Convertitore Di Segnale - Da 4-20ma a 0-10V

[Mauro76]

ciao a tutti...

sto cercando uno schema di un convertitore di segnale da 4-20 ma a 0-10v.

mi serve perchè ho un S7 1200 con CPU 1212c che ha 2 ingressi analogici che lavorano solo in tensione e dall'altra parte un inverter che esce con 2 uscite analogiche che lavorano solo in corrente.

e possibile avere perfavore da qualcuno uno schema elettrico di un convertitore 4-20ma a 0-10v ?

grazie.

[Livio Orsini]

Lo schema è banalissimo. E' un resistore da 500 ohm da mettere in parallelo al tuo ingresso in tensione. Così trasformi un segnale 4mA - 20 mA in un segnale 2 V - 10 V. Ottieni la medesima risoluzione del 4mA-20mA e non perdi l'informazione relativa all'interruzione della linea. Inoltre, ponendo il resistore fisicamente sui morsetti d'ingresso della scheda A/D, benefici ancora dei vantaggi della linea in corrente.

Stai tranquillo, questa soluzione è universalmente adottata in tutte le condizioni simili alla tua (sono decenni che la vedo applicata su impianti industriali).

[Mauro76]

ok grazie della dritta lo proverò subito poi ti dirò...

[tesla88]

Io in genere uso dei convertitori adatti allo scopo , certamente costano di più di un resistore (occhio che deve essere da 500 ohm di precisione) , in genere uso i Seneca.

[GiRock]

Ma a scuola sul primo libro degli operazionali mai pubblicato ci sono i convertitori corrente-tensione, adesso non lo insegnano più???

Con 1 LM358 + 1 trimmer e qualche resistenza al limite te lo puoi anche autocostruire, il WEB è pieno di queste cose...

Eliminando l'offset dei 4mA porti la tensione a 0 e poi ti calcoli il fattore di amplificazione in continua fino al range voluto...

Ad ogni modo se risolvi con la R da 500 meglio così, però riferisci per favore il risultato dei test...

[Livio Orsini]

Andrea e GiRock, probabilmente non avete molta dimestichezza con gli impainti industriali.

Usare un resitore da 500 ohm, se fatto nel modo corretto, offre alcuni vantaggi sulle altre soluzioni.

Si deve usare un resitore di precisione (normalmente >1%) non per il valore di fondo scala,valore che può essere aggiustato con una selezione del componente o con l'adozione di più componenti in serie, ma per questioni di stabilità.

Un eventuale imprecisione del componente è comunque inferiore a quella del segnale in corrente e può essere recuperata via software. La stabilità del valore di resistenza no.

I vantaggi di questa soluziuone sono:

1 - La trasmissione del segnale avviene sempre in corrente, quindi permangono tutti i vantaggi della linea in corrente.

2 - 500 ohm sono un valore di impedenza abbastanza basso, inferiore di qualche ordine di grandezza all'impedenza d'ingresso del convertitore. Questo fattore contribuisce notevolmete ad aumentare l'immunità ad eventuali disturbi.

4 - L'offset dei 2 V non è uno svantaggio ma, al contrario, mantiene la sicurezza di non avere segnale 0 per interruzione della linea. Questa è stata la motivazione principale di questo tipo di protocollo elettrico: avere l'assoluta certezza che la linea di misura non sia interrotta.

5 - Precisione e risoluzione della misura rimangono immutate perchè non vengono introdotti elementi attivi che, per quanto di ottima qualità (non certolo LM358), introducono sempre un certo degrado.

6 - Costo irrisorio

7 - L'assoluta semplicità (un solo componete passivo) rende questo tipo di conversione il più affidabile tra tutti i tipi possibili.

L'unico modo per non avere risultati decenti è....fare un lavoro indecente! Comprare un resistore di precisione e montarlo correttamente sui terminali d'ingresso della scheda, dovrebbe essera alla portata di qualsiasi apprendista tecnico.

