Qu’est-ce que les systèmes à deux fils, à trois fils et à quatre fils dans les systèmes de câblage des instruments ?

Thread Content

“Le « système de câblage des instruments » désigne le nombre de fils utilisés pour l’alimentation des instruments et la transmission des signaux standard. La nomenclature des systèmes à plusieurs lignes est apparue après l’invention du transmetteur à deux lignes. C’est le résultat de l’utilisation généralisée des amplificateurs électroniques dans les instruments ; l’amplification est essentiellement un processus de conversion d’énergie, ce qui nécessite une alimentation électrique. Ainsi, les premiers transmetteurs à quatre fils sont apparus : deux fils servent à l’alimentation électrique, tandis que les deux autres transmettent le signal converti et amplifié (comme la tension, le courant, etc.). ◆Les instruments alimentés en 220 V AC doivent impérativement être de type à quatre fils. Un instrument à signal à quatre fils signifie que le circuit d’alimentation et le circuit de signal sont indépendants l’un de l’autre, séparés par un circuit d’isolement, utilisant un signal standard de 4-20 mA pour l’isolement. Donc le signal doit être isolé et n’est généralement pas mis à la terre. L’alimentation peut être de 24 V CC ou de 220 V CA. ◆Lorsque la puissance fournie en système à deux fils n’est pas suffisante pour alimenter l’instrument, on utilise un système à trois fils, avec un signal conforme à la norme 4-20 mA. Les trois fils du système à trois fils sont : un fil d’alimentation (généralement DC24V+), un fil de signal, et un fil commun à l’alimentation et au signal, servant de référence de tension et de circuit de courant. ◆Les signaux non standard 4-20 mA ne sont pas considérés comme étant en système à deux fils. Le système à deux fils transmet un signal standard 4-20 mA tout en alimentant les deux fils. Un signal qui ne répond pas à cette norme n’est pas considéré comme étant en système à deux fils. La capacité de alimentation minimale en système à deux fils est : 4 mA × 24 V – consommation du capteur de réception – pertes sur les lignes. ◆Dans les opérations pratiques sur site, quels sont les principaux modes d’alimentation pour les systèmes à quatre fils, à trois fils et à deux fils ? ①Les alimentations en quatre fils sont généralement de 220 V AC ; il existe également des transmetteurs en quatre fils alimentés en 24 V DC, comme le montre la figure ci-dessous. Leur alimentation est pour la plupart de 220 V AC, mais il en existe aussi qui fonctionnent avec 24 V DC. Le signal de sortie est de 4-20 mA avec une résistance de charge de 250 Ω, ou de 0-10 mA avec une résistance de charge de 0-1,5 kΩ ； Certains disposent également de signaux en mA et mV, mais la résistance de charge ou la résistance d’entrée varie en fonction du type de circuit de sortie. ②L’alimentation en système à trois fils est généralement assurée par des transmetteurs à 24 V CC, comme le montre la figure ci-dessous. Le système à trois fils signifie qu’un fil est utilisé pour le terminal positif de l’alimentation, un autre pour le terminal positif de la sortie de signal, et que le terminal négatif de l’alimentation et le terminal négatif du signal partagent le même fil. Son alimentation est principalement en DC 24 V, le signal de sortie est de 4-20 mA DC, avec une résistance de charge de 250 Ω ou 0-10 mA, et une résistance de charge de 0-1,5 kΩ ； Certains disposent également de signaux en mA et mV, mais la résistance de charge ou la résistance d’entrée varie en fonction du type de circuit de sortie. ③L’alimentation en système à deux fils est de 24 V DC pour les transmetteurs à deux fils, comme illustré ci-dessous. Leur alimentation est de 24 V DC, le signal de sortie est de 4–20 mA, et la résistance de charge est de 250 Ω. Le fil négatif de la source de 24 V présente le potentiel le plus bas ; il s’agit du fil commun du signal. Pour les transmetteurs intelligents, un signal modulé FSK selon le protocole HART peut également être superposé au signal 4–20 mA. En raison des principes de fonctionnement et des structures différents des divers transmetteurs, différents produits sont apparus, ce qui a déterminé les configurations de câblage en deux fils, trois fils et quatre fils pour les transmetteurs. ◆Comment choisir des instruments en système à quatre fils, à trois fils ou à deux fils ? ① Lorsque la puissance est supérieure à 10 W et que des exigences élevées en termes de précision sont requises, on choisit généralement des instruments en système à quatre fils. L’utilisation des instruments en système à quatre fils a débuté avec l’apparition des ensembles d’instruments électriques de type DDZ-II, alimentés en AC220 V ; par la suite, les transmetteurs en système à quatre fils émettant un signal de 0-10 mA ont été largement utilisés. En raison de la complexité des circuits de conversion et de la consommation énergétique élevée, de nombreux instruments privilégient encore le système à quatre fils. C’est le cas pour les compteurs de débit en masse par force de Coriolis et les compteurs de débit électromagnétiques, qui utilisent toujours ce système. En effet, les compteurs de débit en masse nécessitent une énergie pour générer des vibrations, tandis que les compteurs électromagnétiques ont besoin d’énergie pour être excités. La consommation d’énergie de chacun de ces deux types de compteurs dépasse 10 W, ce qui justifie l’utilisation d’un système à quatre fils. ②Pour réduire l’utilisation de tensions non sûres, on opte généralement pour des instruments à trois fils. Dans le cadre de leur utilisation, afin de répondre aux besoins en puissance électrique de ces instruments, l’alimentation du transmetteur est passée d’une tension AC 220 V à une alimentation en courant continu à basse tension ; par exemple, l’énergie provient d’une boîte d’alimentation DC 24 V, ce qui permet de diminuer l’utilisation de tensions non sûres. Ainsi, on obtient des transmetteurs à trois fils. ③Avec une puissance faible et un coût abordable, les instruments en système à deux fils sont généralement choisis pour les applications de ce type ; ils utilisent un signal 4-20 mA, ce qui permet aux instruments sur site de fonctionner en système à deux fils. Aujourd’hui, les transmetteurs en système à deux fils sont très largement utilisés en Chine. En somme, pour les utilisateurs, le choix du modèle doit être effectué en tenant compte des conditions réelles de l’organisation, telles que l’unification du système de signalisation, les exigences en matière de protection contre les explosions, les besoins des équipements de réception, ainsi que les coûts d’investissement. Il convient de noter que les signaux 4-20 mA émis par les transmetteurs à trois ou quatre fils, en raison du principe et de la structure de leur circuit de sortie qui diffèrent de ceux des transmetteurs à deux fils, nécessitent une attention particulière quant à la possibilité de relier leur borne négative au fil négatif d’une alimentation de 24 V ou de partager un point de terre. Si nécessaire, des mesures d’isolement peuvent être mises en œuvre, telles que l’utilisation de distributeurs ou de barrières de sécurité, afin de permettre un partage d’alimentation et de point de terre avec d’autres instruments et d’éviter toute interférence supplémentaire.