Loops Yokogawa e Emerson: Dominando a queda de tensão de 4-20 mA e a margem do HART

Um transmissor de dois fios pode funcionar com uma corrente de loop baixa e ainda assim perder margem de tensão próximo ao topo de sua faixa. Um orçamento de tensão do loop ajuda a explicar o sintoma antes de substituir um instrumento Yokogawa ou Emerson.

Por que um loop pode falhar próximo de 20 mA, mas funcionar a 4 mA?

A tensão que cai na resistência em série aumenta com a corrente: V = I × R. Se a fonte for de 24 V e a resistência efetiva em série for de 300 Ω, a queda resistiva a 20 mA será de 6 V, deixando 18 V para o transmissor antes de considerar outras quedas de tensão. A 4 mA, a mesma resistência causa uma queda de 1,2 V. O exemplo demonstra o método, não a tensão operacional mínima de um dispositivo específico.

Os Yokogawa EJX e Rosemount 3144 têm os mesmos requisitos de tensão?

Nenhum valor único deve ser aplicado a diferentes marcas, revisões de modelo, modos de comunicação, indicadores e opções para áreas classificadas. Consulte o manual exato do transmissor e sua especificação de carga versus alimentação. A comunicação HART também precisa de uma impedância de loop compatível e de tensão suficiente nos terminais; uma leitura analógica que permanece estável não comprova a margem para comunicação digital. Não presuma que 18,1 V seja o requisito HART de todo Rosemount 3144 ou que todas as variantes do Yokogawa EJX compartilhem um mínimo de 10,5 V.

Como elaborar um orçamento de tensão?

Meça a tensão da fonte sob carga operacional. Liste a resistência dos cabos e terminais, a carga da entrada analógica, os indicadores e qualquer isolador ou barreira de segurança. Alguns componentes têm uma queda de tensão especificada, em vez de uma resistência fixa; portanto, use os dados publicados por eles, em vez de colocar todos os itens em I × R. Calcule a pior corrente de loop relevante, incluindo a corrente de falha configurada, quando aplicável. Subtraia todas as quedas em série e compare a tensão restante nos terminais do transmissor com o requisito do modelo exato; em seguida, acrescente uma margem adequada ao projeto da instalação. Registre as premissas na folha do loop.

E quanto ao resistor HART e ao cartão de entrada analógica?

Uma carga de 250 Ω é comumente usada para permitir a comunicação HART, mas alguns cartões de entrada já fornecem a impedância necessária ou têm circuitos HART integrados. Remover um resistor ou trocar por um cartão de baixa carga sem verificar os requisitos de comunicação pode tornar o HART menos confiável, e não mais. Produtos como o módulo de entrada analógica HART Yokogawa AAI143-S03 e o módulo de entrada analógica HART Emerson Ovation ilustram o hardware do lado receptor; confirme a carga, o suporte a HART e a fiação de cada módulo instalado antes de alterar o circuito.

Como testar um loop com sinal decrescente?

Conforme um procedimento de manutenção aprovado, meça a tensão diretamente nos terminais do transmissor enquanto observa a corrente do loop e o status do dispositivo em vários pontos de operação. Compare a tensão medida na maior corrente relevante com o manual do transmissor. Se a tensão estiver baixa, meça as quedas individuais na entrada, na barreira ou no isolador, no cabo e nos terminais para localizar a perda. Nunca force um processo em operação nem faça bypass de um loop de proteção apenas para criar uma condição de teste de 20 mA; use uma simulação segura ou uma parada planejada quando necessário.

O que deve constar no registro de comissionamento?

Mantenha a medição da fonte, as leituras de corrente e tensão, as especificações da entrada e da barreira, o comprimento do cabo, o modelo e as opções do transmissor, a verificação da comunicação HART e o orçamento final de tensão. Recalcule após qualquer alteração no dispositivo ou no cartão de entrada. Isso evita que uma modernização aparentemente inofensiva consuma a margem necessária na corrente de fundo de escala.

Leitura adicional: InstrumentationTools.com, “Queda de tensão no circuito do transmissor alimentado pelo loop de 4-20 mA”. Use a documentação do fabricante instalado para obter os limites reais de tensão e carga.

Autor: Xu Jianguo é engenheiro de automação industrial com mais de 10 anos de experiência em PLC, DCS e sistemas de controle.