¿Qué son los sistemas de dos cables, tres cables y cuatro cables en las conexiones de instrumentos?

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“El “sistema de cables de instrumentos” se refiere al número de cables utilizados para la alimentación de los instrumentos y para la transmisión de señales estándar. La nomenclatura de varios sistemas de líneas surgió después de la creación de los transmisores de dos líneas. 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 alimentación eléctrica. Por lo tanto, los primeros transmisores que aparecieron fueron los de cuatro cables: dos cables se encargaban de suministrar energía, mientras que los otros dos se utilizaban para transmitir la señal amplificada y convertida (como voltaje, corriente, etc.). ◆Los instrumentos alimentados con 220V AC deben ser de sistema de cuatro cables. Un instrumento de sistema de cuatro cables es aquel en el que el circuito de alimentación y el circuito de señal son independientes entre sí; se utiliza un circuito aislador para separarlos, y se emplea la señal estándar de 4-20 mA con fines de aislamiento. Por lo tanto, la señal debe estar aislada y, por lo general, no conectada a tierra. La fuente de alimentación puede ser de 24V DC o de 220V AC. ◆Cuando la potencia suministrada mediante el sistema de dos cables no es suficiente para alimentar el instrumento, se utiliza el sistema de tres cables. La señal que se transmite es una señal estándar de 4-20 mA. Los tres cables del sistema de tres cables son: uno es el cable de alimentación (generalmente DC24V+), otro es el cable de señal, y el tercero es el cable común para la alimentación y la señal, utilizado como punto de referencia de voltaje y para el circuito de corriente. ◆Las señales que no son del estándar 4-20mA no se consideran de tipo dos hilos. El sistema de dos hilos consiste en utilizar dos cables para suministrar energía y, al mismo tiempo, transmitir la señal del estándar 4-20mA. Una señal que no cumple con este estándar no se denomina de dos líneas. La capacidad mínima de alimentación en sistema de dos líneas es: 4mA×24V – consumo energético del instrumento receptor – pérdidas en las líneas. ◆En las operaciones reales en el campo, ¿cuáles son los principales métodos de alimentación para los sistemas de cuatro cables, tres cables y dos cables? ①La alimentación en sistema de cuatro cables suele ser de 220V CA; sin embargo, también existen transmisores de cuatro cables que funcionan con 24V DC. Como se muestra en la imagen, su alimentación es, en su mayoría, de 220V CA, pero también hay algunos que funcionan con 24V DC. La señal de salida puede ser de 4-20 mA con una resistencia de carga de 250 Ω, o bien de 0-10 mA con una resistencia de carga de 0-1,5 kΩ ； Algunos también tienen señales en mA y mV, pero la resistencia de carga o la resistencia de entrada varía según el tipo de circuito de salida. ②La alimentación en sistema de tres cables suele ser de 24 V CC, y los transmisores que utilizan este sistema son los que se muestran en la imagen a continuación. Por “sistema de tres cables” se entiende que el terminal positivo de la fuente de alimentación está conectado por un cable, el terminal positivo de la salida de señal también está conectado por un cable separado, mientras que el terminal negativo de la fuente de alimentación y el terminal negativo de la salida de señal comparten el mismo cable. Su alimentación es, en su mayoría, de tipo DC24V. La señal de salida puede ser de 4-20 mADC. La resistencia de carga puede ser de 250 Ω, o bien 0-10 mA; en este último caso, la resistencia de carga es de 0-1.5 KΩ ； Algunos también tienen señales en mA y mV, pero la resistencia de carga o la resistencia de entrada varía según el tipo de circuito de salida. ③El alimentación de tipo de dos cables es de 24V DC. El transmisor de este tipo funciona con una tensión de 24V DC, mientras que la señal de salida es de tipo DC4-20mA. La resistencia de carga es de 250Ω. El polo negativo de la fuente de 24V representa el nivel de voltaje 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 4-20mA. 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 líneas, de tres líneas o de cuatro líneas. ◆Cómo elegir instrumentos de cuatro cables, tres cables o dos cables: ① Cuando la potencia es superior a 10 W y se requiere una alta precisión, generalmente se opta por instrumentos de cuatro cables. La utilización de estos instrumentos comenzó con la aparición de los instrumentos electrónicos de tipo DDZ-II; su alimentación es de 220 V AC. Posteriormente, se utilizaron ampliamente los transmisores de cuatro cables que generan señales en el rango de 0-10 mA. Debido a la complejidad de los circuitos de conversión y al alto consumo energético, hoy en día muchos instrumentos siguen prefiriendo el sistema de cuatro cables. Los casos más comunes son los medidores de caudal por fuerza de Coriolis y los medidores de caudal electromagnéticos; estos también utilizan el sistema de cuatro cables. Esto se debe a que los medidores de caudal por masa necesitan energía para generar vibraciones, mientras que los medidores de caudal electromagnéticos necesitan energía para su funcionamiento. En ambos casos, el consumo energético supera los 10 W, por lo que es necesario utilizar el sistema de cuatro cables. ②Se reduce el uso de voltajes no seguros para la alimentación; por lo general, se emplean instrumentos de sistema de tres cables. Para satisfacer las necesidades de potencia de los instrumentos, la alimentación del transmisor se cambia de AC220V a alimentación continua de baja tensión. De esta manera, se reduce el uso de voltajes no seguros para la alimentación. De esta manera, se obtienen transmisores de sistema de tres cables. ③Tienen una potencia reducida y son económicos; por lo general, se utilizan en aplicaciones con instrumentos de tipo dos cables. Estos instrumentos emplean señales de 4-20 mA, lo que permite que los instrumentos funcionen en modo dos cables. Actualmente, los transmisores de tipo dos cables son muy utilizados en el mercado nacional. En resumen, para los usuarios, al elegir un producto, es necesario tomar en consideración las condiciones reales de la propia 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. Cabe señalar que las señales de 4-20 mA 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, es necesario tener en cuenta si el extremo negativo de su salida puede conectarse al cable negativo de la fuente de alimentación de 24 V, es decir, si se puede compartir la tierra. Cuando sea necesario, se pueden tomar medidas de aislamiento, como el uso de distribuidores o barreras de seguridad, para permitir que otros instrumentos compartan la misma fuente de alimentación y la misma tierra, y así evitar interferencias adicionales.