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Transmisores 2-wire o de dos hilos: el voltaje siempre junto con la corriente 4-20mA!!!

28 Enero 2011

 

Es posible combinar la energia eléctrica y la comunicación analogica sobre el mismo par de cables usando 4-20mA DC, si diseñamos el transmisor para ser "loop powered" o "alimentado por el lazo". Un transmisor loop-powered se conecta al controlador del proceso de la siguiente manera:

 

 

 

Aqui, el transmisor no es realmente una fuente de corriente como en un transmisor de cuatro hilos. A cambio, un transmisor de dos hilos es diseñado para actuar como un regulador de corriente, limitando la corriente al valor que representa la medida de proceso, mientras se apoya en una fuente remota de poder para promover el flujo de corriente. Debemos darnos cuenta, la direccion de la flecha en simbolo de la fuente de corriente dependiente del transmisor, y como se relaciona con los signos de la polaridad del voltaje. Mirando en el articulo anterior, la imagen de un circuito de un transmisor de 4 hilos para comparar. La fuente de corriente en este transmisor loop-powered o de "dos hilos" en realidad se comporta como un carga electrica, mientras que la fuente de corriente en un transmisor de 4 hilos funciona como realmente una fuente de corriente.

 

Un transmisor loop-powered toma la energia del voltaje mínimo y corriente en sus dos terminales. Con una tipica fuente de voltaje empezando con 24 voltios DC,y una caida de voltaje máximo a traves de la resistencia de 250 Ohm en el controlador de 5 voltios DC, el transmisor deberia siempre tener al menos 19 voltios disponibles en sus terminales. Dando el extremo inferior del rango de 4-20mA, el transmisor deberia siempre tener al menos 4mA de corriente para funcionar. Por tanto, el transmisor siempre tendrá una cierta cantidad de energia electrica disponible en el cual operar, mientras que la corriente regulada representa la medida del proceso.

 

Internamente, el hardware de un transmisor de 2 hilos se parece al diagrama de abajo. Demonos cuenta que todo lo mostrado con lineas punteadas en el siguiente diagrama representa el transmisor de dos hilos de la figura anterior:

 

 

Todo la circuiteria de sensado, scalado, y acondicionamiento de salida dentro del transmisor debe ser diseñada para funcionar a menos de 4mA de corriente DC, y a un "modesto" voltaje en los bornes. Para crear un lazo de corriente de mas de 4mA (o lo que el transmisor hace para abarcar todo el rango de señal 4-20mA), el transmisor usa un transistor para derivar (bypass) corriente extra de un terminar hacia el otro tanto como necesita para hacer que la corriente total indicada por la medida del proceso. Por ejemplo, si la corriente de operacion interna en el transmisor es solo 3.8mA, y debe regular la corriente de lazo a un valor de 16mA para representar una condicion de 75% de medida de proceso, el transistor derivará 12.2mA de corriente.

 

Una cantidad muy baja de potencia electrica disponible un los terminales de un transmisor de 2 2 hilos limita su funcionalidad. Si el transmisor requiere mas energia electrica que puede enviar con 4 miliamperios y 19 voltios (minimos de cada uno), la unica solucion es usar un transmisor de 4 hilos donde la energia esta separada de la señal de 4-20mA. Un ejemplo de un transmisor de proceso que debe ser de 4 hilos es en un analizador quimico como un cromatografo, requiriendo la energia suficiente para operar un calentador electrico, una valvula solenoide, y una computadora "on-board" para procesar los datos del sensor. No hay manera de operar una maquina compleja como un cromatografo moderno con solo 4 miliamperios y 19 voltios!!.

 

Los primeros transmisores industriales actuales no eran capaces de operar en niveles tan bajos de energía eléctrica, por lo que utilizaba un estándar diferente de la señal actual: de 10 a 50 miliamperios CC. El suministro de alimentación de lazo para estos transmisores varió más de 90 voltios para suministrar energía suficiente para el transmisor. Por temas de seguridad seguridad hecho el estándar desde 10 hasta 50 mA inadecuado para algunas instalaciones industriales y circuitos microelectrónicos modernos se pudo reducir a un menor consumo de energía haciendo que el estándar de 4-20 mA sea en la práctica el mas usado en casi todos los tipos de transmisores de proceso actualmente.

 

 

José Carlos Villajulca

Soy un apasionado ingeniero especializado en Control, Automatizacion e Instrumentación Industrial. Con mas 9 años de experiencia desarrollando proyectos y manteniendo sistemas de control en diversas plantas industriales. Soy director y webmaster de InstrumentacionyControl.NET y de MyAutomationClass.com. Cualquier consulta o comentario lo puedes hacer en la parte de abajo y escribiendo nuestro foro: http://instrumentacionycontrol.net/foros/.

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