Por qué utilizar señales de corriente de 4-20 mA？

Por qué utilizar 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 las señales analógicas en señales eléctricas normalizadas para su transmisión a larga distancia a salas de control con fines de supervisión, registro y control. La uniformidad de estas señales normalizadas es fundamental para garantizar la interoperabilidad entre distintos dispositivos y la estabilidad del sistema. La Comisión Electrotécnica Internacional (CEI) ha establecido 4-20 mA CC y 1-5 V CC (mediante conversión resistiva) como los estándares de señal analógica para los sistemas de control de procesos.

1. Ventajas de las señales de corriente

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

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

- Gran resistencia a las interferencias: Las tensiones de ruido en entornos industriales pueden alcanzar varios voltios, pero la potencia de ruido es débil, generando normalmente corrientes de ruido por debajo del nivel nA. Las señales de corriente se ven menos afectadas por la resistencia de la línea, resisten la atenuación y garantizan una transmisión de datos fiable en entornos con mucho ruido eléctrico.
- Larga distancia de transmisión: Las fuentes de corriente presentan una resistencia interna infinita, lo que significa que la resistencia de los cables en serie dentro del bucle no afecta a la precisión. Mientras el bucle de transmisión no esté ramificado, la corriente que lo atraviesa permanece constante independientemente de la longitud del cable. Esto permite la transmisión a través de cables de par trenzado estándar durante cientos de metros o más, garantizando la precisión de la transmisión.
- Cableado reducido: La transmisión de señales 4-20 mA a dos hilos proporciona simultáneamente alimentación y señal, lo que reduce el uso de cables y, por tanto, los costes y la complejidad del cableado.

2. Por qué la señal de 4-20 mA CC

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

2.1 Razón para seleccionar 4mA como punto de partida ("Cero vivo")

La elección de 4mA como punto de partida de la señal 4-20mA, en lugar de 0mA, es una de sus características más críticas, conocida como "Cero Vivo."
- Diagnóstico de fallos: Cuando la señal lee 0mA, indica claramente una rotura de línea (circuito abierto) o un fallo del dispositivo, en lugar de un valor de medida cero. Esto hace que el diagnóstico de fallos sea sencillo e intuitivo, evitando la confusión entre una señal cero y un fallo de cable roto.
- Alimentación del sensor: En el caso de los transmisores de dos hilos, la corriente de 4 mA proporciona la corriente de funcionamiento mínima necesaria para los sensores, garantizando su correcto funcionamiento. Esto elimina la necesidad de cables de alimentación adicionales, simplificando el cableado.

2.2 Razones para seleccionar 20 mA como punto final

La elección de 20 mA como valor de la señal de 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 el gas, cumpliendo los requisitos de seguridad intrínseca a prueba de explosiones, críticos 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 adoptado en la automatización industrial y el control de procesos debido a su excepcional resistencia a las interferencias, su capacidad de transmisión a larga distancia, su exclusiva función de diagnóstico de fallos "live zero" y su seguridad inherente. Transmite datos de medición de forma fiable, al tiempo que reduce eficazmente los costes de cableado y mejora la fiabilidad del sistema.