Modificato: 13 aprile 2011 da Livio Orsini

[GiRock]

Certo Livio, non è il mio settore, voleva essere solamente un ulteriore consiglio didattico...

Ad ogni modo ho visto parecchi circuiti del genere in rete, dato che è un problema abbastanza comune dover convertire uscite 4-20mA in tensione da 0-10V anche con LM358 o superiori...

Lungi da me l'idea di insegnarti qualcosa in questo campo ...

P.S. Se ti fa piacere puoi continuare la lezione ormai iniziata...

[Livio Orsini]

Non ho mai avuto intenzione alcuna di impartire lezioni a chicchessia. Ho solo cercato, come sempre, di mettere a disposizione la mia esperienza.

Io come elettronico nasco (oramai mezzo secolo fa) come circuitista, anche perchè ai tempi il Sw, la programmazione, era esclusivamente per elefantiaci mainframe a valvole, disponibili solo a pochissimi.

Io gli amplificatori operazionali ho dovuto progettarli e costruirli con transistors, resistenze e condensatori! Non esistevano gli OA integrati. Il primo fu il uA702, seguito dal mitico uA709 e siamo al 1968. Nel 1971 apparve quella pietra miliare degli OA che si ancor oggi: il uA741!

Questo pistolotto ha il solo scopo di evidenziare che ho dietro una lunga storia da circuitista.

Poi l'arrivo dei microprocessori e al passione per il controllo automatico, mi spinto verso i sistemi di automazione, ma nel mio DNA c'è sempre la ricerca della soluzione circuitale.

Se ti interessa e/o ti fa piacere chiedi pure, non ho mai avuto remore nel mettere a disposizione di tutti le mie conoscenza.

[tesla88]

Di certo non quella che può avere un tecnico del tuo calibro , comunque lavoro in un'azienda come progettista (schemi , sw plc/hmi/drives ) di automazione industriale , quindi diciamo che non è che non ho dimestichezza con gli impianti industriali , piuttosto il fatto è che in genere per questo tipo di conversioni preferiamo l'uso di convertitori dedicati (anche perché è una richiesta del cliente).........probabilmente anche perchè montiamo diversi tipi di convertitori(es I/V RTD ecc) e si preferisce rendere tutto più unificato.

Certamente (e avrei dovuto specificarlo) la soluzione della resistenza è altrettanto valida in questo tipo di conversione e non era mia intenzione obbiettarla , semplicemente proponevo una possibile alternativa ........

Mi fa invece sorridere il fatto che l'ingresso della CPU non possa essere configurato in corrente......per altro sono appena stato a un incontro Siemens su S7-1200 e TIA .....e il 1200 non mi ha lasciato una buona impressione.....

[Lucky67]

Certo ognuno lavora coi propri standard ed in funzione delle specifiche che ha o che si è proposto. In ogni caso non mi è mai successo di vedere convertito un segnale da corrente in tensione con qualcosa che non fosse la classica resistenza da 500 ohm di precisione. Piuttosto si usano dei convertitori per trasformare da tensione in corrente.

[Livio Orsini]

Estrapolando dai tuoi interventi ti facevo più circuitista che progettista di sitemi; ti ringrazio per ....il calibro, ma è solo la ricaduta tecnologica dell'età.

Capisco che si tenda alla normalizzazione delle interfaccie di segnale; mettere un bel convertitore nel suo contenitore su guida DIN, dal costo di qualche decina di € o più, fa molto più figura di un piccolo resitore montato direttamente sulla morsettiera della scheda.

I pregi della soluzione minimale li ho elencati in precedenza e non starò a ripeterli.

Concordo anch'io che non prevedere ingressi analogici in corrente, così come quelli per RTD, è una grande lacuna. Però così come vanno le cose oggi si cerca di risparmiare su tutto, magari ribaltando gli oneri sul cliente finale.

