Domaines d’application
- Automatisation industrielle : Le connecteur Didactum 4–20 mA est idéal pour la surveillance des processus utilisant des capteurs de courant, par exemple dans les lignes de production automatisées ou les machines industrielles.
- Surveillance environnementale : Il peut être utilisé dans des systèmes de mesure environnementale reposant sur des capteurs à courant pour enregistrer des paramètres tels que la température, l’humidité ou la pression.
- Systèmes de gestion technique des bâtiments (GTB/BMS) : Le convertisseur peut être intégré dans les systèmes GTB pour surveiller et contrôler les installations critiques telles que le chauffage, la ventilation et la climatisation (CVC).
- Réservoirs diesel d’urgence : Surveillance des capteurs de niveau de diesel avec sortie en courant.
Exemples d'utilisation :
Le connecteur Didactum 4–20 mA pour la mesure du niveau d’eau est surveillé par l’unité de supervision Didactum.
Les données du capteur sont transmises via des SNMP‑Traps au centre de supervision du réseau.
L’unité de surveillance dispose de circuits logiques intégrés qui envoient des notifications par e‑mail et SMS en cas d’urgence.
Surveillance du niveau de gazole dans le réservoir
L’unité de supervision Didactum peut surveiller simultanément plusieurs connecteurs Didactum 4–20 mA en lisant en continu les valeurs des boucles de courant.
Ces valeurs sont intégrées dans le système de supervision Didactum, qui fournit des données en temps réel et déclenche des alarmes en cas de dépassement des seuils définis.
Par exemple, la pression dans des installations industrielles ou des conduites peut ainsi être surveillée avec précision, permettant de réagir rapidement à toute variation ou problème potentiel.
Guide d’installation (matériel)
Connexion de capteurs et convertisseurs deux fils avec alimentation de signal 4–20 mA
- Affectation du signal 4–20 mA
Le signal de courant continu standard 4–20 mA est couramment utilisé dans les instruments de mesure et l’automatisation industrielle :
- Pour l’interfaçage avec les capteurs et convertisseurs destinés aux mesures de paramètres
- Pour la transmission d’informations entre appareils
Le signal analogique est représenté par un courant continu compris entre 4 et 20 mA, où 4 mA correspond au niveau minimal et 20 mA au niveau maximal du signal. - Avantages du signal 4–20 mA
Le signal de boucle de courant 4–20 mA présente plusieurs avantages :
- Connexion deux fils
- Possibilité de surveillance des courts‑circuits et des ruptures de ligne. Le « zéro » de la boucle 4–20 mA correspond au « zéro » de l’appareil, permettant ainsi une détection fiable des défauts tels que court‑circuit, coupure ou déconnexion.
- Haute immunité aux interférences : la boucle 4–20 mA a une faible impédance et est donc moins sensible aux perturbations que les signaux de tension. - Schémas de connexion des capteurs et convertisseurs deux fils
Le circuit à deux fils est le plus simple et le plus fiable pour le fonctionnement du capteur (convertisseur).
Le capteur (convertisseur) est insensible aux inversions de polarité de l’alimentation, protégé contre les courts‑circuits et moins sujet aux interférences (notamment avec une faible résistance de charge). La connexion deux fils facilite également la mise en œuvre de mesures visant à réduire les interférences électromagnétiques (industrielles ou radioélectriques).
3.1 Connexion du capteur à un capteur ou transmetteur 4–20 mA avec alimentation intégrée
L’image de droite montre un capteur utilisant une alimentation de 24 V.
- R420 – Résistance du connecteur Didactum 4–20 mA (charge), mesurée en ohms.
- Rline1 et Rline2 – Résistance des conducteurs du câble de connexion, mesurée en ohms.
- Vpower – Tension de l’alimentation du capteur, mesurée en volts.
- Les flèches indiquent la direction du courant dans le circuit de 4–20 mA.
- Rballast – Résistance de ballast (optionnelle), mesurée en ohms, utilisée pour limiter la puissance absorbée par le capteur.
- AO – Sortie analogique.
- AI – Entrée analogique.
