Guida al cablaggio del trasmettitore di pressione 4-20 mA: spiegazione dei cablaggi a 2, 3 e 4 fili.

Un trasmettitore di pressione industriale 4-20 mA utilizza un circuito a corrente per inviare le letture di pressione a distanza. Questa soluzione è preferibile a un semplice segnale di tensione per evitare perdite di precisione. I circuiti a corrente ignorano il rumore elettrico generato dai macchinari industriali, consentendo al pannello di controllo di ricevere dati puliti indipendentemente dalla distanza tra il sensore e la sala di controllo.

Come funziona un circuito di corrente 4-20 mA nel mondo reale

Il cablaggio dei sensori spesso passa vicino ad apparecchiature di saldatura e cavi di motori ad alta tensione quando si monitora la pressione delle condotte. Se si invia un segnale di 0,10 V su tale distanza, la resistenza interna del cavo abbassa la tensione prima che raggiunga la sala di controllo. Pertanto, una lettura di 5 V potrebbe essere visualizzata come 4,7 V sul display. La situazione può essere ulteriormente compromessa dalla presenza di campi magnetici nelle vicinanze che iniettano elettricità statica nella linea.

Un circuito a corrente costante aggira questo problema forzando una corrente precisa attraverso il filo. Questa corrente può essere compresa tra 4 mA (pressione zero) e 2 mA (pressione a fondo scala). Poiché la corrente rimane costante in ogni punto del circuito, il controller legge lo stesso valore indipendentemente dalla posizione del sensore.

Una volta compresa questa parte, il passo successivo è realizzare correttamente il cablaggio fisico. Consultare uno schema di cablaggio chiaro per un trasmettitore di pressione 4-20 mA prima di posare i cavi può evitare di bruciare una scheda di ingresso o di creare un anello di massa.

Il circuito a 2 fili: alimentazione e segnale sulle stesse linee

Un sistema a due fili è quanto di più semplice si possa immaginare per il cablaggio della strumentazione. La stessa coppia di fili svolge una doppia funzione: trasporta l'alimentazione a 24 V CC al sensore e riporta il segnale da 4-20 mA al pannello.

Questo schema di cablaggio a 2 fili da 4-20 mA mostra come funziona sul campo.

Il cavo positivo proveniente dall'alimentatore va collegato direttamente al terminale positivo del sensore. Il terminale negativo del sensore, invece, passa attraverso l'ingresso analogico del PLC prima di tornare a massa. Non essendo necessario alcun cavo aggiuntivo, questo metodo è considerato economico per l'installazione.

Si tratta di tre connessioni alla morsettiera: il terminale positivo (V+) dell'alimentatore a 24 V al terminale positivo (L+) del trasmettitore, il terminale negativo (L-) del trasmettitore al terminale positivo (AI+) della scheda PLC e il terminale negativo (AI-) della scheda PLC al polo negativo comune (V-) dell'alimentatore, chiudendo così il circuito.

Configurazioni a 3 e 4 fili: gestione di display più luminosi

A volte un sensore necessita di più energia di quella che una linea di base di 4 mA può fornire, solitamente perché ha un display luminoso o esegue elaborazioni locali sull'unità. In tal caso, saranno necessari tre o quattro fili anziché due.

In una configurazione a 3 fili, la massa è condivisa tra alimentazione e segnale. Un filo di alimentazione dedicato e un filo comune mantengono in funzione il display e l'elettronica del sensore, mentre un terzo filo trasporta il segnale 4-20 mA al PLC, utilizzando lo stesso punto di massa per chiudere il circuito. Sul morsetto: il polo positivo dell'alimentazione (V+) va all'ingresso di alimentazione del sensore (Vcc), il polo negativo dell'alimentazione (V-) va alla massa del sensore (GND) e un ponticello collega la massa (GND) al polo negativo (AI-) del PLC. L'uscita del segnale del sensore va direttamente all'ingresso positivo (AI+) del PLC.

Una configurazione a 4 fili mantiene l'alimentazione completamente separata dal segnale. Due fili gestiscono esclusivamente l'alimentazione, sia essa a 24 V CC o 110/220 V CA, mentre gli altri due rimangono isolati e dedicati alla lettura 4-20 mA, tenendo lontani i picchi di alta tensione dall'elettronica di controllo. Le linee di alimentazione esterne si collegano ai terminali di alimentazione del sensore, mentre i terminali segnale+ e segnale- del sensore si collegano direttamente ai terminali AI+ e AI- del PLC, ben distanti da eventuali fili di massa comuni provenienti dal lato alimentazione.

La maggior parte dei problemi di loop è riconducibile a uno dei seguenti fattori: una schermatura collegata a massa a entrambe le estremità anziché a una sola, creando un loop di massa che corrompe un segnale pulito; un alimentatore che non riesce a mantenere 24 V sotto carico, causando una deriva della lettura, più evidente sui sensori a 3 e 4 fili poiché i display assorbono una corrente maggiore; oppure un'incompatibilità di impedenza di ingresso del PLC, poiché il loop si aspetta 250 ohm per essere convertito correttamente in un valore leggibile dal PLC.

Selezione di un isolato PLC Modulo I/O analogico

Quando un circuito deve gestire un forte rumore di fondo, la scheda di ingresso analogico sul lato PLC è importante quanto il sensore. Prima di procedere, è opportuno verificare alcuni aspetti.

La maggior parte delle schede standard offre solo l'isolamento di gruppo, che consente comunque a un anello di massa di propagarsi tra canali adiacenti e di falsare le letture non correlate. Ciò di cui si ha realmente bisogno è l'isolamento canale-canale, con una tensione nominale di almeno 500 V CA o 700 V CC, in modo che un picco sulla linea di un sensore non possa propagarsi al resto della rete. 

Conferma che l'impedenza di ingresso della scheda sia effettivamente di 250 ohm, poiché è ciò che converte un segnale 4-20mA in modo pulito nell'intervallo 1-5V letto internamente dal PLC. E dimensiona il numero di canali per dove sta andando il pannello, non solo oggi: una scheda isolata a 8 canali, come una Siemens SIMATIC S7-1200 Il modulo SM 1231 o un modulo Mitsubishi MELSEC-F, lascia spazio per aggiungere sensori in seguito senza occupare spazio sulla guida DIN.

Sensori di pressione Autonics PSAN

Consumo nominale di corrente: Max. 50 mA , Max. 75 mA
Tensione di funzionamento: 12–24 V CC
Tempo di risposta: 2,5 ms, 5 ms, 100 ms, 500 ms, 1000 ms
Intervallo di umidità: da 30 a 80% RH

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Il rumore del segnale non sempre ha origine dal sensore. A volte la soluzione risiede nel PLC, ed è per questo che offriamo anche schede di ingresso analogico isolate e unità di elaborazione di Siemens, ABB e Mitsubishi, in modo che un circuito 4-20 mA di un trasmettitore di pressione e la relativa scheda di lettura vengano aggiornati contemporaneamente. Ogni componente viene spedito con una garanzia di autenticità 100%, garanzia completa del produttore e un servizio di logistica internazionale affidabile.