Sensor de posició lineal amb sortida 4-20 mA per a PLC: com triar-lo

Guia tècnica · GUEMISSA

Per què 4…20 mA i no una tensió

Distància

Un senyal de corrent no depèn de la caiguda de tensió al cable: el transmissor força el mateix corrent per tot el llaç, tingui el cable 5 mo 200 m. Amb un senyal de tensió de 0…10 V, la resistència del cable i la impedància dentrada del PLC formen un divisor que afegeix error. Com a ordre de magnitud, 100 m de cable de 0,5 mm² sumen uns 7 Ω de resistència d'anada i tornada, que són menyspreables davant d'una càrrega de 250 Ω.

Soroll elèctric

L'entrada de corrent té baixa impedància, per això les tensions induïdes per variadors, contactors o motors generen corrents molt petits i afecten menys la mesura que en una entrada de tensió d'alta impedància. Tot i així, convé un cable apantallat amb la malla connectada segons la recomanació del fabricant, i separat dels cables de potència.

Detecció de trencament de cable

L'inici d'escala és de 4 mA i no de 0 mA («zero viu»). Si el cable es talla, el corrent cau a 0 mA, un valor fora d'escala que el PLC pot interpretar com a avaria. Amb 0…10 V, un cable trencat i una posició a l'extrem inicial donen tots dos 0 V i no es poden distingir.

Alguns transductors de les fitxes afegeixen el seu propi senyal derror. El TF1 lliura menys de 3,5 mA amb el cable trencat. El TM1 lliura 24 mA o més si el marcador està fora del rang de mesura, i 3,5 mA o menys si es trenca el cable de GND.

Dos fils, tres fils i càrrega màxima

Dos i tres fils

En un sensor de llaç a dos fils, els mateixos conductors alimenten el sensor i porten el senyal; per això el senyal no baixa de 4 mA, ja que aquest corrent alimenta l'electrònica. En un de tres fils hi ha alimentació, massa i senyal per conductors separats. Els transductors Novotechnik amb sortida de 4…20 mA d'aquest article són d'alimentació independent (24 V, o 8…32 V al TM1) i no funcionen com a llaç a dos fils. Si la vostra instal·lació només disposa d'un llaç a dos fils, cal comprovar-ho abans d'escollir.

Càrrega màxima

La càrrega és la suma de la resistència dentrada del PLC (per exemple, 250 Ω en una targeta amb resistència shunt) i la del cable. Les fitxes indiquen el màxim directament: no més de 500 Ω a TH1, TP1, TF1, LS1, FTI i MUW. Al TM1 el màxim és 500 Ω amb alimentació de 24 V i 250 Ω amb 12 V. Amb una entrada de 250 Ω i 20 Ω de cable, la càrrega és de 270 Ω: compleix el límit de 500 Ω, però no el del TM1 alimentat a 12 V (250 Ω).

Alternatives: 0…10 V i sortida ratiomètrica

• 0…10 V: adequada amb cables curts dins de l´armari. Molts transductors ofereixen les dues sortides, com ara el TE1, el LS1, el TF1 i el TM1. Les fitxes demanen una càrrega mínima de 5 kΩ o de 10 kΩ a la sortida de tensió.
• Ratiomètrica: la sortida és un percentatge de la tensió d'alimentació (per exemple 10…90%). S'usa quan el mateix 5 V alimenta el sensor i la referència del convertidor, i és habitual en vehicles. No serveix si l'alimentació varia i el convertidor té una altra referència.
• Digital (SSI, CANopen, IO-Link): els TH1 i TP1 s'ofereixen també amb aquestes interfícies, en fitxes pròpies. Eviten la conversió analògica, però requereixen mòdul dentrada compatible.

Sortida integrada o potenciòmetre amb condicionador

Un transductor potenciomètric és un divisor de tensió: lliura una tensió proporcional a la posició i necessita un condicionador que la converteixi en senyal normalitzat. Un transductor amb sortida integrada porta l'electrònica dins la carcassa.

Quan serveix cada opció

• Sortida integrada: un sol component, menys cablejat i cablejat únic fins al PLC. És habitual en curses llargues o en entorns amb pressió, com els magnetostrictius.
• Potenciòmetre amb condicionador: permet triar entre transductors de carreres i formats molt diferents (el LWH, el TLH o el TEX) i canviar la sortida (0…10 V, ±10 V, 0…20 mA, 4…20 mA) sense canviar el sensor. El condicionador alimenta el potenciòmetre amb una referència estable i capta el cursor gairebé sense càrrega.

Condicionadors Novotechnik

• MUW-200/250: va dins la caixa del connector DIN 43650 dels transductors LWH i TLH. Sortida 0…10 V, 0…20 mA o 4…20 mA, alimentació 18…30 VDC, IP65. La sèrie 200 és de rang fix; la 250, ajustable.
• MUK-350: carcassa de fosa d'alumini IP66, sortida 0…10 V, ±10 V, 0…20 mA o 4…20 mA, amb zero i rang ajustables, i alimentació de 18…30 VDC.
• MUP-080: carril DIN, sortida 0…10 V o 4…20 mA, càrrega fins a 500 Ω, sense aïllament galvànic.
• MUP-100/150 i MUP-110/160: carril DIN; els models MUP-150 i MUP-160 afegeixen aïllament galvànic entre alimentació i sortida.
• MUP-410: carril DIN, controlat per microprocessador, sortida 4…20 mA, 0…10 V o ±10 V.

Taula d'opcions amb productes reals

Quins productes de GUEMISA encaixen

Per veure més models, consulteu la categoria Transductors lineals i la categoria Convertidors de resistència i potenciòmetres.

Documentació i casos relacionats

• Potenciòmetres: definicions tècniques de Novotechnik (PDF, anglès)
• Sensors Novotechnik amb interfície IO-Link (PDF, anglès)
• Sensors de posició i desplaçament (informe, PDF)
• Tota la informació tècnica de GUEMISA

Preguntes freqüents

Com es passa de 4…20 mA a mil·límetres al PLC?

S'escala linealment: posició = cursa × (I − 4 mA) / 16 mA. En una entrada amb resistència de 250 Ω, la targeta veu de 1 a 5 V, i es configura l'escalat amb aquests valors.

Què significa una lectura per sota de 4 mA?

En un sensor sa no s'hauria de produir. Indica trencament de cable, error dalimentació o error del sensor. Alguns transductors, com el TF1 i el TM1, ho indiquen de manera explícita amb menys de 3,5 mA.

Puc fer servir un transductor de 4…20 mA amb alimentació de 12 V?

Només si la fitxa ho permet. El TM1 accepta 8…32 VDC, però la càrrega màxima baixa a 250 Ω amb 12 V. Els altres de la taula s'alimenten amb 16 a 32 V, segons el model.

Quina longitud de cable admet una sortida de 4…20 mA?

El senyal per si mateix admet distàncies llargues, perquè el corrent no depèn de la longitud. El límit el marquen la càrrega total, que no ha de superar la màxima de la fitxa i el soroll. Es recomana cable apantallat, separat dels cables de potència.

Quan convé un potenciòmetre amb condicionador?

Quan necessiteu un tipus de cursa o de muntatge que no existeix amb sortida integrada, o quan voleu triar després el senyal de sortida. Amb LWH o TLH, el MUW cap a la caixa del connector i deixa el senyal en 4…20 mA al costat del sensor.