Comunicador HART y resistencia de 250 ohmios: por qué la necesita el lazo

Comunicador HART y resistencia de 250 ohmios: por qué la necesita el lazo

Casi todas las consultas sobre HART de un técnico de campo acaban en la misma resistencia: ¿por qué necesito una resistencia de 250 ohmios, dónde se coloca y qué ocurre si no la pongo? La respuesta no es una simple costumbre. Se debe a cómo HART codifica físicamente su señal digital sobre el lazo analógico de 4–20 mA.

Cómo transmite HART datos en un lazo de 4–20 mA

HART utiliza una señal con modulación por desplazamiento de frecuencia (FSK). Superpone una onda sinusoidal de ±0.5 mA a la corriente DC del lazo, con dos frecuencias: 1200 Hz para el «1» lógico y 2200 Hz para el «0» lógico. Como se trata de una corriente AC superpuesta al lazo DC, el promedio de la corriente sigue correspondiendo al valor de proceso de 4–20 mA: el PLC recibe la misma variable de proceso mientras el comunicador recibe los datos digitales.

Para convertir esa pequeña corriente AC en una tensión AC legible, el lazo debe presentar cierta resistencia. La corriente que atraviesa una resistencia genera una tensión, y el comunicador lee esa tensión. Sin resistencia en el lazo, la tensión AC que transporta los datos HART cae hacia cero y el comunicador detecta ruido en lugar de datos.

La regla de los 250 ohmios, bien explicada

Una carga en serie de 250 ohmios es una disposición habitual del cableado HART. La impedancia AC necesaria y la carga máxima se obtienen de los manuales del transmisor, el comunicador y los equipos asociados; algunos dispositivos especifican un mínimo de 230 ohmios y otros de 250 ohmios. Con una señal ideal de ±0.5 mA, una resistencia de 250 ohmios genera aproximadamente ±125 mV. También consume margen de tensión DC, por lo que añadir una resistencia tiene consecuencias.

Dónde se coloca realmente la resistencia

Una carga externa convencional se coloca en serie con el lazo de corriente. El comunicador se conecta en paralelo en los puntos de comunicación autorizados, normalmente entre los bornes del transmisor o en una carga adecuada. No se intercala en serie como un amperímetro. Siga el esquema del lazo y el manual de la herramienta, incluidas las restricciones para zonas peligrosas.

En el extremo del transmisor. Si ya existe carga suficiente entre el punto de conexión y la fuente, normalmente puede conectarse el comunicador en paralelo entre los bornes autorizados del transmisor. No interrumpa un lazo en servicio solo para añadir una segunda resistencia. Cualquier cambio de cableado necesario exige el procedimiento de trabajo controlado de la instalación.

En el lado de interconexión del DCS/PLC. Compruebe la impedancia real de entrada de la tarjeta y si las barreras, aisladores o filtros dejan pasar HART. Una carga de entrada existente adecuada puede satisfacer el requisito. Utilice los puntos de comunicación designados, sin suponer que todas las entradas analógicas son transparentes a HART.

Integrada en el comunicador. Algunas herramientas ofrecen una carga conmutable o alimentación del lazo en determinados modos de cableado. Otras son únicamente módems en paralelo y no aportan resistencia en serie. Utilice su esquema de conexión: conectar un módem ordinario entre los bornes de un transmisor no inserta automáticamente una resistencia en el lazo.

Por qué funciona en el cuadro pero no en campo

Si HART funciona en el cuadro pero no en campo, la carga compartida en serie no ha desaparecido simplemente por mover el comunicador. Compruebe los bornes autorizados, barreras o aisladores, derivaciones AC, capacitancia del cable, ruido, polaridad cuando proceda y ajustes de la herramienta. No suponga que cada extremo físico necesita su propia resistencia de 250 ohmios.

Antes de añadir resistencia, mida las condiciones reales del lazo e inspeccione el circuito completo. Corrija una carga ausente o un trayecto de señal inadecuado solo después de identificarlo, con el proceso en el estado autorizado para cualquier interrupción.

El límite de carga que no debe ignorar

La resistencia no es inocua. Cada resistencia de 250 ohmios produce una caída de tensión igual a la corriente del lazo multiplicada por la resistencia: unos 1 V a 4 mA, que aumentan hasta 5 V a 20 mA. Calcule el peor caso con la corriente máxima de salida o de fallo configurada, no solo con 20 mA. El transmisor necesita su tensión mínima en bornes, normalmente 10.5–12 V para un transmisor HART de 4–20 mA, y la fuente debe cubrir el transmisor, la resistencia y la resistencia del cable. En un lazo largo con una fuente de 24 V de margen escaso, añadir una resistencia de 250 ohmios en un punto inadecuado puede dejar al transmisor por debajo de su mínimo y detener todo el lazo.

Compruebe el cálculo antes de añadir resistencia: tensión de alimentación menos (tensión mínima del transmisor más caída en el cable más caída en la resistencia) debe seguir siendo positiva y conservar margen.

Preguntas de los técnicos

P1. ¿Necesito la resistencia si utilizo un módem Bluetooth o USB?

El método de conexión no cambia la impedancia que requiere el lazo. Compruebe si esa herramienta concreta proporciona una carga en el modo seleccionado; no suponga que la mayoría de los módems USB o Bluetooth la incorporan.

P2. ¿Puedo utilizar un valor distinto de 250 ohmios?

A veces. El intervalo utilizable está limitado por el requisito de impedancia HART del instrumento, la capacitancia del cable, los equipos asociados y la tensión de alimentación restante. Respete los límites documentados en lugar de suponer que cualquier valor de 230–600 ohmios sirve en todos los lazos.

P3. ¿Por qué funciona mi comunicador en un canal y no en el siguiente?

Compare la carga de entrada, el trayecto HART por aisladores y filtros, el cableado, el margen de alimentación, la dirección del dispositivo y la configuración de la herramienta. Una entrada sin HART puede admitir un comunicador local en un lazo adecuado; se necesita una tarjeta compatible con HART cuando el propio controlador deba intercambiar datos HART.

P4. ¿Qué hago si el lazo no tiene resistencia y no puedo interrumpir el cable?

Compruebe primero si ya existe una carga adecuada y un punto de conexión autorizado. Un comunicador sencillo en paralelo no puede crear una carga en serie ausente sin una disposición de conexión que lo permita. Programe un cambio controlado o utilice, si existe, el modo sin interrupción autorizado por el fabricante de la herramienta.

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Referencias técnicas

• Referencia de bornes HART y cableado del lazo