Puesta en servicio de 4-20 mA y 0-10 V

La mayoría de los fallos de señales analógicas detectados durante la puesta en servicio se deben a un rango incorrecto en el receptor, un lazo que se queda sin tensión cerca del fondo de escala o un cable roto que se interpreta como cero. Cada caso tiene una prueba rápida con un multímetro y un calibrador de lazo. Esta guía da los valores para cada prueba, con un EpiSensor ZIO (4-20 mA) o ZVO (0-10 V) como receptor.

Descargar el registro de aceptación (.txt). Imprímalo o rellénelo en la instalación.

Definir la medición

Antes de conectar nada, registre la etiqueta del instrumento, el rango y la unidad, el modelo del transmisor y su certificado de calibración. Registre también la característica de salida. La mayoría son lineales, pero un transmisor de caudal por presión diferencial puede configurarse con salida de raíz cuadrada y algunas salidas están invertidas (20 mA en el extremo inferior del rango). El registro de aceptación al final de esta guía incluye un campo para cada dato.

Conserve la corriente sin escalar junto al valor en unidades de ingeniería. En Edge, cada canal ZIO informa de la corriente del lazo en mA mediante cuatro sensores: Now, Avg, Min y Max. Cree el valor de ingeniería como sensor calculado lineal, y = m × x + c, y conserve los sensores en mA. Para un transmisor de 0–10 bar, m = 10 bar ÷ 16 mA = 0,625 bar/mA y c = −4 mA × 0,625 bar/mA = −2,5 bar. Un lazo abierto muestra entonces 0,000 mA y −2,5 bar, por debajo del vacío absoluto. Una lectura de exactamente 10 bar junto a 20,000 mA puede indicar una entrada saturada, no necesariamente una presión real de fondo de escala.

Cablear un lazo de 4-20 mA

En un lazo de dos hilos, el transmisor se alimenta del propio lazo y fija la corriente entre 4 y 20 mA. La fuente, el transmisor y el receptor están en serie, por lo que la misma corriente circula por todos ellos.

Deslice para ver el dibujo completo

El ZIO mide la corriente del lazo; no lo alimenta. La ficha técnica indica una fuente de alimentación externa y una tensión máxima de entrada de 36 V CC, por lo que un lazo de dos hilos necesita su propia fuente, normalmente de 24 V CC. La ficha indica el rango de medición (0-20 mA) y la resolución (0,001 mA). No indica la resistencia de entrada, la precisión ni el aislamiento entre los dos canales de un ZIO-22. Mida la resistencia de entrada en la instalación, como se explica en la siguiente sección, y solicite a EpiSensor el dato de precisión antes de fijar un límite de aceptación.

Un transmisor de cuatro hilos tiene alimentación propia y genera la corriente del lazo. Conecte su salida directamente a la entrada ZIO, sin fuente de lazo. Poner una fuente de lazo en serie con una salida activa puede llevar la corriente fuera de rango o dañar la etapa de salida. Un transmisor de tres hilos comparte el negativo de alimentación con el retorno de señal. Conecte la entrada ZIO entre la salida de señal y 0 V.

Es normal alimentar dos lazos de un ZIO-22 desde una sola fuente si cada uno retorna por su propio canal. Si un transmisor está conectado a tierra en el extremo de proceso, o los dos lazos usan fuentes a potenciales distintos, instale un aislador de lazo. Sin él, los lazos pueden compartir una vía de retorno y la lectura de cada uno variar con la corriente del otro.

Conecte a tierra la pantalla del cable por un solo extremo, normalmente el del receptor. Separe el cable de señal de los cables de potencia. Antes de encender la fuente, compruebe con un multímetro la polaridad en el transmisor y en el ZIO.

