Lazos Yokogawa y Emerson: dominio de la caída de tensión de 4-20 mA y el margen de HART

Un transmisor de dos hilos puede funcionar con una corriente de lazo baja y, sin embargo, perder margen de tensión cerca de la parte superior de su rango. Un presupuesto de tensión del lazo ayuda a explicar el síntoma antes de sustituir un instrumento Yokogawa o Emerson.

¿Por qué puede fallar un lazo cerca de 20 mA, pero funcionar a 4 mA?

La tensión que cae en la resistencia en serie aumenta con la corriente: V = I × R. Si la fuente es de 24 V y la resistencia en serie efectiva es de 300 Ω, la caída resistiva a 20 mA es de 6 V, lo que deja 18 V para el transmisor antes de tener en cuenta otras caídas de tensión. A 4 mA, la misma resistencia provoca una caída de 1,2 V. El ejemplo demuestra el método, no la tensión mínima de funcionamiento de un dispositivo específico.

¿Los Yokogawa EJX y Rosemount 3144 tienen los mismos requisitos de tensión?

No debe aplicarse una única cifra a todas las marcas, revisiones de modelo, modos de comunicación, indicadores y opciones para áreas peligrosas. Consulte el manual exacto del transmisor y sus especificaciones de carga frente a alimentación. La comunicación HART también necesita una impedancia de lazo compatible y una tensión suficiente en los terminales; que una lectura analógica se mantenga no demuestra que exista margen para la comunicación digital. No suponga que 18,1 V es el requisito HART de todos los Rosemount 3144 ni que todas las variantes del Yokogawa EJX comparten un mínimo de 10,5 V.

¿Cómo se elabora un presupuesto de tensión?

Mida la tensión de alimentación con la carga operativa conectada. Enumere la resistencia de los cables y terminales, la carga de la entrada analógica, los indicadores y cualquier aislador o barrera de seguridad. Algunos componentes tienen una caída de tensión especificada en lugar de una resistencia fija, por lo que debe utilizar sus datos publicados en vez de incluir todos los elementos en I × R. Calcule la corriente máxima relevante del lazo, incluida la corriente de fallo configurada cuando corresponda. Reste todas las caídas en serie y compare la tensión restante en los terminales del transmisor con el requisito del modelo exacto; después, añada un margen adecuado al diseño del sitio. Registre las suposiciones en la hoja del lazo.

¿Qué ocurre con la resistencia HART y la tarjeta de entrada analógica?

Normalmente se utiliza una carga de 250 Ω para permitir la comunicación HART, pero algunas tarjetas de entrada ya proporcionan la impedancia necesaria o incorporan circuitos HART. Retirar una resistencia o cambiar a una tarjeta de baja carga sin comprobar los requisitos de comunicación puede hacer que HART sea menos fiable, no más. Productos como el módulo de entrada analógica HART Yokogawa AAI143-S03 y el módulo de entrada analógica HART Emerson Ovation ilustran el hardware del lado receptor; confirme la carga, la compatibilidad con HART y el cableado de cada módulo instalado antes de modificar el circuito.

¿Cómo debe probarse un lazo cuyo nivel disminuye?

Conforme a un procedimiento de mantenimiento aprobado, mida la tensión directamente en los terminales del transmisor mientras observa la corriente del lazo y el estado del dispositivo en varios puntos de funcionamiento. Compare la tensión medida con la corriente máxima relevante con el manual del transmisor. Si la tensión es baja, mida las caídas individuales en la entrada, la barrera o el aislador, el cable y los terminales para localizar la pérdida. Nunca fuerce un proceso en funcionamiento ni puentee un lazo de protección solo para crear una condición de prueba de 20 mA; utilice una simulación segura o una parada planificada cuando sea necesario.

¿Qué debe incluirse en el registro de puesta en servicio?

Conserve la medición de alimentación, las lecturas de corriente y tensión, las especificaciones de la entrada y la barrera, la longitud del cable, el modelo y las opciones del transmisor, la comprobación de la comunicación HART y el presupuesto de tensión final. Vuelva a calcularlo después de cualquier cambio de dispositivo o tarjeta de entrada. Esto evita que una modernización aparentemente inofensiva consuma el margen necesario a corriente de escala completa.

Lecturas adicionales: InstrumentationTools.com, “Caída de tensión del circuito de un transmisor de 4-20 mA alimentado por el lazo”. Utilice la documentación del fabricante del equipo instalado para conocer los límites reales de tensión y carga.

Autor: Xu Jianguo es ingeniero de automatización industrial con más de 10 años de experiencia en PLC, DCS y sistemas de control.