L'interfaccia current loop è da tempo utilizzata nelle applicazioni industriali, in particolare consente il trasferimento delle informazioni da sensori remoti ad unità centrali (o viceversa). Ha una caratteristica particolare che lo rende molto adatta per ambienti ostili ed è immune, entro certi limiti ragionevoli, alla distanza dal trasmettitore. Un amplificatore operazionale può essere impiegato nei sistemi current-loop per convertire un segnale di tensione in uno di corrente nel range di ± 20 mA o 4-20 mA, per l'uso in applicazioni industriali di controllo processo. Per carichi a bassa impedenza, l'uso di amplificatori operazionali ad alta tensione con azionamento ad alta corrente semplificano la progettazione di circuiti, eliminando la necessità di FET di potenza esterni. In questo articolo viene illustrato come utilizzare un amplificatore operazionale in una configurazione current loop a ± 20 mA e 4-20 mA. L'amplificatore operazionale MAX9943 della Maxim Integrated sarà impiegato come esempio per convertire in corrente un segnale di tensione da una uscita del DAC. Per concludere faremo dei cenni ad altre tecniche di design dei sistemi current loop.
1. Introduzione
I loop di corrente sono ideali negli ambienti industriali che richiedono cavi lunghi e dove esistono grandi quantità di interferenze elettromagnetiche tra il dispositivo di acquisizione dati e il trasduttore. Per gli strumenti di controllo del processo industriale, i loop di corrente presentano vantaggi nella precisione del segnale che non è influenzata dalla caduta di tensione nei conduttori di interconnessione. Tipicamente, un anello di corrente comprende un sensore, un trasmettitore, un ricevitore e un ADC o microcontrollore (Figura 1). Il sensore misura un parametro, quale la temperatura e fornisce una tensione di uscita corrispondente. Il trasmettitore converte l'uscita del sensore in un segnale proporzionale di corrente nel range tipico di 4-20mA. Il ricevitore riconverte la corrente in una tensione. Un ADC o un microcontrollore con un ADC interno digitalizza la tensione di uscita del ricevitore. Anche se vi è una significativa resistenza elettrica in linea, il trasmettitore di loop, che rappresenta il cuore del sistema, mantiene la corrente corretta fino alla sua massima capacità di tensione. Tali strumenti sono utilizzati per misurare la pressione, la temperatura, il livello, il flusso o altre variabili di processo. Un anello di corrente o current loop può anche essere utilizzato per controllare un posizionatore della valvola o altro attuatore di uscita. Essi sono intrinsecamente più immuni al rumore di segnali di tensione modulata. Per questo motivo sono ideali per l'impiego in ambienti industriali rumorosi e il segnale può viaggiare su lunghe distanze con le informazioni inviate in postazioni remote.
Figura 1: Layout base di un current-loop |
Ci sono diverse specifiche dei dispositivi e fattori di forma da considerare nella scelta di soluzioni current loop. Alcuni dispositivi utilizzano canali differenziali, altri di modo comune. [...]
ATTENZIONE: quello che hai appena letto è solo un estratto, l'Articolo Tecnico completo è composto da ben 2088 parole ed è riservato agli ABBONATI. Con l'Abbonamento avrai anche accesso a tutti gli altri Articoli Tecnici che potrai leggere in formato PDF per un anno. ABBONATI ORA, è semplice e sicuro.
Ti potrebbe interessare anche:
Firmware 2.0 #48: Industry 4.0 / Remote Control
Il modulo IoT multisensore wireless SmartBug per applicazioni di monitoraggio intelligente – Parte 2
SDK per ESPertino: guida all’installazione
Oltre ChatGPT: quali sono gli altri generatori di contenuti
Bluetooth facile per i vostri progetti
Il loop 4-20mA è una di quelle tecniche definite “per molti, ma non per tutti”.
Infatti la progettazione è relativamente semplice ma se non si rispettano alcune tecniche base è facile trovarsi con problemi apparentemente insormontabili. Conosco più di un progettista che ci ha sbattuto la testa 🙂
Nelle applicazioni industriali è di casa, proprio per la semplicità di utilizzo. Ma questo non significa una facile progettazione, basti pensare ai loop di massa.
In ambito industriale però i collegamenti ai vari controlli (per esempio PLC) vengono effettuati mediante 2 cavi solamente….
A questo punto mi chiedo come sia possibile far variare la corrente che circola se occorre anche alimentare il circuito.
In ambito industriale ci sono le reti di segnali e quelle di alimentazione. Tutti gli strumenti sono alimentati in maniera indipendente dai segnali. Non vedo come possa essere risolto il problema con due fili soltanto (parlando di loop 0-20 o 4-20 mA)
Solo per strumentazione con elevato assorbimento (dispositivi che integrano parti meccaniche in movimento, ad esempio) abbiamo un alimentazione separata dal segnale. Per tutti gli altri strumenti di processo, con lo stesso doppino la scheda di acquisizione applica il segnale di alimentazione a 24V (generalmente, ma ci sono anche altri livelli di segnale), e legge la corrente di loop variabile tra 4 e 20 mA in cui la variabile di processo e trasformata.
Il current loop è uno dei primi standard analogici utilizzati estremamente economico. Ci sono molti componenti per semplificare la progettazione (Vedi DAC161P997 per trasmettere un segnale in corrente su uno standard current loop http://www.ti.com.cn/cn/lit/ds/symlink/dac161p997.pdf ). Inoltre, LMP90100 è un altro trasmettitore di temperatura per leggere i dati provenienti da un sensore per poi trasmetterli su un cavo molto lungo attraverso lo standard current loop fino ad arrivare ad un PLC. Questo permette di collegare anche più sensori. Troviamo anche dei convertitori RS232-current loop e sistemi per interfacciare PLC con lo standard loop. La maxim integrated è ben fornita di IC e documentazione in questo campo, c’è anche (non ricordo se è ancora in produzione) una board di reference MAXREFDES15# per questo tipo di standard.
Complimenti per l’articolo, segnalo solo che nelle formule di Vin ci sono un paio di segni sbagliati, ci sarebbero dei +Vef anzichè *Vref
Hai perfettamente ragione. Scusa per il refuso. Provvederò alla correzione.
Salve, e buon anno a tutti.
Vorrei leggere quest’articolo, ma non so per quale motivo cliccando sui puntini […] non si apre il resto dell’articolo, c’è una particolare procedura che qualcuno sappia ?
Grazie
L’articolo è premium rivolto agli abbonati. Guarda qui https://it.emcelettronica.com/abbonati-ora
salve a tutti…
vorrei fare una domanda sul loop di corrente 4-20 mA in configurazione bifilare e il cosiddetto loop di massa. Mentre con le configurazioni 3 e 4 fili, quindi con più alimentatori e più masse è chiaro che il problema del loop di massa è presente, questo è possibile anche in configurazione bifilare?
Pensiamo infatti ad un trasduttore di temperatura o di pressione da avvitare su un serbatoio di un macchinario industriale… una volta avvitato questo sarà comunque collegato alla messa a terra dell’apparecchio, ma pur senza alimentazione propria è possibile che si formi un loop di massa con la massa del ricevitore del segnale (o comunque con la massa dell’alimentatore??
Da qui il problema dell’utilizzo delle barrire/isolatori, necessarie per i 3/4 fili, ma pure per le bifilari a livello teorico??
grazie