Sensor de posición lineal con saída de 4-20 mA para PLC: como elixilo

Guía técnica · GUEMISA

Por que 4…20 mA e non unha tensión

Distancia

Un sinal de corrente é independente da caída de tensión no cable: o transmisor forza a mesma corrente a través de todo o bucle, independentemente de se o cable ten 5 m ou 200 m de lonxitude. Cun sinal de tensión de 0–10 V, a resistencia do cable e a impedancia de entrada do PLC forman un divisor de tensión que introduce erros. Como orde de magnitude, 100 m de cable de 0,5 mm² suman uns 7 Ω de resistencia de ida e volta, o que é insignificante en comparación cunha carga de 250 Ω.

Ruído eléctrico

A entrada de alimentación ten baixa impedancia, polo que as tensións inducidas por accionamentos, contactores ou motores xeran correntes moi pequenas e teñen menos impacto na medición que cunha entrada de alimentación de alta impedancia. Aínda así, recoméndase un cable blindado coa malla conectada segundo as recomendacións do fabricante e mantido separado dos cables de alimentación.

Detección de rotura de cable

O punto de partida para a escala é 4 mA, non 0 mA («cero en directo»). Se se corta o cable, a corrente baixa a 0 mA, un valor fóra de escala que o PLC pode interpretar como un fallo. Cun rango de 0 a 10 V, un cable roto e unha posición no punto de partida dan 0 V e son indistinguibles.

Algúns transdutores dos chips engaden o seu propio sinal de erro. O TF1 emite menos de 3,5 mA cun cable roto. O TM1 emite 24 mA ou máis se o marcador está fóra de rango e 3,5 mA ou menos se o cable GND está roto.

Dous fíos, tres fíos e carga máxima

Dous e tres fíos

Nun sensor de bucle de dous fíos, os mesmos condutores alimentan o sensor e transportan o sinal; polo tanto, o sinal nunca baixa de 4 mA, xa que esta corrente alimenta os compoñentes electrónicos. Nun bucle de tres fíos, a alimentación, a terra e o sinal transpórtanse por condutores separados. Os transdutores Novotechnik cunha saída de 4–20 mA mencionados neste artigo teñen fontes de alimentación independentes (24 V ou 8–32 V no TM1) e non funcionan como un bucle de dous fíos. Se a súa instalación só ten un bucle de dous fíos, isto debe verificarse antes de seleccionar un sensor.

Carga máxima

A carga é a suma da resistencia de entrada do PLC (por exemplo, 250 Ω nunha tarxeta cunha resistencia shunt) e a resistencia do cable. Os conectores indican claramente o máximo: non máis de 500 Ω para TH1, TP1, TF1, LS1, FTI e MUW. Para TM1, o máximo é de 500 Ω cunha fonte de alimentación de 24 V e 250 Ω cunha fonte de alimentación de 12 V. Cunha entrada de 250 Ω e un cable de 20 Ω, a carga é de 270 Ω: cumpre co límite de 500 Ω, pero non co límite de 250 Ω para TM1 alimentado a 12 V.

Alternativas: 0…10 V e saída ratiométrica

• 0–10 V: axeitado para cables curtos dentro do armario. Moitos transdutores ofrecen ambas saídas, como o TE1, LS1, TF1 e TM1. Os conectores requiren unha carga mínima de 5 kΩ ou 10 kΩ na saída de tensión.
• Ratiométrica: a saída é unha porcentaxe da tensión de alimentación (por exemplo, do 10 ao 90 %). Isto úsase cando a mesma fonte de alimentación de 5 V alimenta tanto o sensor como a tensión de referencia do conversor e é común nos vehículos. Non é axeitado se a tensión de alimentación varía e o conversor ten unha tensión de referencia diferente.
• Dixital (SSI, CANopen, IO-Link): Os modelos TH1 e TP1 tamén se ofrecen con estas interfaces, nas súas propias tarxetas separadas. Evitan a conversión analóxica, pero requiren un módulo de entrada compatible.

