Comunicador HART e resistência de 250 ohms: por que a malha precisa dela

Comunicador HART e resistência de 250 ohms: por que a malha precisa dela

Quase toda dúvida de um técnico de campo sobre HART acaba na mesma resistência: por que preciso de uma resistência de 250 ohms, onde ela fica e o que acontece se não a instalar? A resposta tem uma razão física: a forma como o HART codifica o sinal digital sobre o sinal analógico da malha de 4–20 mA.

Como o HART transmite dados numa malha de 4–20 mA

O HART utiliza um sinal por chaveamento de frequência (FSK). Sobrepõe à corrente contínua da malha (DC) uma onda senoidal de ±0.5 mA, com duas frequências: 1200 Hz para o valor lógico "1" e 2200 Hz para o valor lógico "0". Como o sinal é uma corrente alternada (AC) sobreposta à corrente DC, a corrente média da malha mantém o valor de processo de 4–20 mA: o PLC recebe a mesma variável de processo enquanto o comunicador recebe os dados digitais.

Para converter essa pequena corrente AC numa tensão AC legível, a malha precisa de alguma resistência. A corrente que atravessa uma resistência produz uma tensão, e o comunicador lê essa tensão. Sem resistência na malha, a tensão AC que transporta os dados HART aproxima-se de zero, e o comunicador recebe ruído em vez de dados.

A regra dos 250 ohms, explicada com rigor

Uma carga de 250 ohms em série é uma solução comum nas ligações HART. A impedância AC necessária e a carga máxima são definidas nos manuais do transmissor, do comunicador e dos equipamentos associados; alguns dispositivos especificam um mínimo de 230 ohms e outros de 250 ohms. Com um sinal ideal de ±0.5 mA, 250 ohms produzem aproximadamente ±125 mV. Essa resistência também consome margem de tensão DC; acrescentá-la tem um custo no orçamento de tensão.

Onde instalar a resistência

Uma carga externa convencional é instalada em série na malha de corrente. O comunicador liga-se em paralelo nos pontos de comunicação aprovados, normalmente aos terminais do transmissor ou a uma carga adequada. Não é inserido em série como um amperímetro. Siga o esquema da malha e o manual da ferramenta, incluindo as restrições aplicáveis a áreas perigosas.

No lado do transmissor. Se já houver carga suficiente entre o ponto de ligação e a fonte, normalmente é possível ligar o comunicador aos terminais aprovados do transmissor. Não interrompa uma malha em funcionamento apenas para acrescentar uma segunda resistência. Qualquer alteração necessária nas ligações exige o procedimento de trabalho controlado da instalação.

No lado dos bornes de interligação do DCS/PLC. Verifique a impedância real de entrada da placa e se as barreiras, os isoladores ou os filtros deixam passar o HART. Uma carga de entrada adequada já existente pode satisfazer o requisito. Utilize os pontos de comunicação previstos, em vez de pressupor que qualquer entrada analógica é transparente ao HART.

Carga integrada no comunicador. Algumas ferramentas dispõem de uma carga comutável ou de alimentação da malha em modos de ligação específicos. Outras são apenas modems ligados em paralelo e não fornecem resistência em série. Utilize o esquema de ligação da ferramenta; ligar um modem comum aos terminais de um transmissor não insere automaticamente uma resistência na malha.

Por que funciona no painel, mas não no campo

Se o HART funciona no painel, mas não no campo, a carga em série comum não desapareceu só porque o comunicador mudou de lugar. Verifique os terminais aprovados, as barreiras ou os isoladores, os caminhos de desvio AC, a capacitância dos cabos, o ruído, a polaridade quando aplicável e as definições da ferramenta. Não pressuponha que cada extremidade física precisa da sua própria resistência de 250 ohms.

Antes de acrescentar resistência, meça as condições reais da malha e inspecione todo o circuito. Só corrija a falta de carga ou um percurso de sinal inadequado depois de identificar o problema, com o processo na condição aprovada para qualquer interrupção.

O limite de carga que não pode ignorar

A resistência tem um custo elétrico. Cada resistência de 250 ohms provoca uma queda de tensão igual à corrente da malha multiplicada pela resistência: cerca de 1 V a 4 mA, chegando a 5 V a 20 mA. Calcule o pior caso à corrente máxima de saída ou de falha configurada, e não apenas a 20 mA. O transmissor precisa da sua tensão mínima nos terminais, tipicamente 10.5–12 V num transmissor HART de 4–20 mA, e a fonte tem de alimentar o transmissor e cobrir as quedas na resistência e nos cabos. Numa malha longa com uma fonte de 24 V com pouca margem, acrescentar uma resistência de 250 ohms num ponto inadequado pode reduzir a tensão do transmissor abaixo do mínimo e interromper toda a malha.

Verifique as contas antes de acrescentar resistência: a tensão de alimentação menos a soma da tensão mínima do transmissor, da queda nos cabos e da queda na resistência tem de permanecer positiva, com margem.

Perguntas dos técnicos

P1. Preciso da resistência se utilizar um modem Bluetooth ou USB?

O método de ligação não altera o requisito de impedância da malha. Verifique se esse modelo específico de ferramenta fornece uma carga no modo selecionado; não pressuponha que a maioria dos modems USB ou Bluetooth a inclui.

P2. Posso utilizar um valor diferente de 250 ohms?

Por vezes. A gama utilizável é limitada pelo requisito de impedância HART do instrumento, pela capacitância dos cabos, pelos equipamentos associados e pela tensão de alimentação disponível. Utilize os limites documentados, em vez de pressupor que qualquer valor entre 230–600 ohms funciona em todas as malhas.

P3. Por que o comunicador funciona num canal, mas não no seguinte?

Compare a carga de entrada, o percurso HART através de isoladores e filtros, as ligações, a margem de alimentação, o endereço do dispositivo e a configuração da ferramenta. Uma entrada sem HART pode permitir um comunicador local numa malha adequada; é necessária uma placa com HART quando o próprio controlador tem de trocar dados HART.

P4. E se a malha não tiver resistência e eu não puder interromper o fio?

Primeiro verifique se existe uma carga adequada e um ponto de ligação aprovado. Um comunicador simples em paralelo não consegue criar a carga em série em falta sem uma configuração de ligação compatível. Programe uma alteração controlada ou utilize o modo sem interrupção aprovado pelo fabricante da ferramenta, se disponível.

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Referências técnicas

• Referência de terminais HART e ligações da malha