3.2 Connexion du capteur à un capteur ou transmetteur 4–20 mA sans alimentation intégrée
Si le capteur ou transmetteur 4–20 mA ne possède pas d’alimentation intégrée, ou si la puissance disponible est insuffisante pour son fonctionnement, utilisez une source d’alimentation externe. L’entrée analogique 4–20 mA AIine2– est passive.
L’image de droite montre un capteur nécessitant une alimentation de 24 V.
- R420 – Résistance du connecteur Didactum 4–20 mA (charge), mesurée en ohms.
- Rline1 et Rline2 – Résistance des conducteurs du câble de connexion, mesurée en ohms.
- Vpower – Tension de la source d’alimentation du capteur, mesurée en volts.
- Les flèches indiquent la direction du courant dans le circuit de 4–20 mA.
- AO – Sortie analogique.
- AI – Entrée analogique.
3.3 Connexion de plusieurs capteurs ou transmetteurs 4–20 mA au convertisseur
Le schéma de connexion pour plusieurs capteurs utilisant une seule alimentation est illustré à droite.
Les entrées analogiques du convertisseur AIine1 à AIine3 sont passives. L’alimentation (UDP) doit fournir le courant nécessaire à l’alimentation de tous les capteurs (convertisseurs).
Exemple :
Le courant maximal d’un capteur est de 24 mA, donc l’alimentation pour trois capteurs doit fournir au moins 72 mA.
L’image de droite présente le schéma de raccordement de plusieurs capteurs à un convertisseur avec une seule source d’alimentation.
Pour éviter toute erreur causée par la somme des courants de sortie des capteurs, la connexion des charges doit se faire en un seul point. Pour limiter les interactions avec les lignes d’alimentation, il est recommandé de raccorder les câbles d’alimentation des capteurs directement à la borne positive de l’alimentation. Le câble reliant la borne négative de l’alimentation au point commun du système doit être aussi court que possible.
3.4 Calcul de l’alimentation électrique
La tension minimale requise pour l’alimentation (Vpower min) se calcule selon la formule suivante :
Vpower min = Usens min + U420 min + (R420 + Rline) × Imax / 1000
Où :
- Vpower min : Tension minimale d’alimentation en volts
- Usens min : Tension minimale du capteur selon sa documentation
- U420 min : Tension minimale du convertisseur VT420 (5 V)
- R420 : Résistance du VT420 (24,95 ohms)
- Rline : Résistance des câbles en ohms
- Imax : Courant maximal (24 mA)
Exemple de calcul avec un câble CAT5e de 100 m (Rline = 2 × 10 ohms) et une tension minimale du capteur de 8 V :
Vpower min = 8 V + 5 V + (24,95 Ω + 20 Ω) × 24 mA / 1000 = 8 + 5 + 44,95 × 0,024 = 14 V
Ce calcul garantit que l’alimentation fournit une tension suffisante pour alimenter correctement le capteur et le convertisseur. Il prend en compte les pertes dues à la résistance du câble, tout en combinant les exigences des deux appareils. Une tension inférieure au résultat obtenu peut entraîner des erreurs de mesure ou la perte d’alimentation du capteur.
Recommandation :
Utilisez cette formule pour dimensionner l’alimentation électrique en tenant compte de la longueur des câbles et des besoins du capteur, afin d’assurer des mesures stables et fiables.
3.5 Puissance maximale consommée par le capteur
La puissance maximale consommée par le capteur (Psens max) se calcule selon la formule suivante :
Psens max = Imax × [Upower - U420 min - Imax × (R420 + Rline) / 1000] / 1000
Exemple de calcul avec une alimentation de 19 V :
Psens max = 24 mA × [19 V - 5 V - 24 mA × (24,95 Ω + 20 Ω) / 1000] / 1000 = 0,31 W
La puissance calculée ne doit pas dépasser la valeur maximale indiquée dans le manuel du capteur. Cela est essentiel pour éviter toute surcharge ou tout dommage sur l’appareil.
Ce calcul permet d’assurer un dimensionnement correct de l’alimentation, garantissant ainsi que le capteur fonctionne dans ses limites de puissance spécifiées. Une puissance excessive peut indiquer un câblage incorrect ou une tension d’alimentation inadaptée, situations qu’il convient d’éviter.