Saída integrada ou potenciómetro con acondicionador

Un transdutor potenciométrico é un divisor de tensión: proporciona unha tensión proporcional á súa posición e require un acondicionador de sinal para convertela nun sinal normalizado. Un transdutor cunha saída integrada ten a electrónica dentro da carcasa.

Cando é útil cada opción?

• Saída integrada: un único compoñente, menos cableado e un único cable para o PLC. Isto é común en contornas de longa duración ou alta presión, como os circuítos magnetoestrictivos.
• Potenciómetro con acondicionador: permite escoller entre transdutores e formatos de carreira moi diferentes (LWH, TLH ou TEX) e cambiar a saída (0…10 V, ±10 V, 0…20 mA, 4…20 mA) sen cambiar o sensor. O acondicionador fornece ao potenciómetro unha referencia estable e detecta o cursor case sen carga.

Acondicionadores Novotechnik

• MUW-200/250: encaixa dentro da carcasa do conector DIN 43650 dos transdutores LWH e TLH. Saída: 0…10 V, 0…20 mA ou 4…20 mA; fonte de alimentación: 18…30 V CC; IP65. A serie 200 ten un rango fixo; a serie 250 é axustable.
• MUK-350: Carcasa de aluminio fundido a presión IP66, saída 0…10 V, ±10 V, 0…20 mA ou 4…20 mA, con cero e rango axustables e fonte de alimentación de 18…30 V CC.
• MUP-080: carril DIN, saída 0…10 V ou 4…20 mA, carga ata 500 Ω, sen illamento galvánico.
• MUP-100/150 e MUP-110/160: carril DIN; os modelos MUP-150 e MUP-160 engaden illamento galvánico entre a alimentación e a saída.
• MUP-410: carril DIN, controlado por microprocesador, saída 4…20 mA, 0…10 V ou ±10 V.

Táboa de opcións con produtos reais

Que produtos GUEMISA son axeitados?

Para ver máis modelos, consulta a categoría Transdutores lineais e a categoría Convertidores de resistencia e potenciómetros.

Documentación e casos relacionados

• Potenciómetros: Definicións técnicas de Novotechnik (PDF, inglés)
• Sensores Novotechnik con interface IO-Link (PDF, inglés)
• Sensores de posición e desprazamento (informe, PDF)
• Toda a información técnica sobre GUEMISA

Preguntas frecuentes

Como se converte de 4…20 mA a milímetros no PLC?

Escala linealmente: posición = carreira × (I − 4 mA) / 16 mA. Nunha entrada cunha resistencia de 250 Ω, a placa recibe de 1 V a 5 V, e a escala configúrase con eses valores.

Que significa unha lectura inferior a 4 mA?

Isto non debería ocorrer nun sensor en bo estado. Indica un cable roto, unha falla de alimentación ou un erro do sensor. Algúns transdutores, como o TF1 e o TM1, indícano explicitamente cunha corrente inferior a 3,5 mA.

Podo usar un transdutor de 4…20 mA cunha fonte de alimentación de 12 V?

Só se o conector o permite. O TM1 acepta 8…32 V CC, pero a carga máxima baixa a 250 Ω a 12 V. Os outros da táboa reciben alimentación de 16 a 32 V, dependendo do modelo.

Que lonxitude de cable admite unha saída de 4…20 mA?

O propio sinal admite longas distancias porque a corrente é independente da lonxitude. O límite vén determinado pola carga total, que non debe superar a capacidade máxima do conector, e polo ruído. Recoméndase o uso de cable blindado, separado dos cables de alimentación.

Cando é aconsellable un potenciómetro cun acondicionador?

Cando precise un tipo de carreira ou montaxe que non exista cunha saída integrada, ou cando queira escoller o sinal de saída máis tarde. Con LWH ou TLH, o MUW encaixa na caixa de conexións e deixa o sinal a 4…20 mA xunto ao sensor.