Autor Tema: [APORTE] Generador de 4-20mA con PIC12F675  (Leído 6794 veces)

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Desconectado gera

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[APORTE] Generador de 4-20mA con PIC12F675
« en: 05 de Junio de 2016, 21:38:29 »
Hola amigos!! Cómo están? Hace mil años que no pasaba por acá. La verdad que el trabajo me está absorbiendo. La buena noticia es que estoy trabajando de lo que me apasiona: automatización y control ;)

Recientemente estuvimos necesitando un generador de 4-20mA para hacer pruebas. Si buscan en internet, verán que los comerciales son carísimos!!! y la verdad que es una estupidez, así que me dispuse a diseñar uno y quisiera compartirlo con ustedes.


* esquema 4-20ma.png
(58.39 kB, 3087x2127 - visto 5129 veces)


Les explico brevemente cómo funciona, es muy sencillo:

1- Parte analógica:
El AmpOp IC4B sensa la corriente del lazo indirectamente, midiendo la caída de voltaje en la resistencia R_SENSE. Esta tensión entra por la pata inversora, o sea que el AmpOp tratará de igualar dicha tensión a la tensión de referencia V_REF que entra por la no inversora, controlando la corriente del lazo a través del transistor NPN que hay en su salida.
En definitiva, quien determinará la corriente del lazo, es la tensión de referencia V_REF. Por lo tanto, si queremos generar una corriente I, por ley de ohm, debemos aplicar una tensión V tal que:
V=I*R
para 4mA: V_REF = 0.004*220 = 0.88V
para 20mA: V_REF = 0.02*220 = 4,4V

nota: si elegimos R=250ohm, entonces la tensión irá de 1V a 5V, pero dado que el PIC funciona con 5V, no podremos generar una corriente mayor a 20mA, y a veces esto es necesario para simular una falla del instrumento.

2- Parte digital:
Habiendo comprendido esto, sólo nos falta una manera de generar la tensión V_REF. Esto lo logramos a través de una señal PWM y un integrador, lo que conformaría un DAC (conversor digital/analógico). Esta señal entra al segundo AmpOp del LM358 que hace las veces de buffer o separador.

Listo! El resto es sólo software. Un botón para ir barriendo distintos valores de corriente (4, 8, 12, 16 y 20mA) y unos LEDs indicadores. El PWM lo generamos por software utilizando el famoso método del timer:

Código: C
  1. #INT_TIMER1
  2. void timer1_isr(){
  3.    if(counter==duty)
  4.          output_low(OUTPUT);
  5.    
  6.    if(++counter>=99){  //100*T_timer = periodo del PWM
  7.       counter=0;
  8.       output_high(OUTPUT);
  9.    }
  10.    
  11.    set_timer1(TIMER1_PRELOAD);
  12. }

El resto del código se los dejo de tarea :wink:
Un comentario. El PIC no es necesario, la  V_REF la pueden generar con cualquier cosa: una selectora con una serie de resistencias, un potenciómetro, un regulador, etc... Yo opté por este método porque me pareció más sencillo (es sólo un botón), y permite una calibración fina a través de 2 registros en el PIC. De lo contrario deberíamos complicar un poco más el circuito analógico para hacer una calibración del mismo.

Otra cosa. Como verán el generador tiene 3 bornes de salida. Eso es para poder utilizarlo en modo ACTIVO o modo PASIVO. Esto es, si utilizamos el borne 1 como positivo y el 2 como negativo, el generador trabaja en modo ACTIVO (él mismo provee la energía del lazo). Si utilizamos el borne 2 como positivo y el 3 como negativo, el generador trabaja en modo PASIVO (la energía proviene desde el exterior del circuito).


Espero que les sirva, saludos!!!
« Última modificación: 05 de Junio de 2016, 21:47:00 por gera »

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Re:[APORTE] Generador de 4-20mA con PIC12F675
« Respuesta #1 en: 06 de Junio de 2016, 08:49:42 »
Gracias por el aporte! Es muy fácil, práctico, sencillo y económico! Siempre pensé que esos generadores de 4 a 20 eran muy complejos. Buen trabajo!

