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Lo que hoy discutimos, el señor de control de instrumentos y todos nosotros, sobre los sistemas de dos líneas, tres líneas y cuatro líneas, se refiere a las diferencias en su principio de funcionamiento y estructura entre los transmisores cuyas salidas son señales de corriente continua analógica; no se trata únicamente de la forma en que están conectados los cables del transmisor. Primero, veamos su definición. Sistema de dos cables: se trata de dos cables que sirven tanto para transmitir la energía eléctrica como para transmitir la señal. En otras palabras, la carga a la que está conectado el sensor y la fuente de alimentación están en serie. La fuente de alimentación proviene del exterior y, al estar en serie con la carga, permite alimentarla. Sistema de tres cables: En los sensores de sistema de tres cables, el extremo positivo de la fuente de alimentación y el extremo positivo de la salida de señal están separados, pero comparten un mismo terminal COM. Sistema de cuatro cables: dos cables para la alimentación y dos cables para la señal. La fuente de alimentación y la señal funcionan por separado. La nomenclatura de varios sistemas de cables surgió después de la creación de los transmisores de dos cables. Esto es el resultado de la amplia utilización de los amplificadores electrónicos en los instrumentos. La esencia de la amplificación es un proceso de conversión de energía, y para ello es necesario contar con una fuente de alimentación. Por lo tanto, lo primero en aparecer fueron los transmisores de cuatro cables ； Es decir, dos cables se encargan de suministrar la energía eléctrica, mientras que los otros dos cables se encargan de transmitir la señal amplificada y convertida (como voltaje, corriente, etc.). Pero actualmente, muchos transmisores utilizan el sistema de dos cables. A continuación, veamos con más detalle cuáles son las diferencias entre los transmisores de diferentes tipos Diferencias entre los transmisores de diferentes sistemas de conexión. I. Sistema de dos líneas: Para que funcione un transmisor de sistema de dos líneas, es necesario que se cumplan las siguientes condiciones: 1. V ≤ Emin – Imax·RLmax. La tensión de salida del transmisor, V, debe ser igual a la tensión de alimentación mínima establecida, menos la caída de voltaje causada por la corriente en la resistencia de la carga y en la resistencia de los cables de transmisión. 2. I ≤ Imin: La corriente de funcionamiento normal del transmisor, I, debe ser menor o igual a la corriente de salida del mismo. 3. P＜Imin(Emin-IminRLmax): La potencia de consumo mínima del transmisor, P, no puede superar el valor indicado en la ecuación anterior; por lo general, es menor a 90 mW. En la fórmula: Emin = voltaje de alimentación mínimo. Para la mayoría de los instrumentos, Emin = 24(1-5%) = 22,8 V. El 5% representa el margen de variación negativa permitido para un voltaje de 24 V ； Imax=20mA ； Imin=4mA ； RLmax=250Ω+resistencia del cable de transmisión. Si el transmisor cumple con las tres condiciones mencionadas en su diseño, se puede lograr una transmisión de dos líneas. El llamado sistema de dos líneas consiste en que la fuente de alimentación y la carga están conectadas en serie, compartiendo un mismo punto de conexión. La comunicación de señales entre el transmisor ubicado en el sitio y los instrumentos en la sala de control, así como la alimentación eléctrica, se realizan mediante solo dos cables. Estos dos cables sirven tanto como conductores de alimentación como de señales. Los transmisores de dos cables cuentan con una corriente de referencia de 4 mA DC, lo que permite que el transmisor funcione de manera estable. Además, el punto cero eléctrico del instrumento también es de 4 mA DC; este valor no coincide con el punto cero mecánico. Este “punto cero dinámico” facilita la detección de fallos como cortes de energía o interrupciones en las conexiones. Además, el sistema de dos líneas también facilita el uso de barreras de seguridad, lo que contribuye a la protección contra explosiones. Figura 1: Esquema de conexión del transmisor de dos líneas. Como se muestra en la Figura 1, el transmisor de dos líneas funciona con una alimentación de 24 V DC. La señal de salida es de 4-20 mA DC. La resistencia de carga es de 250 Ω. El polo negativo de la fuente de 24 V tiene el potencial más bajo; este polo sirve como línea común para la señal. En los transmisores inteligentes, además, se puede añadir una señal modulada por FSK según el protocolo HART a la señal de 4-20 mA DC. II. Sistema de tres cables. Algunas fábricas de instrumentos, con el fin de reducir el tamaño y el peso del transmisor, mejorar su resistencia a las interferencias y simplificar los conectores, cambian la fuente de alimentación del transmisor de 220 V CA a una alimentación continua de baja tensión. Si la fuente de energía proviene de una caja de alimentación de 24 V DC, la alimentación de baja tensión permite que los cables negativos se compartan. De esta manera, se crean transmisores que funcionan con un sistema de tres cables. Figura 2: Esquema de conexión del transmisor de tres cables. Como se muestra en la Figura 2, en un transmisor de tres cables, el extremo positivo de la fuente de alimentación se conecta