Comprobar el margen de tensión del lazo

A 20 mA, la fuente debe cubrir la tensión mínima en bornes del transmisor, la caída de tensión en todas las resistencias en serie y un margen adicional. Enumere cada elemento en serie: entrada del receptor, cable de ida y vuelta, barrera o aislador, indicador local y protección contra sobretensiones. Los indicadores alimentados por el lazo suelen especificarse por caída de tensión, no por resistencia. Reste esa caída directamente de la tensión de alimentación.

Para una fuente de 24 V, un transmisor que necesita 10,5 V, una entrada receptora de 250 Ω y 20 Ω de resistencia total del cable:

24 V − 10,5 V − 20 mA × 270 Ω = 8,1 V de margen

Los 250 Ω son un valor habitual de receptor: convierten 4-20 mA en 1-5 V. No son una especificación del ZIO. Para conocer la resistencia de entrada del ZIO, mantenga una corriente estable en el lazo, mida la tensión entre los bornes de entrada del ZIO y divídala por la corriente. Use ese resultado en el cálculo.

El mismo lazo admite hasta 675 Ω en total antes de que el margen llegue a cero: (24 V − 10,5 V) ÷ 20 mA. Si el transmisor comunica mediante HART, un comunicador portátil necesita al menos 230 Ω de resistencia de lazo y 250 Ω es el valor habitual. Si el receptor y el cable aportan menos, añada una resistencia en serie y repita el cálculo del margen.

Si el transmisor o su cable se cortocircuita, toda la tensión de alimentación aparece en la entrada receptora. Con 24 V se mantiene dentro del límite de 36 V CC del ZIO; con una fuente de 48 V, no. En ese caso, la corriente del lazo queda limitada solo por la resistencia de la entrada y del cable. Use una fuente de lazo con limitación de corriente o un fusible.

Cablear una señal de tensión

El ZVO lee 0-10 V CC con una resolución de 0,001 V. Una entrada de tensión mide la señal respecto a una referencia común. Si el común de la fuente está a 0,2 V del común del receptor, cada lectura tiene un error de 0,2 V, es decir, un 2 % de un tramo de 0-10 V. Antes de aceptar la señal, mida con un multímetro entre ambos comunes. Compare después la tensión de la fuente antes y después de conectar el ZVO. Una caída de más de unos pocos milivoltios significa que el receptor carga la salida o que los comunes están a potenciales distintos. Para un cable largo o entre cuadros con tierras diferentes, use la salida de 4-20 mA del transmisor o instale un aislador de señal.

Una señal simple de 0-10 V no permite distinguir un cable roto de una lectura cero: ambas dan 0 V. Cuando esa distinción importa, configure el transmisor para 2-10 V (cero vivo). Así, una lectura próxima a 0 V siempre indica un fallo. Por ejemplo, 6 V en una salida de 2-10 V con rango de −20 a 80 °C representan 30 °C:

Verificar el escalado en puntos conocidos

Aplique corrientes conocidas con un calibrador de lazo. En modo fuente, desconecte el transmisor y conecte el calibrador a la entrada ZIO: el calibrador suministra la corriente. En modo simulación, el calibrador ocupa el lugar del transmisor y regula la corriente que aporta la fuente de lazo; por tanto, la prueba también verifica la fuente y el margen de tensión. Muchos transmisores inteligentes tienen además una función de prueba de lazo que fija una corriente de salida. Para comprobar un lazo en servicio sin abrirlo, use una pinza amperimétrica de miliamperios.

Aplique al menos 4, 12 y 20 mA. Los puntos de 4 y 20 mA detectan un rango incorrecto o un mapeo invertido. El de 12 mA detecta una característica incorrecta. Si un transmisor de caudal envía presión diferencial y el valor presentado es caudal, 12 mA equivalen al 50 % de la presión diferencial, pero √0,5 = 70,7 % del caudal máximo. Solo un punto intermedio revela esa diferencia. Para un transmisor de presión lineal de 0–10 bar, 12 mA equivalen a 5 bar:

En cada punto, registre la corriente aplicada, los mA sin escalar en Edge, el valor escalado y la hora. Fije el límite de aceptación antes de la prueba. Sume la incertidumbre del calibrador y la precisión de la entrada a la precisión declarada del transmisor. Un transmisor de ±0,1 % del tramo en 0–10 bar aporta ±0,01 bar antes de los otros dos términos. Aplique después 3,8 mA y 20,5 mA y registre si el valor se limita, se extrapola o se marca como anómalo. Un sensor calculado lineal de Edge extrapola: 20,5 mA en 0–10 bar dan 10,31 bar.

