LAZO DE CORRIENTE 4-20mA

En un sistema de control de lazo cerrado, la entrada de este corresponde al valor deseado de la variable que se quiere controlar, sea temperatura, nivel, velocidad. La salida será el actuador que afecta el estado de la variable que se está controlando, y como retroalimentación será común encontrar sensores, que tomen el estado actual de la variable a controlar en el sistema.Las señales analógicas provenientes de estos sensores son susceptibles a ruidos, por lo que no pueden transmitir su señal a distancias remotas a algún controlador, PLC, esto se resuelve colocando transmisores de lazo de corriente de 4-20 mA.La norma lazo de corriente de 4-20mA tiene su origen en –The American nacional Standard Institute (ANSI) y The instrumentations Systems (ISA).

PERTURBACIONES EN LA TRANSMISION

La energía de un señal decae con la distancia, por lo que hay que asegurarse que llegue con suficiente energía como para ser captada por la circuitería del receptor y además el ruido debe ser sensiblemente menor que la original.EL RUIDOEs toda aquella señal que se inserta entre el receptor y el emisor de una señal dada.El ruido térmico debido a la agitación térmica de los electrones dentro del conductor, ruido de ínter modulación cuando las distintas frecuencias comparten el mismo medio de transmisión, diafonía se produce cuando hay un acoplamiento entre las líneas que transportan las señales, el ruido impulsivo se trata de pulsos discontinuos de poca duración y de gran amplitud que afectan a la señal.

COMPONENTES DE LAZO DE CORRIENTE DE 4-20 mA.

-Un sensor / transductor

DiomedesRomanC

2

-1 1

-2

Señal sin ruido

2

-1 1

-2

Señal con ruido

-un convertidor de voltaje a corriente (transmisor o acondicionador de señal)-Una fuente de alimentación para el lazo-Un receptor / monitor.

Los sensores proveen una salida de voltaje cuyo valor representa la variable física que es medida ejemplo un termopar es un tipo sensor que provee un nivel de voltaje muy bajo a sus salidas, que puede ser proporcional a la temperatura a la que es sometida .

El transmisor amplifica y acondiciona la salida del sensor, luego convierte el voltaje a un nivel de corriente directa en un rango de 4-20 mA que circula en serie a través de un lazo cerrado. La salida en el transmisor es de corriente y es proporcional a la variable física.4 mA será un extremo de la variable física y el otro 20 mA el otro extremo opuesto.El receptor / monitor que convierte la corriente entre 4-20mA de regreso a voltaje, el cual podrá ser utilizado en algún proceso posterior.La fuente de alimentación de lazo generalmente proporciona cualquier requerimiento de energía tanto al transmisor como al receptor. Una fuente de 24 voltios es muy utilizado en aplicaciones de monitoreo de 4-20mA. También existen 12 voltios fuente alimentación para los ordenadores.TYPE DE TRANSMISORES:

TYPE 2. Es un transmisor de 2 hilos, por los que se provee energía y se extrae la corriente proporcional a la variable física. Se considera al transmisor como flotante ya que la fuente de alimentación se encuentra en el receptor así como la señal de tierra.

TYPE 3. Es un transmisor de 3 hilos, en el que se alimenta al transmisor por un hilo adicional, otro hilo corresponde al lazo de corriente y el tercer hilo es común entre el transmisor, la fuente y el receptor.

DiomedesRomanC

TYPE 4. Este transmisor es el resultado de la combinación de los dos anteriores. Se tiene un transmisor alimentado con una fuente de corriente y un receptor con carga flotante.

