Segnale Analogico 4..20mA
La trasmissione dei segnali analogici per il controllo di processo ha uno standard de-facto nel 4..20mA Current Loop. Questo tipo di segnale risale agli anni 50 ed è ancora molto usato nonostante la moltitudine di fieldbus digitali alternativi per i suoi vantaggi intrinseci ed il basso costo:
1) La lunghezza del cablaggio non conta
L’opportunità di avere un segnale trasmesso in corrente invece che in tensione in tutti i casi in cui non sia nota a priori la lunghezza del cablaggio è nota. La corrente in una maglia unica è la stessa in tutti i punti del circuito qualunque sia la lunghezza del cablaggio, ciò non è più vero per le tensioni.Ogni conduttore reale presenta una resistenza per unità di lunghezza. Più lungo è il cavo, maggiore è la resistenza. Corrente*Resistenza=caduta di tensione (perdita) sul cablaggio.Così, se una sorgente di segnale può essere 10V o 20mA ad esempio, le perdite sul cablaggio comporteranno una tensione inferiore misurata all’ingresso del ricevitore mentre la corrente rimarrà invariata al 100%, quindi 20mA.Una configurazione molto comune è quella di avere la sorgente di controllo della corrente (0-100% segnale diventa 4-20mA), che si chiude su una resistenza da 250ohm al ricevitore, il risultato interno all’elettronica del ricevitore è un comodo ed affidabile segnale da 1-5V su cui operare.
2) Con un cablaggio a due fili posso trasmettere sia l’alimentazione che i dati del sensore.
3) Una linea di segnale analogica in corrente è maggiormente immune di un segnale in tensione.
Un sensore ha anche una bassa potenza, il suo segnale analogico 0..10V di uscita “port” poca corrente, quindi richiede una resistenza di ingresso del ricevitore piuttosto elevata (ordine anche dei Mega Ohm). Rumori e disturbi EMI inducono correnti non volute. Se queste correnti indotte, per quanto basse, finiscono su una resistenza elevata il disturbo risultante sarà molto più elevato dell’effetto in un circuito con segnale in corrente dove le tensioni sono tipicamente delle centinaia di Ohm.
4) Il segnale fuori norma può essere interpretato come allarme.
Se il ricevitore rileva 0mA significa che il cablaggio con il sensore è interrotto.È anche possibile programmare il sensore in modo da regolare la corrente d’anello su livelli fuori intervallo in caso di guasto. Ad esempio 3,5 e 23 mA. In questo modo, il current loop può notificare al sistema l’errore del sensore.
Ci sono diverse possibili configurazioni circuitali per il current loop, quella che riunisce tutti i vantaggi descritti e che è la più usata è illustrata nella figura seguente:
Il blocco a destra nelle figura è tradizionalmente incluso nel modulo di ingresso analogico di un PLC. Con i moderni sistemi di automazione lo stesso blocco può essere accessibile da remoto via Internet. Si veda ad esempio il Web-IO Analogico 57761.