierra en ambos extremos en lugar de en uno solo, lo que crea un bucle de tierra que corrompe una señal limpia; una fuente de alimentación que no puede mantener 24 V bajo carga, lo que provoca una deriva en la lectura, más notoria en sensores de 3 y 4 cables, ya que las pantallas consumen corriente adicional; o una desadaptación de la impedancia de entrada del PLC, ya que el bucle espera 250 ohmios para convertirlos correctamente en algo que el PLC pueda leer.

Seleccionar un aislado SOCIEDAD ANÓNIMA Módulo de E/S analógicas

Cuando un bucle se enfrenta a un fuerte ruido de fondo, la tarjeta de entrada analógica del PLC es tan importante como el sensor. Hay algunos aspectos que conviene revisar antes.

La mayoría de las tarjetas estándar solo ofrecen aislamiento de grupo, lo que permite que un bucle de tierra se propague entre canales adyacentes y corrompa las lecturas no relacionadas. Lo ideal es un aislamiento entre canales, con una capacidad de al menos 500 V CA o 700 V CC, para que un pico de tensión en la línea de un sensor no afecte al resto de la red. 

Confirme también que la impedancia de entrada de la tarjeta sea realmente de 250 ohmios, ya que eso es lo que convierte una señal de 4-20 mA limpiamente en el rango de 1-5 V que el PLC lee internamente. Y dimensione la cantidad de canales para la dirección que tomará el panel, no solo hoy: una tarjeta aislada de 8 canales, como una Siemens SIMATIC S7-1200 El módulo SM 1231 o Mitsubishi MELSEC-F deja espacio para añadir sensores más adelante sin ocupar espacio en el riel ahora.

Sensores de presión PSAN de Autonics

Consumo de corriente nominal: Máx. 50 mA, Máx. 75 mA
Voltaje de funcionamiento: 12–24 V CC
Tiempo de respuesta: 2,5 ms, 5 ms, 100 ms, 500 ms, 1000 ms
Rango de humedad: 30 a 80% RH

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El ruido de la señal no siempre se origina en el sensor. A veces, la solución está en el PLC, por lo que también ofrecemos tarjetas de entrada analógicas aisladas y unidades de procesamiento de Siemens, ABB y Mitsubishi. De esta forma, tanto el bucle de 4-20 mA del transmisor de presión como la tarjeta que lo lee se actualizan simultáneamente. Todos los componentes se envían con garantía de autenticidad 100%, garantía completa del fabricante y logística internacional confiable.