CARACTERISTICAS ELECTRICAS DE LAZO DE CORRIENTE DE 4-20 mA.Depende de la cantidad de voltaje que lo alimenta y la cantidad de voltaje que necesita el lazo en función a la distancia del lazo y la resistencia que presenta el receptor más la que genera el cable de lazo.La caída de voltaje en el lazo, es la resistencia total que este presenta para la salida del transmisor.V=I* R ( V es la caída de voltaje, I la corriente que pasa a través de la resistencia del receptor).La resistencia de lazo es 250 ohms, la caída máxima de voltaje en el lazo será: Voltaje de caída=250 ohms*20mA=250*0,020= 5 voltios EJEMPLO DE CAIDA DE VOLTAJE

RANGO MAXIMO DEL TRANSMISOR-Fuente de alimentación del lazo 24 voltios-Voltaje mínimo de operación del transmisor es 8 voltios-La caída producida por el lazo y el receptor es 4 voltios-Los 12 voltios restantes son absorbidas completamente por el transmisor ya que la mayoría de los receptores / monitores, contienen únicamente una entrada puramente resistivo, en ocasiones combinada con el diodos tener, para controlar la caída de voltaje.

RESISTENCIA DEL CABLE

DiomedesRomanC

Los cables de cobre exhiben una resistencia en DC, directamente proporcional a la longitud y diámetro del cable.En aplicaciones en que se utilizan dos o mas monitores de lazos conectados a distancias de 1500 metros como máximo, normalmente se utiliza fuente de alimentación de 24V, porque muchos transmisores requieren de un voltaje mínimo de 8V para su correcta operación y les añades la caída típica de 3-5V por cada proceso receptor y la caída 2-4V ocasionadas por el cableado del sistema e interconexiones. Un voltaje mínimo de alimentación fácilmente superan los 16V.POR QUE USAR LAZO DE CORRIENTE-Un sensor es un dispositivo usado para medir magnitudes físicas tales como temperatura, presión, velocidad, flujo de líquidos.-La transmisión de la información del sensor vía un lazo de corriente es útil cuando la información tiene que enviarse sobre una distancia de más de 300 metros.-El lazo de corriente se encarga de convertir un voltaje suministrado por el sensor en una corriente proporcional comprendida entre 4-20 mA.-4mA representa el nivel de salida cero del sensor y 20 mA representa la salida de plena escala del sensor.-Luego, un receptor en un extremo remoto convierte la corriente a un voltaje que oportunamente será procesado por el ordenador o PLC.-El valor de la corriente no es afectada en todo el lazo por las caídas del voltaje en el cable. Los electrones originados en el terminal negativo de la fuente de alimentación del lazo retornan al terminal positivo.

SEÑALES ANALOGICAS (SIEMENS)-ENTRADAS ANALOGICAS-SALIDAS ANALOGICAS

DiomedesRomanC

BOUCLE 4-20mA+

-

+

-

CAPTEUR

CONVERTISSEURMONITEUR

ALIMENTATION 24 V DC

250 OHMS

Las señales externas al PLC pueden ser de distintos tipos: corrientes y voltajes, para lo cual se requiere la utilización especifica de unos módulos que traten estas señales:Las señales analógicas presentan un margen de variación continua, por lo que las magnitudes pueden tomar entre los valores máximos y mínimos, infinitos valores. Estas magnitudes son controladas por módulos específicos de PLC, llamadas módulos analógicos.

LOS MODULOS ANALOGICOS DE ENTRADA.-Convierten la información analógica procedente de un sensor de tipo analógico en información digital, de forma que puede ser procesada por la CPU del PLC, esto se consigue mediante la conversión y traducción de una medida de tensión o corriente que proporciona el sensor analógico o transmisor y que es depositada en la memoria interna mediante una palabra digital.Ejemplo: Temperatura, presión y conductividad etc.

LOS MODULOS ANALOGICOS DE SALIDA.-Convierten la información digital procedente de la CPU del PLC en información analógica, de forma que puede ser procesada por un regulador del tipo analógico. Los módulos analógicos de salida por lo tanto trabajan en sentido inverso a los módulos analógicos de entrada. Es decir que proporcionan valores de corriente o tensión a partir de una palabra digital.Ejemplo: Variación de frecuencia, válvulas proporcionales, etc.