Desconectado Fer_TACA

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Re:[APORTE] Generador de 4-20mA con PIC12F675
« Respuesta #2 en: 06 de Junio de 2016, 09:51:11 »
Hola amigos!! Cómo están? Hace mil años que no pasaba por acá. La verdad que el trabajo me está absorbiendo. La buena noticia es que estoy trabajando de lo que me apasiona: automatización y control ;)

Recientemente estuvimos necesitando un generador de 4-20mA para hacer pruebas. Si buscan en internet, verán que los comerciales son carísimos!!! y la verdad que es una estupidez, así que me dispuse a diseñar uno y quisiera compartirlo con ustedes.

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Espero que les sirva, saludos!!!
me permites una pregunta:
¿Que tipo de transistor se puede utilizar?
¿Que precision de corriente de salida se obtiene dependiendo de la PWM utilizada?
Muchas gracias

Desconectado gera

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Re:[APORTE] Generador de 4-20mA con PIC12F675
« Respuesta #3 en: 06 de Junio de 2016, 21:05:07 »
me permites una pregunta:
¿Que tipo de transistor se puede utilizar?
¿Que precision de corriente de salida se obtiene dependiendo de la PWM utilizada?
Muchas gracias


Hola Fer!! Me olvidé de ponerlo en el esquema. El transistor que uso es un BC368.

He logrado una precisión al décimo haciendo un ajuste fino del PWM para cada valor de corriente (error=0.05mA).
La resolución del PWM es de 100 (puede tomar valores de 0 a 99). Al ser un PWM por software, hay un compromiso entre resolución y frecuencia. Y necesitaba que la frecuencia fuera relativamente alta para mejorar la respuesta del filtro LPF. Así que sacrifiqué un poquito de resolución.

Por otro lado les comento que ya le hice el bautismo de fuego. Lo usé en el campo para probar lazos de varios metros de cable (100m en algunos casos) y anduvo de 10!! También lo había probado en casa con un potenciómetro a modo de carga, y me sorprendió lo rápido que se estabiliza. Por más que movía el potenciómetro bruscamente, la corriente se mantenía fija.

Gracias por el aporte! Es muy fácil, práctico, sencillo y económico! Siempre pensé que esos generadores de 4 a 20 eran muy complejos. Buen trabajo!

Muchas gracias!!!  :)

Les dejo una foto del aparatito:


saludos!

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Re:[APORTE] Generador de 4-20mA con PIC12F675
« Respuesta #4 en: 06 de Junio de 2016, 21:38:10 »
 ((:-)) ((:-)) ((:-)) ((:-)) ((:-))
A un microcontrolador hay que sacarle hasta el ultimo byte....(YO)

Cómo puede ser que un pic24EP512 me quede corto de memoria, señores de MICROCHIP saquen pics con más memoria flash

Más de 45 mil lineas de codigo y aun no termino el equipo, asu mare!!

S34ML08G1TFI200 no necesito mas memoria externa.

Desconectado Nocturno

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Re:[APORTE] Generador de 4-20mA con PIC12F675
« Respuesta #5 en: 07 de Junio de 2016, 02:43:12 »
Hola Gera, ¿para qué se utiliza ese generador?, ¿dices que lo probaste con lazos de cable largos?
Un saludo desde Sevilla, España.
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Re:[APORTE] Generador de 4-20mA con PIC12F675
« Respuesta #6 en: 07 de Junio de 2016, 06:14:28 »
Gracias Gera,

De todas formas para aquellos que necesiten mas precision y no les importe el coste, usando el integrado XTR110 les va a ir muy bien.

