Guide de câblage du transmetteur de pression 4-20 mA : Explication des câblages à 2, 3 et 4 fils

Un transmetteur de pression industriel 4-20 mA utilise une boucle de courant pour transmettre les mesures de pression à distance. Ce procédé est privilégié par rapport à un simple signal de tension afin de garantir la précision des mesures. Les boucles de courant s'affranchissent des perturbations électriques générées par les machines de production, permettant ainsi au panneau de commande de recevoir des données fiables quelle que soit la distance entre le capteur et la salle de contrôle.

Comment fonctionne une boucle de courant 4-20 mA dans la réalité

Lors de la surveillance de la pression dans les canalisations, le câblage des capteurs passe souvent à proximité d'équipements de soudage et de câbles de moteurs haute tension. Si un signal de 0,10 V est envoyé sur cette distance, la résistance interne du câble atténue la tension avant qu'elle n'atteigne la salle de contrôle. Par conséquent, une mesure de 5 V peut s'afficher comme 4,7 V. Des perturbations supplémentaires peuvent survenir lorsque des champs magnétiques environnants injectent de l'électricité statique dans la ligne.

Une boucle de courant contourne ce problème en imposant un courant précis dans le fil. Ce courant peut se situer entre 4 mA (pression nulle) et 2 mA (pression maximale). Comme il reste constant en tout point du circuit, le contrôleur mesure la même valeur quelle que soit la position du capteur.

Une fois cette étape maîtrisée, il s'agit de réaliser correctement le câblage. Consulter un schéma de câblage clair du transmetteur de pression 4-20 mA avant de passer les câbles vous évitera d'endommager une carte d'entrée ou de créer une boucle de masse.

La boucle à 2 fils : alimentation et signal sur les mêmes lignes

Un montage à deux fils est ce qu'il y a de plus simple en matière de câblage d'instrumentation. Ces mêmes fils remplissent une double fonction : ils acheminent l'alimentation 24 V CC vers le capteur et ramènent le signal 4-20 mA vers le panneau.

Ce schéma de câblage à 2 fils 4-20 mA montre comment cela se traduit sur le terrain.

Le fil positif provenant de l'alimentation est directement connecté à la borne positive du capteur. Le fil négatif du capteur est ensuite acheminé vers l'entrée analogique de l'automate programmable avant d'être mis à la masse. L'absence de câblage supplémentaire rend cette méthode d'installation économique.

Cela représente trois connexions au niveau du bornier : la borne positive de l'alimentation 24 V (V+) à la borne positive de l'émetteur (L+), la borne négative de l'émetteur (L-) à la borne positive de la carte PLC (AI+), et la borne négative de la carte PLC (AI-) à la borne négative commune de l'alimentation (V-), fermant ainsi la boucle.

Configurations à 3 et 4 fils : Gestion d’écrans plus lumineux

Il arrive qu'un capteur nécessite plus d'énergie que celle fournie par une alimentation de base de 4 mA, généralement parce qu'il possède un écran lumineux ou qu'il effectue un traitement local au sein de l'appareil. Dans ce cas, il vous faudra trois ou quatre fils au lieu de deux.

Un montage à 3 fils partage une masse commune pour l'alimentation et le signal. Un fil d'alimentation dédié et un fil commun assurent le fonctionnement de l'affichage et de l'électronique du capteur, tandis qu'un troisième fil transporte le signal 4-20 mA vers l'automate programmable, en utilisant cette même masse commune pour boucler la boucle. Sur le bornier : le pôle positif (V+) est connecté à l'entrée d'alimentation du capteur (Vcc), le pôle négatif (V-) à la masse du capteur (GND), et un cavalier relie cette masse à la masse commune négative de l'automate (AI-). Le signal de sortie du capteur est directement connecté à l'entrée positive de l'automate (AI+).