CONFIGURACION DE LAS TARJETAS DE SEÑALES ANALOGICASSon configuradas por canales, por ejemplo una tarjeta de 8 entradas distribuidas en 4 canales. Podemos configurar el primer canal mida TENSION, el segundo canal mida INTENSIDAD, el tercer y cuarto canal midan RESISTENCIA.Existen funciones de conversión que automatizan la conversión, FC105, FC106.

Scale FC105: toma un valor entero IN y convierte a un valor real.(entre OB1 y en la librería)

Ejemplo:IN=52Hi-Lim=100Lo-Lim=0OUT=(52-(-27648))/(27648-(-27648))*(100-0) +0=50.09439IN :el valor entero a escalar a real :es de 16 bits comprendido entre -32768 y +32767 : BIPOLAR: El valor entero comprendido entre <-27648, +27648>, donde K1=-27648K2=+27648.UNIPOLAR: Comprendido entre <0, +27648>, donde K1=0 y K2=+27648 HI_LIM := valor real superior de 32 bits . Doble de palabra LO_LIM := valor real inferior de 32 bits. Doble palabra BIPOLAR:=TRUE: si es true indica que el valor de entrada es bipolar, si es false el valor es unipolar. RET_VAL:=valor de palabra: retorna error de información OUT :=valor real: da el resultado de la escala de conversión. CALL "SCALE" IN :=MW0 HI_LIM :=MD10 LO_LIM :=MD20 BIPOLAR :=TRUE or FALSE .

DiomedesRomanC

OUT = [ ( (IN – K1)/(K2–K1)) * (HI_LIM–LO_LIM)] +

RET_VAL :=MW30 OUT :=MD40

Unscale FC 106: Toma el valor real de IN y convierte a valor entero.

OUT=(50.09439-0)/(100-0)*(27648-(-27648) )+(-27648)=52

CALL "Read Analog Value 466-1" IN :=MD10 HI_LIM :=MD20 LO_LIM :=MD30 BIPOLAR :=TRUE RET_VAL :=MW50 OUT :=MW0

CONVERSION DE LAS SEÑALES ANALOGICAS DE ENTRADALas tarjetas de señales de entrada analógica que detectan señales de campo en TENSION o en INTENSIDAD convierten estas en una medida de valor BINARIO para que la CPU las pueda procesar. La conversión de entrada produce un numero comprendido entre <- 32767, +32768>.

DATO TYPO ENTERO DE 16 BITSPEW 288=109060 convertir Analógica a Digital (dividir el PEW288 entre 2 sucesivamente: 109060/2): 10960= 10101011010000(2) se rellena de derecha a izquierda y al resto que falta rellenar con valores positivos es decir (0).

CONVERSION DE LAS SEÑALES ANALOGICAS DE SALIDALas tarjetas de señales de salida analógica reciben valores numéricos desde el CPU que condicionan valores de VOLTAJE O CORRIENTE que son empleados por los dispositivos de control analógico de campo. Esta operación de conversión DIGITAL a ANALOGICA es utilizada para controlar dispositivos externos. La conversión de salida está comprendido, entre en el rango nominal, mínimo y máximo digital.Ejemplo.- si queremos que un equipo de campo de posicionamiento se situe al 25% de su posicionamiento máximo, debemos utilizar el 25% del rango digital nominal de la tarjeta de salida analógica:

DiomedesRomanC

77 6 5 4 3 2 1 0 6 5 4 3 2 1 0

0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0

Byte n Byte n+1

MSB LSBMost significant bit0=+

Least significant bit1 = _-

OUT = [ ((IN–LO_LIM)/(HI_LIM–LO_LIM)) * (K2–K1) ] + K1

-Si la tarjeta de salida analógica usa 0V a 10V -Y el rango nominal digital está comprendido entre 0 y +27648.-La tarjeta analógica de salida debería convertir el valor digital +6912 ( 27648*25%).-Para que entregue 2,5V (10V*25%) al dispositivo del campo.