4. Recommandations pour le choix et le raccordement d’un câble
Pour le raccordement de capteurs et de convertisseurs avec sortie 4–20 mA, il est recommandé d’utiliser un câble à paires torsadées blindé avec une section minimale de 0,5 mm² (multifil). Le blindage du câble doit être raccordé à la mise à la terre de protection (PE) afin de minimiser les interférences électriques et le bruit de signal.
Si le convertisseur est installé dans un boîtier métallique, le blindage doit être relié à la masse de ce boîtier pour assurer une décharge efficace des perturbations électromagnétiques.
L’utilisation de conducteurs en cuivre de 16 à 22 AWG (0,205 mm à 0,823 mm de diamètre) est recommandée. La longueur du câble doit être aussi courte que possible pour réduire les pertes de tension dues à la résistance des fils. Il est également important de ne raccorder la mise à la terre du blindage qu’à une seule extrémité afin d’éviter les courants de boucle.
Ces mesures garantissent une transmission de signal stable et évitent les erreurs de mesure dues aux interférences ou à un blindage insuffisant. Le respect de ces recommandations est particulièrement crucial pour les longues distances de câble et dans les environnements soumis à un fort rayonnement électromagnétique.
5. Recommandations pour le choix d’une source d’alimentation
Si le convertisseur permet de regrouper les mêmes pôles des entrées analogiques, une alimentation multicanal n’est pas nécessaire. Cela simplifie l’installation et réduit les coûts.
L’avantage des alimentations multicanaux réside dans le fait qu’elles offrent généralement un courant de court‑circuit faible. En cas de court‑circuit accidentel sur la ligne, cela protège l’entrée analogique contre tout dommage.
Le principal objectif des alimentations multicanaux est d’isoler galvaniquement tous les circuits de signal sans engendrer de coûts élevés. Cet isolement galvanique prévient les différences de potentiel et les interférences susceptibles de provoquer des erreurs de mesure ou des dommages aux appareils.
Pour une alimentation fiable des capteurs 4–20 mA, il est recommandé de dimensionner la source d’alimentation de manière à fournir une tension et un courant suffisants, en tenant compte du nombre de capteurs et de la longueur des câbles. La tension typique pour les boucles de 4–20 mA est de 24 V, ce qui offre en général une marge suffisante pour compenser les pertes de tension.
Résumé :
- Pour des entrées analogiques combinées, une alimentation simple est suffisante.
- Les alimentations multicanaux offrent une protection contre les courts‑circuits et permettent une isolation galvanique.
- La source d’alimentation doit fournir une tension et un courant suffisants pour tous les capteurs.
- 24 V est une valeur courante pour l’alimentation des boucles 4–20 mA.
Configuration du système de surveillance :
Paramètres du capteur dans le système de supervision Didactum
Une fois que le connecteur Didactum 4–20 mA a été correctement raccordé au capteur conformément aux instructions ci-dessus et relié au système de supervision Didactum, le capteur apparaît automatiquement dans l’interface utilisateur. Vous le trouverez dans l’arborescence du système sous Interface > System Tree.
Le capteur est d’abord affiché sous la désignation « fA ». Pour effectuer des réglages, cliquez sur le capteur. La fenêtre de configuration affiche les paramètres suivants :
- Nom : Attribué automatiquement, mais modifiable librement (par exemple : « Capteur de pression »).
- ID : Identifiant système de l’élément capteur.
- Type : Affiché comme « fcurrent » (fonction de courant) pour les convertisseurs 4–20 mA.
- Type personnalisé : Sélection d’un symbole ou d’une icône pour une identification visuelle facilitée (par exemple : température, tension, humidité).
- Classe : Analogique.
- Port matériel : Indique le nom de la connexion physique sur l’appareil.
- État actuel : Affiche Normal, Avertissement ou Alarme.
- Valeur actuelle : Valeur mesurée du capteur transmise par le convertisseur.
- Champs supplémentaires : Contient la formule linéaire utilisée pour convertir le courant du capteur en valeur de mesure.
- Niveaux d’alarme : Définition des seuils (alarme basse, avertissement bas, avertissement haut, alarme haute) pour la notification et les actions automatiques.
- Expression : Permet d’ajuster la formule linéaire de conversion du signal du capteur.
