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

Guía técnica · GUEMISA

Por qué 4…20 mA y no una tensión

Distància

Una señal de corriente no depende de la caída de tensión en el cable: el transmisor fuerza la misma corriente por todo el lazo, tenga el cable 5 m o 200 m. Con una señal de tensión de 0…10 V, la resistencia del cable y la impedancia de entrada del PLC forman un divisor que añade error. Como orden de magnitud, 100 m de cable de 0,5 mm² suman unos 7 Ω de resistencia de ida y vuelta, que son despreciables frente a una carga de 250 Ω.

Ruido eléctrico

La entrada de corriente tiene baja impedancia, por lo que las tensiones inducidas por variadores, contactores o motores generan corrientes muy pequeñas y afectan menos a la medida que en una entrada de tensión de alta impedancia. Aun así, conviene un cable apantallado con la malla conectada según la recomendación del fabricante, y separado de los cables de potencia.

Detección de rotura de cable

El inicio de escala está en 4 mA y no en 0 mA («cero vivo»). Si el cable se corta, la corriente cae a 0 mA, un valor fuera de escala que el PLC puede interpretar como avería. Con 0…10 V, un cable roto y una posición en el extremo inicial dan ambos 0 V y no se pueden distinguir.

Algunos transductores de las fichas añaden su propia señal de error. El TF1 entrega menos de 3,5 mA con el cable roto. El TM1 entrega 24 mA o más si el marcador está fuera del rango de medida, y 3,5 mA o menos si se rompe el cable de GND.

Dos hilos, tres hilos y carga máxima

Dos y tres hilos

En un sensor de lazo a dos hilos, los mismos conductores alimentan el sensor y llevan la señal; por eso la señal no baja de 4 mA, ya que esa corriente alimenta la electrónica. En uno de tres hilos hay alimentación, masa y señal por conductores separados. Los transductores Novotechnik con salida de 4…20 mA de este artículo son de alimentación independiente (24 V, o 8…32 V en el TM1) y no funcionan como lazo a dos hilos. Si su instalación solo dispone de un lazo a dos hilos, hay que comprobarlo antes de elegir.

Càrrega màxima

La carga es la suma de la resistencia de entrada del PLC (por ejemplo, 250 Ω en una tarjeta con resistencia shunt) y la del cable. Las fichas indican el máximo directamente: no más de 500 Ω en TH1, TP1, TF1, LS1, FTI y MUW. En el TM1 el máximo es 500 Ω con alimentación de 24 V y 250 Ω con 12 V. Con una entrada de 250 Ω y 20 Ω de cable, la carga es de 270 Ω: cumple el límite de 500 Ω, pero no el del TM1 alimentado a 12 V (250 Ω).

Alternativas: 0…10 V y salida ratiométrica

• 0…10 V: adecuada con cables cortos dentro del armario. Muchos transductores ofrecen las dos salidas, como el TE1, el LS1, el TF1 y el TM1. Las fichas piden una carga mínima de 5 kΩ o de 10 kΩ en la salida de tensión.
• Ratiométrica: la salida es un porcentaje de la tensión de alimentación (por ejemplo 10…90 %). Se usa cuando el mismo 5 V alimenta al sensor y a la referencia del convertidor, y es habitual en vehículos. No sirve si la alimentación varía y el convertidor tiene otra referencia.
• Digital (SSI, CANopen, IO-Link): los TH1 y TP1 se ofrecen también con estas interfaces, en fichas propias. Evitan la conversión analógica, pero requieren módulo de entrada compatible.

Salida integrada o potenciómetro con acondicionador

Un transductor potenciométrico es un divisor de tensión: entrega una tensión proporcional a la posición y necesita un acondicionador que la convierta en señal normalizada. Un transductor con salida integrada lleva la electrónica dentro de la carcasa.

Cuándo sirve cada opción

• Salida integrada: un solo componente, menos cableado y cableado único hasta el PLC. Es lo habitual en carreras largas o en entornos con presión, como los magnetostrictivos.
• Potenciómetro con acondicionador: permite elegir entre transductores de carreras y formatos muy distintos (el LWH, el TLH o el TEX) y cambiar la salida (0…10 V, ±10 V, 0…20 mA, 4…20 mA) sin cambiar el sensor. El acondicionador alimenta el potenciómetro con una referencia estable y capta el cursor casi sin carga.

Acondicionadores Novotechnik

• MUW-200/250: va dentro de la caja del conector DIN 43650 de los transductores LWH y TLH. Salida 0…10 V, 0…20 mA o 4…20 mA, alimentación 18…30 VDC, IP65. La serie 200 es de rango fijo; la 250, ajustable.
• MUK-350: carcasa de fundición de aluminio IP66, salida 0…10 V, ±10 V, 0…20 mA o 4…20 mA, con cero y rango ajustables, y alimentación de 18…30 VDC.
• MUP-080: carril DIN, salida 0…10 V o 4…20 mA, carga hasta 500 Ω, sin aislamiento galvánico.
• MUP-100/150 y MUP-110/160: carril DIN; los modelos MUP-150 y MUP-160 añaden aislamiento galvánico entre alimentación y salida.
• MUP-410: carril DIN, controlado por microprocesador, salida 4…20 mA, 0…10 V o ±10 V.

Tabla de opciones con productos reales

Qué productos de GUEMISA encajan

Para ver más modelos, consulte la categoría Transductors lineals y la categoría Convertidores de resistencia y potenciómetros.

Documentación y casos relacionados

• Potenciómetros: definiciones técnicas de Novotechnik (PDF, inglés)
• Sensores Novotechnik con interfaz IO-Link (PDF, inglés)
• Sensores de posición y desplazamiento (informe, PDF)
• Toda la información técnica de GUEMISA

Preguntes freqüents

¿Cómo se pasa de 4…20 mA a milímetros en el PLC?

Se escala linealmente: posición = carrera × (I − 4 mA) / 16 mA. En una entrada con resistencia de 250 Ω, la tarjeta ve de 1 V a 5 V, y se configura el escalado con esos valores.

¿Qué significa una lectura por debajo de 4 mA?

En un sensor sano no debería producirse. Indica rotura de cable, fallo de alimentación o error del sensor. Algunos transductores, como el TF1 y el TM1, lo indican de forma explícita con menos de 3,5 mA.

¿Puedo usar un transductor de 4…20 mA con alimentación de 12 V?

Solo si la ficha lo permite. El TM1 acepta 8…32 VDC, pero la carga máxima baja a 250 Ω con 12 V. Los demás de la tabla se alimentan con 16 a 32 V, según el modelo.

¿Qué longitud de cable admite una salida de 4…20 mA?

La señal en sí admite distancias largas, porque la corriente no depende de la longitud. El límite lo marcan la carga total, que no debe superar la máxima de la ficha, y el ruido. Se recomienda cable apantallado, separado de los cables de potencia.

¿Cuándo conviene un potenciómetro con acondicionador?

Cuando necesita un tipo de carrera o de montaje que no existe con salida integrada, o cuando quiere elegir después la señal de salida. Con LWH o TLH, el MUW cabe en la caja del conector y deja la señal en 4…20 mA junto al sensor.