OPERACIONES CON SEÑALES ANALOGICASCargar y transferir ENTRADA ANALOGICA a CPU L PEW 304 : cargar la entrada analógicaT MW10 ; luego transfiere a mw10.Cargar y transferir SALIDA DIGITAL DE CPU a salida analógicaL MW20 : cargar la salida digitalT PAW 334 : transfiere a la salida analógica;AJUSTE DE LOS VALORES ANALOGICOSEl ajuste de los valores analógicos se utiliza para trabajar y comparar con las mismas unidades que son empleados en el dispositivo, en lugar de trabajar con los valores obtenidos en la conversión analógica digital.Rango de CPU en la conversión ANALOGICA =>DIGITAL (bipolar y unipolar)

VALOR DE OFFSET(compensación).-Los dispositivos de campo de entrada o salida, con frecuencia utilizan un puesta a CERO al 20% del valor de la señal OFFSET.En los casos de una señal de entrada proveniente de un sensor con señal de 0 a 20 mA con OFFSET. En vez de enviar 0 a 20 mA, este enviaría 4 a 20 mA. Este diferencia de 0 a 4 mA OFFSET, proporciona al control una compensación para interpretar la diferencia entre CERO y no transmisión.Una señal de entrada SIN OFFSET que envía 0, impedirá a la CPU interpretar si es el CERO de la señal o es que el sensor ha FALLADO o está CORTADO el bus de transmisión (corte de hilo).Una señal de entrada con OFFSET que envía un valor por debajo de 4mA, permitirá a la CPU interpretar que el nivel de señal reportado no es válido.

ENTRADA ANALOGICA: (rango de CPU=27648)

SALIDA ANALOGICA

DiomedesRomanC

Capteur de nivel

1000 L

0 L

20mA

4mA

Va CPU

27648

5530 (20%)

OFFSET= (PEW288-20%27648)*1,25OFFSET= (PEW288-20%27648)*1,25

Capteur -valvula

Viene de CPU

OFFSET= (MW20 *100/1,25)+ 20%27648)OFFSET= (MW20 *100/1,25)+ 20%27648)

Nota.-La señal MW20 : viene de CPU y va al Capteur una orden de ejecución. La señal PEW288: viene del capteur y va al CPU como una información del campo.

DiomedesRomanC

PESO DE UN SILO-ALMIDON

DiomedesRomanC

fusible

Alimentación+24vdc

CONVERTIDOR4-20 mA

L+

2

M

3

CARTA siemensEntrada Analógica

L.+ N

CELULAS DE PESO

Alimentación230VAC

+

-

CAUDALIMETRO m3/h (conexión)

DiomedesRomanC

CAUDALIMETROConvertidor 4-20 mA

2

M

3

CARTA siemensENTRADA Analógica

L+

P- P+ I- I+

Entrada digitalAlimentación230vAC

Entrada Analógica

Alimentación+24Vdc

fusible

TRANSMISOR DE NIVEL

DiomedesRomanC

Transmisor-nivelConvertidor 4.20mA

Alimentación+24Vdc

PANELINDICADOR

2

M

3

CARTA siemensEntrada Analógica

+ -

FUSIBLEL+

Entrada Analógica

Alimentación230Vac

TEMPERATURA PT100

DiomedesRomanC

Alimentación230Vac

CONVERTIDOR4-20 mA Pt100

Alimentación+24Vdc

PANELINDICADOR

2

M--

3

CARTA siemensEntrada Analógica

+ -

fusibleL+

Entrada Analógica

VISCOSIMETRO

DiomedesRomanC

Alimentación230Vac

CONVERTIDOR 4-20mAVISCOSIMETRO

Alimentación+24Vdc

PANELINDICADOR

2

M-

3

CARTA siemensEntrada Analógica

- +

fusibleL+

Alimentación230VAc

EntradaAnalógica

VALVULA REGULABLE

DiomedesRomanC

CONVERTIDOR 4-20mA

VALVULA REGULABLE

Alimentación+24Vdc

2

M--

3

CARTA siemensSALIDA Analógica

- +

SALIDAAnalógica

fusibleL+

hjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjjj

DiomedesRomanC

DiomedesRomanC