Ces options de configuration permettent un ajustement précis et une supervision efficace du capteur dans le système Didactum, y compris la gestion des alarmes, l’affichage des valeurs et le choix d’icônes pour une représentation claire.
Paramètres supplémentaires dans le système de supervision Didactum
Lorsque vous cliquez sur le capteur dans le système de supervision Didactum, vous voyez les paramètres suivants :
- Nom
Le nom est attribué automatiquement par le système, mais vous pouvez le modifier à votre convenance, par exemple « Pressure » pour un capteur de pression connecté. - ID
Identifiant système de l'élément. - Type
Le connecteur Didactum 4–20 mA est affiché comme capteur fcurrent (Function of current). - Type personnalisé
Vous pouvez sélectionner une icône pour le capteur, utilisée uniquement pour l'identification visuelle. Les symboles disponibles incluent : aucun, courant, facteur, fréquence, humidité, puissance, température, vibration, tension. - Classe
Analogique. - Port matériel
Nom de la connexion physique sur l'appareil (lecture seule). - État actuel
États possibles : Alarme, Avertissement, Normal. - Valeur actuelle
La valeur actuelle du capteur fournie par le convertisseur. - Champs supplémentaires
Affiche la formule linéaire pour calculer la valeur du capteur à partir du signal de courant. - Niveaux d'alarme
Seuils pour alarme basse, avertissement bas, avertissement haut, alarme haute ; ces valeurs peuvent être utilisées pour les notifications et les actions dans les circuits logiques. - Expression
La formule linéaire de conversion du signal du capteur peut être ajustée ici.
Cette configuration conviviale vous aide à surveiller précisément les valeurs des capteurs et à gérer efficacement les alarmes.
Exemple de détermination de la formule d’expression à partir du capteur de pression PD‑39 X Low Pressure
Le connecteur Didactum 4–20 mA fonctionne uniquement avec des capteurs utilisant des fonctions linéaires dans le circuit de courant 4–20 mA.
Comme exemple, nous utilisons le capteur de pression « PD‑39 X Low Pressure », disponible en versions standards 3, 10 et 25 bar. Prenons le modèle avec une plage de mesure de 0 à 25 bar.
La courbe caractéristique du capteur est définie par les points du domaine 4–20 mA :
- A(xA, yA) = A(0, 4 mA)
- B(xB, yB) = B(25, 20 mA)
Pour déterminer l’équation de la droite passant par les points A et B, on utilise :
\[ y - y_A = \frac{y_B - y_A}{x_B - x_A} \times (x - x_A) \]
En remplaçant les valeurs :
\[ y - 4 = \frac{20 - 4}{25 - 0} \times (x - 0) \Rightarrow y = 0,64x + 4 \]
Cette équation décrit la relation entre la pression (x en bar) et le courant (y en mA).
Ajustement fin avec le champ « Expression » dans le système
Supposons que vous souhaitiez utiliser une expression pour convertir la valeur de courant en pression : y = 2 * (x - 4).
Procédez comme suit :
- Nommez le capteur, par exemple : « Pressure ».
- Sélectionnez l’icône « current » pour le type personnalisé.
- Entrez la formule
2 * (x - 4)dans le champ « Expression ». - Enregistrez les modifications.
Ce paramétrage permet la conversion précise du signal de courant du capteur dans le système de supervision Didactum, assurant ainsi un affichage exact de la valeur mesurée.
Modifications dans le « System Tree » après la configuration du capteur
Après avoir modifié et enregistré les paramètres du capteur dans le système de supervision Didactum, vous observez les changements visibles suivants dans le System Tree :
- Nom modifié : Le nouveau nom, par exemple « Pressure », s’affiche au lieu du nom attribué automatiquement.
- Symbole modifié : L’icône personnalisée choisie, par exemple « current », est affichée comme symbole dans l’arborescence du système.
- Valeur calculée : La valeur du capteur n’est plus affichée brute, mais calculée selon la formule définie dans « Expression » (par exemple, conversion des signaux 4–20 mA en grandeurs physiques).
Ces modifications améliorent la clarté du système et offrent un affichage précis et adapté aux fonctions du capteur, facilitant l’identification et l’interprétation correcte des différents capteurs.