Todos os dispositivos em um loop de corrente de 4-20 mA precisam receber energia de de uma fonte para funcionar. Os dispositivos de dois fios recebem sua energia de uma fonte externa para o seu funcionamento ou de PLC/DCS , isto é, diretamente dos cartões de entrada analógica do sistema DCS / PLC. A energia para o loop geralmente vem da alimentação de loop que trafega pelo único para de fio e ainda carregam o sinal de informação.
Os instrumentos de 4 fios( Em um par de fios recebem uma energia para alimentar seu circuito eletrônico, em outro para de fios é transmitido o sinal de corrente referente ao valor medido através de seus sensores.
Como essa configuração requer apenas dois fios, os instrumentos alimentados por loop também são chamados de dispositivos de dois fios. Dispositivos de três e quatro fios, por outro lado, recebem a energia necessária para funcionar a partir de uma fonte de alimentação separada (mas não necessariamente isolada) do circuito de corrente. Esses dispositivos não podem ser alimentados por loop.
Uma conexão de quatro fios usa o loop de corrente como meio de transmitir somente o sinal de processo de 4-20 mA. Este tipo de conexão não irá extrair a energia necessária do loop. Isso criará uma queda de tensão no loop, mas isso é mínimo quando comparado ao de um dispositivo alimentado por loop. A energia para instrumentos de quatro fios é fornecida por uma fonte de alimentação externa. Isso pode ser uma fonte de alimentação de corrente contínua ou alternada porque o dispositivo é alimentado independentemente do loop de corrente contínua da saída. Os suprimentos de 24 VAC ou VDC são comuns, assim como 120 ou 240 VAC. Tudo depende das especificações do dispositivo.
Dispositivos conectados de quatro fios isolados “flutuam” dentro do loop atual. Isso significa que o fio de sinal comum ou do processo de retorno do dispositivo não se conecta ao aterramento da fonte de alimentação. Como pode ser aparente a partir do nome “quatro fios”, dois fios conectam a fonte de alimentação ao dispositivo e dois fios conectam o sinal do processo ao dispositivo. O isolamento, portanto, é embutido no sistema. Não há conexão elétrica entre a fonte de alimentação e o sinal de saída de corrente que é fornecido ao sistema de leitor proporcional ao sinal da variável do processo.
Uma conexão de três fios é essencialmente a mesma que uma conexão de quatro fios, exceto que o isolamento que acabamos de discutir não está presente; um dispositivo de três fios não flutua em comparação com o loop atual. Em uma conexão de três fios, o sinal do processo retorna do dispositivo e o comum da fonte de alimentação é uma conexão compartilhada
Prós e contras de 2 fios
Relembrando as vantagens das conexões de dois fios, você se lembrará de que elas são simples de configurar, têm custo mais baixo, comumente apresentam aprovações de áreas perigosas e não requerem energia local. Por outro lado, eles têm recursos muito limitados devido à quantidade limitada de energia que eles podem extrair do loop atual. Dispositivos de três e quatro fios têm seu próprio conjunto de prós e contras, que devem sempre ser levados em conta ao tentar determinar a melhor solução para um ambiente de controle de processo.
Prós e contras de 3 fios
Geralmente, os dispositivos de três fios são mais baratos que os de quatro fios, principalmente porque não apresentam isolamento. Eles também podem ser um pouco mais fáceis de instalar, pois requerem menos fio e, no caso de o fio precisar passar por um conduíte, esse fio pode ser executado ao longo dos mesmos canais, porque eles já estão conectados eletricamente. Além disso, muitos dos mesmos benefícios dos dispositivos de quatro fios mencionados acima também se aplicam a três fios.
Em contraste com os dispositivos de quatro fios, três fios não apresentam isolamento devido ao fato de que a fonte de alimentação comum e o retorno do sinal do processo compartilham o mesmo fio. Ao lidar com redes complexas de sinal 4-20 mA, um instalador deve ter muito cuidado ao fazer a fiação dos dispositivos para evitar o cruzamento de caminhos atuais. Quaisquer fundamentos, bens comuns ou retornos que se cruzem com o circuito do sinal de saída farão com que a corrente se desloque para diferentes circuitos e o sinal de saída não correspondam aos valores da variável de processo.