Esta prueba verifica la ruta de datos desde los bornes del ZIO hasta el valor de Edge. El certificado de calibración del transmisor es la prueba de su precisión en el proceso.

Transmisores de temperatura con sensores RTD

Muchos puntos de temperatura llegan al ZIO a través de un transmisor que lee un sensor Pt100 o Pt1000. El ZIO lee la salida de 4-20 mA del transmisor, no el RTD. Compruebe el sensor en el transmisor con la curva IEC 60751. Un Pt100 presenta 109,73 Ω a 25 °C:

En una conexión RTD de dos hilos, la resistencia de los conductores se suma a la del sensor y se interpreta como una temperatura más alta. Dos conductores de 2 Ω cada uno añaden 4 Ω. A 25 °C, la resistencia de un Pt100 cambia unos 0,39 Ω/°C, por lo que la lectura resulta unos 10,3 °C demasiado alta:

Use una conexión de tres o cuatro hilos entre el sensor y el transmisor. La de tres hilos compensa la resistencia si los conductores son iguales; la de cuatro hilos la elimina. Si ya hay un sensor de dos hilos instalado, cortocircuite los bornes del sensor en el cabezal y mida la resistencia de ambos conductores. Introduzca ese valor como compensación de cable en el transmisor, si dispone de ese ajuste.

Estados de fallo y calidad de datos

NAMUR NE 43 separa la medición del fallo en una señal de 4-20 mA. El rango de medición es de 3,8 a 20,5 mA. El transmisor indica un fallo a 3,6 mA o menos, o a 21 mA o más. Compruebe que está configurado para indicar fallos según NE 43 y registre la dirección del fallo: hacia abajo (3,6 mA o menos) o hacia arriba (21 mA o más). Después provoque un fallo del sensor, por ejemplo, desconectando el RTD en el transmisor, y lea la corriente.

El rango de la ficha técnica del ZIO es de 0-20 mA. Antes de confiar en un fallo hacia arriba, aplique 20,5 y 21 mA y confirme que Edge muestra esas corrientes. Si la entrada se detiene en 20 mA, un fallo hacia arriba se interpreta como fondo de escala. En ese caso, configure el transmisor para indicar el fallo hacia abajo.

Configure las alertas de fallo sobre el sensor de mA sin escalar, no sobre el valor escalado. El umbral de un valor escalado cambia cuando alguien modifica el rango del cálculo.

Muestreo y transmisión

En Edge, cada ZIO o ZVO tiene un tiempo de promediado de 1 a 255 s. Cada sensor informa a intervalos de 1 a 1440 minutos, cuando el valor cambia más que un delta configurado, o mediante ambos criterios. El delta usa la unidad propia del sensor: mA en un ZIO. Live Stream informa una vez por segundo con firmware de nodo 3.22 o posterior, y añade mucho tráfico a la red y a la exportación.

Una media de un minuto no puede mostrar una excursión de presión de un segundo. Cuando importan las excursiones breves, registre Min y Max además de Avg, o añada un disparador por delta. Anote para cada señal el tiempo de promediado, el modo de transmisión, el intervalo y el delta.

Registro de aceptación

Conserve un registro por señal. La plantilla descargable incluye:

Repita las pruebas después de sustituir un instrumento, cambiar el rango o modificar el cableado o la entrada. Continúe con instrumentación de procesos industriales o diseñe un sistema a partir de la lista de instrumentos.