Aplicación técnica · Instrumentación
Cómo llevar señales de 4–20 mA desde un área Ex hasta el PLC
Dos transmisores pueden entregar la señal que espera el controlador y, aun así, necesitar una interfaz entre campo y tablero. Un ejemplo con medición de nivel y presión permite entender qué resuelve una barrera de señal y qué revisar antes de instalarla.
En un tanque de almacenamiento de solventes, un transmisor mide el nivel y otro la presión. Ambos instrumentos entregan 4–20 mA y cuentan con comunicación HART. El PLC está en un tablero ubicado fuera del área clasificada y utiliza esas mediciones para mostrar el estado del tanque y ejecutar la lógica de operación.
En una instalación de este tipo, el primer dato que suele revisarse es el rango de señal: si los transmisores entregan 4–20 mA y las entradas del PLC reciben 4–20 mA, parecen compatibles. Pero esa coincidencia deja pendientes la protección Ex, la alimentación de los instrumentos y el acceso a su información de diagnóstico.
Para este ejemplo se consideran transmisores certificados para seguridad intrínseca. El circuito completo debe evaluarse con sus cables y una barrera compatible antes de conectarlo al sistema de control.
Qué hace la barrera entre campo y tablero
Una barrera de seguridad intrínseca limita la energía que puede llegar al circuito de campo, bajo las condiciones previstas en su certificación. Cuando incorpora aislamiento galvánico, también separa eléctricamente el circuito del instrumento del lado de control. Un aislador analógico convencional no reemplaza esa función Ex.
En el ejemplo, cada transmisor se conecta a un canal de la barrera y cada salida llega a una entrada analógica del PLC. Nivel y presión conservan recorridos separados. La selección del modo activo o pasivo determina qué equipo alimenta cada lazo; debe coincidir con los transmisores y la tarjeta de entradas.
Una referencia para esta arquitectura es el ACT20X-2HAI-2SAO-S, de Weidmüller. Dispone de dos canales, entrada Ex y salida hacia el área segura de 4–20 mA, con transparencia HART. Puede alimentar sensores externos y admite entradas y salidas activas o pasivas.
En esta aplicación, la señal conserva su rango: el equipo actúa como interfaz aislada entre el circuito Ex y el control. Para el caso planteado, la barrera se ubica en el tablero del área segura.
Conservar HART para revisar el instrumento
El PLC puede recibir el valor analógico mientras mantenimiento consulta información digital del transmisor. HART utiliza el mismo par de conductores para transportar ambas comunicaciones.
Esto permite, con un instrumento y una herramienta compatibles, consultar identificación, configuración y diagnósticos disponibles. Por ejemplo, ante una lectura de nivel inesperada, el técnico puede revisar el estado del transmisor además de observar la corriente que recibe el PLC.
La transparencia HART de la barrera permite el paso de esa comunicación. Para utilizarla hacen falta un comunicador, módem o sistema de adquisición compatible y un lazo que cumpla las condiciones eléctricas del protocolo. Una entrada analógica común del PLC no adquiere esas funciones por incorporar la barrera.
Qué dispositivos pueden integrarse
Además de los transmisores de nivel y presión del tanque, pueden utilizarse transmisores de presión diferencial para medir el estado de un filtro o inferir caudal, transmisores de nivel por radar y transmisores de temperatura que convierten la medición de una Pt100 o una termocupla en una señal de 4–20 mA. Para este tipo de barrera, el dispositivo debe entregar esa señal y contar con certificación Ex compatible con el lazo de seguridad intrínseca.
Una Pt100 o una termocupla no se conecta directamente a esta entrada de 4–20 mA: necesita un transmisor de temperatura. Del mismo modo, un sensor con salida digital o IO-Link requiere una interfaz adecuada a su tecnología. Si además se quiere consultar configuración o diagnósticos por HART, el transmisor debe admitir ese protocolo.
Del lado del tablero, las salidas pueden conectarse a entradas analógicas de un PLC, un sistema de control distribuido o un registrador industrial compatible con 4–20 mA. La barrera conserva la señal; el equipo receptor determina cómo se visualiza, registra o utiliza en la operación.
Qué comprobar antes de elegir el equipo
La selección comienza por la clasificación del área y la certificación de los instrumentos. También hay que comprobar la compatibilidad entre los parámetros de seguridad intrínseca de la barrera y los transmisores: tensión, corriente y potencia, además de capacitancia e inductancia del conjunto, incluidos los cables. El certificado y las instrucciones aplicables pueden establecer condiciones adicionales.
Después se revisa el funcionamiento eléctrico. ¿El transmisor necesita alimentación por el lazo? ¿La entrada del PLC es activa o pasiva? ¿La tensión disponible alcanza considerando el cable y los equipos conectados? Para esta referencia, el fabricante especifica una carga de salida de hasta 600 Ω, que debe contrastarse con el circuito receptor.
La separación y el tendido de los circuitos Ex, las conexiones y las condiciones de montaje deben quedar documentados junto con los parámetros de cada lazo.
Clasificación del área y montaje en Argentina
En un tanque de solventes, la clasificación depende de la posibilidad de que se formen mezclas inflamables de gas o vapor con el aire. La IRAM 60079-10-1 aborda esa clasificación; AEA publica la AEA IEC 60079-10-1, edición 2023. El relevamiento identifica fuentes de escape, ventilación y extensión de las zonas para seleccionar los instrumentos y su modo de protección.
Cuando el riesgo proviene de polvo combustible, la referencia es IRAM-IEC 60079-10-2, publicada también como AEA 90079-10-2. Esa evaluación corresponde a procesos con polvo y no sustituye la clasificación por vapores del tanque de solventes.
El proyecto, la selección y el montaje de la instalación se encuadran en AEA 90079-14. Para los lazos de seguridad intrínseca, esto incluye la compatibilidad del conjunto barrera–transmisor–cable, la identificación y separación de circuitos y la documentación de las conexiones. La certificación Ex del equipo debe corresponder a la clasificación y a las condiciones del lugar donde se instala.
Comprobar el recorrido completo
Durante la puesta en marcha, una comprobación de extremo a extremo permite detectar diferencias entre el instrumento y el programa. Si el nivel se configuró de 0 a 5 metros, deben corresponder 4 mA a 0 metros, 12 mA a 2,5 metros y 20 mA a 5 metros.
También se verifica la lectura de presión, el acceso HART y la respuesta del sistema ante fallas previstas, siguiendo un procedimiento adecuado para el área. Una corriente fuera del rango válido debe tratarse según la lógica de diagnóstico definida, evitando interpretarla como una medición normal.
Para evaluar una aplicación, conviene reunir la ficha del transmisor, la clasificación del área, los datos del cable y el modelo de entrada del PLC. Con esos datos puede seleccionarse la interfaz y documentarse cada lazo.