mediante un cable, el extremo positivo de la salida de señal también se conecta mediante un cable, mientras que el extremo negativo de la fuente de alimentación y el extremo negativo de la señal comparten el mismo cable. Su alimentación es, en su mayoría, de 24 V DC. La señal de salida puede ser de 4-20 mA DC; en este caso, la resistencia de carga es de 250 Ω. O bien, la señal de salida puede ser de 0-10 mA DC, y en ese caso la resistencia de carga es de 0-1,5 kΩ ； Algunos también cuentan con señales en mA y mV, pero la resistencia de carga o la resistencia de entrada varía según el tipo de circuito de salida. III. Sistema de cuatro cables: Debido a la popularidad y uso del sistema de señales 4-20mA DC (1-5V DC), en los sistemas de control se requiere una uniformidad en el formato de las señales, con el fin de facilitar las conexiones. Por ello, se exige que algunos instrumentos que no son electrónicos, como aquellos utilizados para el análisis en tiempo real, medición de cantidades mecánicas o eléctricas, puedan generar señales en el formato 4-20mA DC. Sin embargo, debido a la complejidad de sus circuitos de conversión y al alto consumo energético, resulta difícil cumplir con las tres condiciones necesarias para el diseño de transmisores de dos cables. Por lo tanto, es necesario utilizar una fuente de alimentación externa para que estos instrumentos puedan generar señales en el formato 4-20mA DC. Figura 3: Esquema de conexión del transmisor de cuatro cables. El transmisor de cuatro cables, como se muestra en la Figura 3, suele recibir alimentación de 220 V CA; sin embargo, también existen modelos que funcionan con 24 V CC. La señal de salida puede ser de 4-20 mA DC, con una resistencia de carga de 250 Ω; o bien de 0-10 mA DC, con una resistencia de carga de 0-1,5 kΩ ； Algunos también cuentan con señales en mA y mV, pero la resistencia de carga o la resistencia de entrada varía según el tipo de circuito de salida. En las tres figuras anteriores, la señal que se introduce en el instrumento de medición es una señal de corriente. Sin embargo, si se conecta una resistencia RL en paralelo, entonces la señal que se recibe será una señal de voltaje. Como se puede ver en la descripción anterior, debido a las diferentes formas de funcionamiento y estructuras de los diversos transmisores, surgen productos distintos. Esto, a su vez, determina las formas de conexión de los transmisores: de dos cables, de tres cables o de cuatro cables. Para los usuarios, al elegir el modelo adecuado, deben tener en cuenta las condiciones reales de su organización, como la uniformidad del sistema de señalización, los requisitos de protección contra explosiones, las necesidades del equipo de recepción y los costos de inversión, entre otros factores. Cabe señalar que las señales de 4-20 mA DC que emiten los transmisores de sistema de tres o cuatro cables, debido a que su principio y estructura de circuito de salida son diferentes de los de los transmisores de sistema de dos cables, ¿se puede conectar el extremo negativo de su salida al cable negativo de una fuente de alimentación de 24 V? ¿Se puede compartir el espacio? Esto es algo a tener en cuenta; si es necesario, se pueden tomar medidas de aislamiento, como el uso de distribuidores de energía o barreras de seguridad, con el fin de que los demás instrumentos compartan la misma fuente de alimentación y la misma toma de tierra, y así evitar la generación de interferencias adicionales. Conversión de sistema de dos cables a sistema de cuatro cables. Si se desea convertir un transmisor de sistema de cuatro cables, que transmite señales en el rango de 0-10 mA DC, a uno de sistema de dos cables, el primer problema que se presenta es que la corriente inicial es cero. En una situación en la que la corriente es cero, el amplificador electrónico del transmisor no puede establecer su punto de operación, por lo que le resultará difícil funcionar correctamente. Si se utiliza una fuente de alimentación de corriente continua y se mantiene la característica de corriente constante del instrumento, cuando la resistencia de carga del transmisor está entre 0 y 1,5 KΩ, la resistencia de realimentación en serie con él es de aproximadamente 2 KΩ. Cuando la corriente de salida es de 10 mA, la caída de voltaje en estas dos partes será superior a 24 V. En otras palabras, al utilizar una fuente de alimentación de 24 V DC y una resistencia de carga de 0-1,5 KΩ, es imposible mantener una corriente constante; por lo tanto, no es posible utilizar un sistema de transmisión de dos cables. En la década de 1970, algunas fábricas de instrumentación intentaron convertir los transmisores de cuatro hilos que operaban con una corriente continua de 0-10 mA en transmisores de dos hilos. La forma en que se hizo esto fue mejorando el circuito del transmisor original y elevando la tensión de alimentación a 48 VDC. Sin embargo, la corriente inicial del transmisor seguía sin ser cero. Por eso, se utilizó una corriente negativa para compensar la corriente inicial de 4 mA que se generaba en la resistencia de carga. Pero tales productos tampoco lograron ser promovidos y aplicados. Si se desea pasar de un sistema de dos cables a uno de cuatro cables, no hay ninguna necesidad de hacerlo; además, se trata de un retroceso técnico.