Com evolução das tecnologias e novos padões utilizados na instrumentação e automação assim como na robótica, muitos dos problemas que tinhamos com problemas de loop de terra não está sendo tão comum quanto os que ocorriam no inicio da instrumentação eletronica. Atualmente podemos afirmar que os sinais de transmissão quase que em sua totalidade são sinais em corrente ou em um protocolo específico de rede. Embora ainda a grande maioria das plantas industriais continuam a utilizar os sinais analógicos em 4-20 mA .
A vantagem da utilização do sinal de 4-20mA sobre os demais é a facilidade e confiabilidade além da economia nas instalações em relação a cabração desses instrumentos além de melhor imunidade a interferências.
O transmissor de tensão exigirá principalmente uma conexão de 4 fios,porém, um transmissor de corrente pode ser configurado com apenas 2 fios conectados. Os transmissores atuais são menos propensos a interferência eletromagnética.
Os transmissores que utilizavam tensão como sinal para transmissão, enfrentavão grandes desafios para transmissão do sinal em longas distâncias, nestas instalações como sabemos as resistências dos fios aumentam com a distância, o que causa uma queda de tensão maior, havendo a necessidade de instalar reforçadores de sinal e adaptadores para ajustar a impedância, o que na grande maioria dos casos geram problemas para os transmissores (principalmente em transmissores de pressão sendo utilizados para medição de vazão em placa de orifício, onde exige grande precisão e repetibilidade no sinal de transmissão).
Como a corrente flui em um circuito analógico?
Agora, vamos entender primeiro como a corrente flui em um loop de corrente considerando que esse circuito é baseado na lei de Ohm.
Na imagem abaixo, temos um circuito composto por uma fonte de alimentação e duas cargas (R1 e R2).
A fonte de alimentação fornecerá a tensão necessária para conduzir a corrente no loop. A corrente ao passar através da cargas, causa uma queda de tensão proporcional a resistência de cada uma das cargas.
No entanto, a corrente permanece a mesma em todo o circuito. Se você se lembra, de acordo com a lei de Ohm, V=I*R.
Loop do Transmissor
Agora, vamos considerar a segunda imagem abaixo. O sensor consiste em um transdutor e um transmissor.
O sensor (transdutor) fornece o sinal da variávem de processo e o transmissor o converte em um sinal elétrico.
Uma fonte de energia é usada para produzir o sinal elétrico necessário e conduzir a corrente no circuito.
O loop nada mais é do que a fiação que transporta o sinal do transmissor para o receptor e depois de volta para ele.
Fios Blindados
Fios blindados são usados principalmente para loops analógicos. O lado da blindagem do fio é conectado ao terra para evitar ruídos e vazamentos.
E também proteja os terminais do equipamento (sensor aqui) contra danos. Isso pode ser entendido consultando a imagem abaixo.
Circuito de terra
Então, o que é um loop de terra? Um loop de terra ocorre quando há mais de um caminho de conexão de terra entre dois dispositivos. O potencial da Terra não é o mesmo em todos os pontos de todo o sistema.
Devido a algumas restrições de projeto e corrente de carga variável em cada caminho, o potencial de terra também variará no loop.
Por exemplo, se você vir a imagem abaixo, se o potencial de aterramento em ambos os pontos for diferente, uma corrente de loop do tipo antena fluirá entre os dois pontos de aterramento.
Devido a isso, a corrente de fuga interromperá a corrente de condução adequada e causará interrupções no caminho.
Causas do Loop de Terra
As causas mais comuns de loop de aterramento são: –
- Mais de uma conexão de aterramento para um único loop
- Conectando vários dispositivos a um único aterramento. Devido a brechas, a corrente de um dispositivo pode interromper a corrente de outros dispositivos; causando flutuações de sinal.
- Dispositivos com alta impedância e conectados a uma distância maior da fonte de alimentação.
Isso simplesmente indica que o problema ocorrerá se não houver isolamento adequado entre um dispositivo para o terra ou um dispositivo para outro.
Devido a isso, a referência de terra do sistema não se torna mais estável e, em termos opostos, o sistema de aterramento que usamos para proteção, por sua vez, se tornará um incômodo agora.
Pode ser assim; você está fornecendo 16 mA da saída analógica do PLC , mas o dispositivo de campo está funcionando a 12 mA.
Como evitar loops de aterramento?
Portanto, existem muitas maneiras de evitar um loop de terra em um circuito.
Consulte as recomendações abaixo para isso:
Conforme discutido anteriormente, sempre conecte um único aterramento a um loop. Não conecte vários fios de aterramento a um único loop. (Abaixo da imagem do lado esquerdo)
Considere a imagem abaixo. Se o módulo PLC ou qualquer outro controlador tiver vários pinos de aterramento para as entradas correspondentes, essa é a melhor solução para essa solução.
Mas se houver apenas um único pino de aterramento comum para várias entradas, isso poderá causar problemas ou formação de loop de aterramento.
Atualmente, a maioria dos controladores já sabendo desse problema fornecem os modulos com terra independente por canal isso é mesma quantidade de número de pinos de aterramento para número de entradas. (Abaixo da imagem do lado direito)
Os cabos utilizados na instrumentação devem utilizar cabos de par trançado para reduzir a interferência, pois funciona na teoria do cancelamento. Cada torção atua como uma pequena antena de loop, mas após a próxima torção, o loop é invertido. Devido a isso, a interferência do segundo loop é cancelada pela interferência do primeiro loop.
Use isolamento entre um dispositivo e o controlador. O loop pode ser isolado conectando um isolador no circuito entre o sensor e o controlador ou usando um pino de canal isolado no lado do controlador.
O isolamento nada mais é do que a separação física e elétrica de dois circuitos, de modo que não haja um caminho condutor direto. Mas dados e energia ainda fluirão entre si.
O isolamento filtra apenas o sinal analógico adequado para o canal do controlador e remove os picos e distúrbios apenas em seu lado de entrada.