Dispositivos de três fios não podem ser alimentados por uma fonte de alimentação de corrente alternada (CA). Dispositivos de quatro fios podem ser alimentados via corrente alternada, como a disponível em uma tomada, porque a conexão que liga o dispositivo é completamente separada da conexão ao sinal do processo. Dispositivos de três fios não apresentam esse isolamento, portanto, toda a energia no sistema deve ser de corrente contínua (DC), assim como o loop de sinal do processo.
Prós e contras de 4 fios
Os dispositivos de quatro fios são alimentados externamente, eles podem disponibilizar / acomodar recursos muito mais intensivos em energia, como relés mecânicos, displays de LED brilhantes, comunicações seriais avançadas, como Modbus®, e saídas com alimentação, entre outras coisas. As conexões de quatro fios podem ser mais fáceis de entender porque não há necessidade de se preocupar com a queda de tensão no loop de corrente. Um dispositivo de quatro fios pode ser alimentado simplesmente conectando-o a uma tomada de parede ou a algum tipo de fonte de alimentação CC, como uma bateria.
Como mencionado, os dispositivos de quatro fios geralmente possuem excelente isolamento de sinal embutido. Em um dispositivo com isolamento de energia para sinal, o sinal de corrente e a fonte de alimentação utilizam fios completamente separados. Isso pode facilitar bastante a configuração e a manutenção ao lidar com redes complexas de sinal de 4-20 mA (com várias variáveis de processo de 4 a 20 mA em vários loops) ou se houver muito ruído eletrônico da fonte de alimentação.
As conexões de quatro fios, em oposição às conexões de dois fios, exigem uma fonte de alimentação separada para o dispositivo, o que pode ser desvantajoso, dependendo da disponibilidade de energia. Geralmente eles são mais caros, pois exigem um circuito interno de fonte de alimentação para lidar com a energia externa que estão recebendo e geralmente apresentam componentes mais caros.
A quantidade de fio necessária para conectar dispositivos de quatro fios pode se tornar um problema para os instaladores, especialmente em áreas perigosas, onde todo esse fio precisaria passar pelo conduíte. Isso também pode dificultar a manutenção e a solução de problemas mais adiante, exigindo avaliação e reparo de quase o dobro do circuito em comparação a um sistema similar de dois fios.
Conexões de quatro fios também têm menos opções quando se trata de áreas perigosas. Somente os requisitos de alta potência tornam as aprovações de segurança intrínseca (I.S.) e não incendiável (NI) extremamente raras. Para que um dispositivo de quatro fios seja adequado para uso em uma área perigosa, ele geralmente precisa ser fechado em um invólucro à prova de explosão que, embora eficaz, pode nem sempre ser a melhor opção possível.
Escolhendo a fiação certa
Neste tópico estaremos apresentado os fatores essenciais que precisam ser levados em consideração ao decidir sobre a escolha certa para um ambiente de controle de processo. Lembre-se de que os dispositivos de três e quatro fios sempre precisarão de uma fonte de alimentação separada do loop de sinal do processo, embora isso não implique inerentemente isolamento. Dispositivos de dois fios são alimentados pelo próprio loop de corrente e não requerem uma fonte de alimentação externa.
Embora tenha havido muitos contras em relação à instrumentos de três fios, lembre-se de que elas funcionam e são uma opção válida quando o isolamento da fonte de alimentação não é uma preocupação. Eles são frequentemente mais baratos do que os dispositivos de quatro fios, o que é uma vantagem definitiva; no entanto, o instalador precisa entender o que está fazendo e conhecer as implicações de cruzar os loops atuais.
Dispositivos de quatro e dois fios podem ser mais fáceis de conectar do que três fios, embora ambos sejam por motivos diferentes. Os dispositivos de dois fios são mais fáceis porque há menos conexões a serem feitas, mas a queda de tensão deve ser levada em conta. Dispositivos de quatro fios são mais fáceis de conectar por causa do isolamento embutido, mas os requisitos de energia externos devem ser levados em conta.
Como regra geral, quando se trata de custo de dispositivos de controle de processo, pense em dispositivos de dois fios sendo os menos caros, com três fios no meio e dispositivos de quatro fios como os mais caros. No entanto, alguns dispositivos e recursos do dispositivo não estão disponíveis como dois fios, devido aos requisitos inerentes de consumo de energia.
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