[lelerelele]

forse mi sarà sfuggito qualcosa.......

ma non riesco a trovare il valore della sua entrata 4:20mA a che tensione arrivi....

in quanto se lavora a 5V massimi non si potranno mai ottenerne 10 passivamente!

[Livio Orsini]

Se è un generatore standard 4 mA - 20 mA deve essere alimentato a 24 V.

Se non è standard...non è un generatore 4 mA - 20 mA.

Gli standard internazionali esistono proprio per questa ragione!

[GiRock]

Niente, ritenevo interessante un approfondimento di tutta la questione, anche per tutti gli utenti del Forum, magari aggiungendo qualche dettaglio tecnico valido o consigli per questo tipo di circuitazione...

Girando in rete ho potuto leggere spesso questo tipo di richiesta e le soluzioni trovate hanno sempre avuto come principio i convertitori ad Operazionali almeno dove mi è capitato di poter vedere anche lo schemino, invece non ricordo di aver mai sentito parlare della R da 500, cosa probabilmente nota solo agli addetti ai lavori...

[Livio Orsini]

No è solo una questione di puro ragionamento.

Devi partire sempre da alcuni presupposti.

L'affidabilità è inversamente proporzionale al numero di componenti impiegati.

I componenti passivi sono intrinsecamente più affidabili dei componenti attivi.

I resitori sono lineari per definizione.

E' più facile ottenere un resistore con maggior stabilità rispetto ad un qualsivoglia componente attivo.

Pensa alla variazione di restenza, alla deriva per temperatura, di un comune resistore allo 1%, dal costo di pochi centesimi.

Poi ricerca un amplificatore operazionale che ti garantisca le medesime prestazioni. Se lo trovi ti costerà 100 volte tanto o più. Poi a questo dovrai aggiungere tutta una serie di componenti di adeguata qualità, nonchè alimnetazioni che non ne degradino le prestazioni.

Alla fine cosa ti ha dato in più del semplice resistore da 500 ohm? Nulla! Anzi ti da molto in meno in fatto di affidabilità.

In quanto all'offset iniziale è una peculiarità voluta dal sistema per garantire che non ci siano interruzioni della linea misconosciute.

Come ricaduta tecnologica i 4 mA, sempre presenti, permettono di auto alimentare alcuni strumenti.

Da ultimo, ma non ultimo, c'è il "vizio" sempre presente negli amatori, ma molto meno presente tra i professionisti, della ricerca della soluzione "intelligente" e non della soluzione "semplice".

Quando selezionavo personale tra neodiplomati facevo sempre un test. Chiedevo: "Se devi realizzare un movimento che va da A a B e viceversa, come lo realizzeresti?" Di norma le risposte svariavano tra controlli numerici, controlli dedicati, e via elencando su questa linea. Ricordo solo due candidadati che mi risposero: "se non devo modificare in continuo i due tragurdi son sufficienti due finecorsa."

[GiRock]

Hai perfettamente ragione, bisogna sempre optare per la soluzione più semplice e funzionale per evitare l'insorgere di problematiche derivate da una progettazione con componenti economici...

Spiegazione a parte che ora mi sembra abbastanza esaustiva per quanto concerne l'utilizzo della R da 500, il mio interesse e la mia domanda era riferita a tutto il sistema, o meglio, potresti spiegare per sommi capi e tempo permettendo, come funziona tutto l'ambaradam, trovo che la discussione intrapresa sia un argomento interessante, altrimenti non giustificherebbe la così alta richiesta in rete di chi si occupa di automazioni industriali...

Grazie...

[Livio Orsini]

Cosa ti interessa sapere? Le applicazioni della comunicazione 4mA - 20mA? La storia? Pregi e difetti?

Così per sommi capi.

E' nata come sistema di comunicazione per strumentazione industriale (impianti chimici, raffinerie, siderurgia, etc.).

