Fase 7: Aisladores y Terminales de campo
En este artículo tratamos los convertidores, aisladores, terminales de campo y otros componentes del armario (índice de las fases de diseño).
7-Aisladores, terminales de campo y cables prefabricados
Convertidores, aisladores y barreras
Son varias las funciones de estos dispositivos. Se utilizan para convertir rangos de señal, para aislar eléctricamente dos circuitos, para duplicar señales, para amplificar señales, etc.
Normalmente utilizamos el término “convertidor de señal” cuando transformamos un rango en otro, por ejemplo, de 0-10 VDC a 4-20 mA.
El término “aislador” lo utilizamos cuando el objetivo principal es realizar una separación galvánica (o aislamiento eléctrico) entre los circuitos de entrada y de salida.
El término “barrera” suele referirse al aislador de seguridad intrínseca (IS) que se utiliza para cablear señales desde el cuadro de control hasta la zona con peligro de explosión.
Para el caso de señales redundantes podemos utilizar los duplicadores de señal, principalmente con señales analógicas.
En el mercado hay disponibles muchos tipos y formatos y es raro que no encontremos la solución que buscamos. Lo importante desde el punto de vista del diseño es realizar correctamente la selección en cada caso pues el impacto sobre el coste total puede ser importante, en especial en el caso de sistemas grandes. Por ejemplo, si técnicamente es aceptable será mejor utilizar barreras dobles que simples con el consiguiente ahorro de coste y de espacio en el cuadro.
Terminales de campo (bornes)
Las opciones posibles son muchas y es difícil dar reglas generales.
Normalmente el debate se centra en lo siguiente:
–Conexión por tornillo o conexión por resorte.
En la mayoría de los casos se acepta la conexión por tornillo, pero no siempre la conexión por resorte. Esta última es más adecuada cuando hay vibraciones y ahorra tiempo de cableado del armario de control.
–Terminal con fusible o sin fusible.
Este es un punto más importante de lo que parece y debe consultarse en la especificación técnica. Hay usuarios finales que tienen requerimientos claros en este sentido.
El motivo de utilizar fusibles en los terminales es porque queremos evitar que un cortocircuito u otro problema en una señal afecte a todo el módulo o cuadro de control. Por otro lado, sabemos que introducir fusibles es introducir otros elementos susceptibles de fallar.
Veamos algunas de las opciones que tenemos:
- Utilizar un borne de paso y un borne fusible en cada señal de forma individual.
- Utilizar el borne fusible por cada grupo de señales o módulo siguiendo un criterio funcional (por equipo).
- Utilizar módulos de E/S con protección electrónica incorporada.
- En el caso de las salidas digitales podemos optar por proteger cada grupo con un interruptor magnetotérmico. Esto se utiliza en ocasiones para proteger un grupo de salidas a electro válvulas.
Podremos también utilizar varias de las opciones dependiendo del tipo de señal y del tipo de módulo utilizado en cada una.
–Bornes de un piso o de doble piso.
Es más habitual utilizar bloques terminales de un único nivel. La principal ventaja está a la hora de cablear, tanto en el taller de fabricación como en campo. Cuando utilizamos doble nivel es porque buscamos ahorrar espacio aun a costa de dificultar un poco el acceso a los terminales.
–Cables con o sin punta terminal.
En general técnicamente es más adecuado utilizar puntas en los cables. Hay numerosas instalaciones que no utilizan estas puntas cuando usan bornes de resorte.
Cables prefabricados para PLCs
Es una buena opción a considerar en muchas ocasiones, en especial si buscamos reducir costes, espacio y tiempo de cableado del armario de control.
Encontrar un diseño ventajoso en base a cables prefabricados puede ser complicado si hemos realizado una distribución funcional de señales de E/S, es decir, en base a equipos o áreas de campo y por lo tanto puede haber en el mismo módulo señales con cableado diferente (por ejemplo, entradas analógicas de 2 y de 4 hilos, salidas digitales a relés intermedios con contactos libres de tensión o con tensión, entradas digitales con y sin relé intermedio, etc.).
En sistemas grandes, en especial en la industria de oil & gas, se utilizan las cabinas “marshalling” que están ubicadas entre las cajas de derivación (“junction boxes”) y el DCS. Dentro de estas cabinas se conectan los cables de campo y se realiza un cableado cruzado (“cross wiring”) con objeto de ordenar las señales según los módulos de E/S del DCS. De esta forma es posible utilizar cables prefabricados para interconectar las cabinas marshalling con los módulos del DCS. En proyectos grandes y complejos este sistema aporta muchas ventajas.
Enlace a la siguiente fase: Diseño del armario de control.