Un montage à 4 fils permet de séparer complètement l'alimentation du signal. Deux fils sont dédiés à l'alimentation (24 V CC ou 110/220 V CA), tandis que les deux autres restent isolés et dédiés à la mesure du courant 4-20 mA, protégeant ainsi l'électronique de commande des pics de tension. Les lignes d'alimentation externes se connectent aux bornes d'alimentation du capteur, et les bornes signal+ et signal- du capteur sont connectées directement aux entrées analogiques AI+ et AI- de l'automate programmable, en les maintenant à distance des fils de masse communs côté alimentation.

La plupart des problèmes de boucle proviennent de l'un des éléments suivants : un blindage mis à la terre aux deux extrémités au lieu d'une seule, créant une boucle de masse qui corrompt un signal propre ; une alimentation qui ne peut pas maintenir 24 V sous charge, ce qui provoque une dérive de la lecture, plus perceptible sur les capteurs à 3 et 4 fils puisque les afficheurs consomment un courant supplémentaire ; ou une inadéquation d'impédance d'entrée du PLC, car la boucle s'attend à ce que 250 ohms se convertissent proprement en quelque chose que le PLC peut lire.

Sélectionner un isolé PLC Module d'E/S analogiques

Lorsqu'une boucle est soumise à un fort bruit de fond, la carte d'entrée analogique côté automate est tout aussi importante que le capteur. Il convient de vérifier quelques points au préalable.

La plupart des cartes standard n'offrent qu'une isolation de groupe, ce qui permet à une boucle de masse de se propager entre les canaux adjacents et de fausser les mesures. L'idéal est une isolation canal à canal, supportant au moins 500 V CA ou 700 V CC, afin qu'une surtension sur la ligne d'un capteur ne puisse pas affecter le reste du réseau. 

Vérifiez que l'impédance d'entrée de la carte est bien de 250 ohms, car c'est elle qui convertit un signal 4-20 mA en une tension de 1-5 V, compatible avec l'automate programmable. Dimensionnez le nombre de canaux en fonction de l'évolution future du panneau, et pas seulement à court terme : une carte isolée à 8 canaux, par exemple, est recommandée. Siemens SIMATIC S7-1200 Le module SM 1231 ou un module Mitsubishi MELSEC-F permet d'ajouter des capteurs ultérieurement sans occuper d'espace sur les rails.

Capteurs de pression Autonics PSAN

Consommation de courant nominaleMax. 50 mA, Max. 75 mA
Tension de fonctionnement12–24 V CC
Temps de réponse: 2,5 ms, 5 ms, 100 ms, 500 ms, 1000 ms
Plage d'humidité: 30 à 80% RH

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L'approvisionnement en instruments de mesure (L'avantage Simply Buy)

Si vous rencontrez un problème de câblage ou des interférences de signal, la solution consiste généralement à choisir le capteur adapté au panneau. Simply Buy vous accompagne dans cette démarche en validant les schémas de circuits et en vous fournissant du matériel certifié de différentes marques.

Pour les procédés hygiéniques ou pharmaceutiques nécessitant des lavages fréquents, le capteur de pression de rinçage IFM PG2799 associe une face en acier inoxydable 316L entièrement soudée à une boucle propre de 4 à 20 mA. Pour un encombrement réduit sur les conduites de gaz ou de vide, le Omron E8F2 fournit des affichages graphiques à barres LED en temps réel avec une forte répétabilité, et le Autonics PSAN Cette gamme de produits permet la surveillance générale de l'air, de l'huile et de l'eau grâce à un câblage simple et rapide.

Les interférences ne proviennent pas toujours du capteur. Parfois, la solution se situe au niveau de l'automate programmable. C'est pourquoi nous proposons également des cartes d'entrée analogiques isolées et des unités de traitement Siemens, ABB et Mitsubishi, permettant ainsi la mise à niveau simultanée d'un transmetteur de pression (boucle 4-20 mA) et de la carte associée. Chaque composant est livré avec une garantie d'authenticité 100%, une garantie constructeur complète et bénéficie d'une logistique internationale fiable.