Quando è nata non esistevano comunicazioni in rete digitale. Se volevi andare un po' più lontano di una decina di metri eri obbligato ad andare in loop di corrente. Anche le stampanti comunicavano in loop di corrente. Questo perchè un segnale in corrente non è influenzato dalla cdt sulla linea; inoltre questo tipo di trasmissione è meno sensibile ai disturbi.

Il primo punto da risolvere fu l'interruzione della linea. In caso di rottura del filo si avrebbe avuto segnale 0, quindi si doveva spostare lo zero di segnale. Fu scelta la soglia minima di 4mA perchè sufficiente per alimentare lo strumento ricevitore senza altra limentazione.

Non c'è molto da dire se non che è una comunicazione semplice e robusta; queste doti fanno si che, nonostante reti e bus di campo, sia ancora oggni molto applicata.

E' molto strano che PLC nuovi, come S7-1200, non abbiano previsto ingressi in corrente.

In genere nelle schede A/D dei PLC c'è uno switch Hw, oppure un commutatore attivabile via Sw, che va a porre in parallelo all'ingresso un resistore da 500 ohm. E' un'interfaccia classica.

Se analizzi un convertitore attivo corrente - tensione il principio è il medesimo. Il generatore di corrente (esterno) entra nell'invertente e la tensione di uscita è proporzionale alla corrente moltiplicata la resistenza di reazione.

Puoi crearti una massa virtuale sul non invertentr per togliere l'offset, oppure puoi toglere l'offset in altro modo, ma la conversione corrente - tensione avviene sempre in funzione di un valore di resistenza.

[mariano59]

Aggiungo solamente, a quanto descritto da Livio, che nel sistema in corrente si hanno apparati attivi e passivi, quindi apparati che alimentano (attivi) e altri che sono alimentati tramite il segnale di quelli attivi e sono definiti passivi. In genere, ma non sempre purtroppo, gli apparati possono essere impostati in entrambi i modi.

Concordo che la mancanza di ingressi in corrente in un plc sia penalizzante per l'utilizzatore, ma oggi la tendenza è quella della comunicazione dati in formato digitale, che sia su bus di rete o wireless.

Però nel current loop 4/20mA basta un tester per le verifiche di segnale... .

Ciao

Modificato: 16 aprile 2011 da mariano59

[GiRock]

Ringrazio entrambi per la spiegazione altamente Tecnica, e mi auguro che adesso chi avrà questa tipologia di problemi possa trovare nelle vostre parole una corretta spiegazione o risoluzione degli stessi...

Per ora sono sufficientemente appagato, ma non mancherò in caso di dubbi o perplessità di ricorrere ai vostri preziosi consigli...

Grazie ancora...

[GiRock]

Resta comunque il dubbio che il nostro utente abbia risolto così facilmente, dato che da 3 giorni non si vede in giro, ma forse è un altro del take-away del piano di sotto ...

[Livio Orsini]

Un moderatore del forum, che ha lasciato il forum da poco più di un anno, aveva coniato una bella definizione per certi tipi di utenti. Parafrasando il titolo di un celebre film comico li aveva definiti del tipo "Prendi i soldi e scappa".

Anche solo per educazione chi ha chiesto aiuto, dovrebbe render noto i risultati ottenuti, anche se avesse risolto in modo differente dai consigli del forum.

Proprio lo spirito del forum vuole che ci sia questo scambio di idee ed informazioni. Meglio "litigare" perchè si vedono soluzioni differenti ed in antitesi che il silenzio tombale.

Modificato: 16 aprile 2011 da Livio Orsini

[beppexx80]

Ciao,

utilizzo sempre la resistenza da 500, veloce, efficace....

Ora vorrei costruirmi un simulatore 4-20ma e 0-10V, con circa 8 uscite 4-20mA per fare vari test di laboratorio....

Secondo voi, meglio utilizzare un 7805 e un potenziomentro, o il solito potenziomentro con in serie resistenze per creare i 4-20mA?

 

[Livio Orsini]

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