¿Por qué usar señales de corriente de 4-20 mA?

Por qué usar señales de corriente de 4-20 mA

En los sistemas industriales de medición y control, los transmisores de corriente y los transmisores de tensión convierten señales analógicas en señales eléctricas normalizadas para su transmisión a larga distancia a salas de control para supervisión, registro y control. La uniformidad de estas señales estándar es fundamental para garantizar la interoperabilidad entre distintos dispositivos y la estabilidad del sistema. La Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) ha establecido 4-20 mA CC y 1-5 V CC (mediante conversión resistiva) como estándares de señal analógica para sistemas de control de procesos.

1. Ventajas de las señales de corriente

Las señales de corriente ofrecen ventajas significativas frente a las señales de tensión durante la transmisión a larga distancia. Los entornos industriales suelen experimentar interferencias electromagnéticas severas, que distorsionan fácilmente las señales de tensión. Además, las señales de tensión sufren caídas de tensión debido a la resistencia de los cables durante transmisiones prolongadas, lo que provoca atenuación de la señal y errores de medición.

Las ventajas de las señales de corriente se reflejan principalmente en los siguientes aspectos:

• Fuerte resistencia a las interferencias: las tensiones de ruido en entornos industriales pueden alcanzar varios voltios, pero la potencia del ruido es débil y normalmente genera corrientes de ruido por debajo del nivel de nA. Las señales de corriente se ven menos afectadas por la resistencia de línea, resisten la atenuación y garantizan una transmisión de datos fiable en entornos con ruido eléctrico intenso.
• Larga distancia de transmisión: las fuentes de corriente presentan una resistencia interna infinita, lo que significa que la resistencia del cable en serie dentro del lazo no afecta a la precisión. Siempre que el lazo de transmisión permanezca sin ramificaciones, la corriente que circula por el lazo se mantiene constante independientemente de la longitud del cable. Esto permite la transmisión mediante cables de par trenzado estándar a cientos de metros o más, garantizando la precisión de transmisión.
• Cableado reducido: la transmisión de señal de 4-20 mA de dos hilos proporciona simultáneamente alimentación y señal, reduciendo el uso de cables y, por tanto, disminuyendo los costes y la complejidad del cableado.

2. Por qué la señal de 4-20 mA CC

La señal de 4-20 mA CC es la señal analógica estándar más ampliamente adoptada en aplicaciones industriales. Su elección no es casual, sino que se basa en múltiples consideraciones técnicas y de seguridad.

2.1 Motivo para seleccionar 4 mA como punto de partida (“cero vivo”)

La elección de 4 mA como punto de partida de la señal de 4-20 mA, en lugar de 0 mA, es una de sus características más importantes, conocida como “cero vivo”.
• Diagnóstico de fallos: cuando la señal indica 0 mA, señala claramente una rotura de línea (circuito abierto) o un fallo del dispositivo, en lugar de un valor de medición cero. Esto hace que el diagnóstico de fallos sea directo e intuitivo, evitando la confusión entre una señal cero y una avería por cable roto.
• Alimentación del sensor: en transmisores de dos hilos, la corriente de 4 mA proporciona la corriente mínima de funcionamiento requerida por los sensores, garantizando su correcto funcionamiento. Esto elimina la necesidad de cables de alimentación adicionales y simplifica el cableado.

2.2 Motivos para seleccionar 20 mA como punto final

La elección de 20 mA como valor de señal a escala completa también se basa en consideraciones de seguridad y practicidad.

• Seguridad: la energía de chispa generada por el flujo de corriente de 20 mA es insuficiente para encender gas, cumpliendo los requisitos de seguridad intrínseca a prueba de explosiones, algo crítico en entornos industriales inflamables y explosivos.
• Consumo de energía y coste: al tiempo que garantiza la calidad de transmisión de la señal y la velocidad de respuesta, 20 mA representa un valor de corriente relativamente bajo, lo que ayuda a reducir el consumo de energía y los costes de los equipos.

Conclusión

En resumen, la señal de 4-20 mA CC se ha convertido en el estándar más ampliamente adoptado en automatización industrial y control de procesos gracias a su excepcional resistencia a las interferencias, capacidad de transmisión a larga distancia, función única de diagnóstico de fallos mediante “cero vivo” y seguridad inherente. Transmite datos de medición de forma fiable, a la vez que reduce eficazmente los costes de cableado y mejora la fiabilidad del sistema.