Desconectado AcoranTf

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Re:[APORTE] Generador de 4-20mA con PIC12F675
« Respuesta #7 en: 07 de Junio de 2016, 06:52:21 »
Hola Gera, ¿para qué se utiliza ese generador?, ¿dices que lo probaste con lazos de cable largos?

Hola Nocturno, a la espera de la respuesta de gera, te adelanto algo:
El protocolo 4-20 mA se utiliza en sistemas de medida y control industrial. Con ello se evitan las caidas de tension en lineas largas, asi como las interferencias por ruido. El porque de empezar en 4 mA y no en 0, es muy simple, asi se consigue aun mas seguridad, ya que si se utilizase desde 0 mA y la linea se corta o interrumpe en algun punto, la central de medida no se enteraria. De ese modo se tiene una corriente permanente y equivalente al cero de medida, que nos garantiza que la linea de medida esta en buen estado. Con este sistema se divide la escala completa del parametro a medir, entre los 16 mA disponibles entre el 0 y el 100%. En los extremos de la linea 4-20 mA se realiza una conversion de voltaje a corriente en el origen y a la inversa en el destino. Esta corriente es la que se transmite por la linea. Un ejemplo, imaginemos un voltimetro para medir los 230 Vac en un determinado punto, con una precision de 100 nA tendriamos 160 puntos de medida en la escala, (16*10) y por tanto la precision del lazo 4-20 mA seria de 1,4375 V, (230/160). Igualmente se puede utilizar este sistema para control analogico y/o proporcional, por ejemplo valvulas, velocidad de ventiladores, etc.
Finalmente el uso de este generador es comprobar y calibrar los dispositivos de medida con este protocolo, (solo los receptores, ya que para los emisores lo que se necesitaria seria precisamente un receptor y este generador es un emisor).

Saludos.
« Última modificación: 07 de Junio de 2016, 06:56:26 por AcoranTf »

Desconectado AcoranTf

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Re:[APORTE] Generador de 4-20mA con PIC12F675
« Respuesta #8 en: 07 de Junio de 2016, 07:05:38 »
Gera se me ocurre una forma de "retorcer" un poco tu proyecto.
Podriamos tratar de hacerlo completamente lineal, o sea que no vaya en saltos de 5 mA, sino con la maxima precision que admita el protocolo y de modo continuo.
Tambien se podria hacer la parte opuesta, o sea el simulador de receptor. De ese modo podriamos comprobar y calibrar tanto instrumentos de medida o control, como receptores en centrales de medida.
¿Te atreves?. Me parece un reto interesante y en la medida de mis conocimientos podria colaborar.

Saludos.

Desconectado gera

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Re:[APORTE] Generador de 4-20mA con PIC12F675
« Respuesta #9 en: 07 de Junio de 2016, 21:41:55 »
Hola Gera, ¿para qué se utiliza ese generador?, ¿dices que lo probaste con lazos de cable largos?

Hola Manuel!! Como bien te comenta AcoranTf, los lazos de 4-20mA son un estándar industrial utilizado para transmitir datos analógicos, con la ventaja de que no se ven atenuados por las largas distancias que pueden tener los cables (entre otras cosas).

Los generadores de corriente son una herramienta muy común entre los que nos dedicamos a la automatización de procesos, y sirven para simular instrumentos, probar entradas de PLCs, e incluso calibrar/contrastar.
En mi sector tenemos un generador marca Fluke con posibilidad de generar 4-20mA. El problema es que somos 2 equipos y siempre nos peleamos por él  :D Al ser tan costoso, no existe la posibilidad de tener uno por equipo. Por eso se me ocurrió hacer este.
Obviamente que el que diseñé yo no tiene certificados de fabricación/calibración/calidad, etc... Por lo tanto lo usamos solamente para pruebas rápidas. De ser necesaria una calibración o un comisionado de lazos, utilizamos el fluke (por un tema de trazabilidad más que nada).

Te cuento un caso concreto de cómo lo utilicé para hacer pruebas. En una planta queríamos probar una válvula neumática con posicionador I/P (conversor de corriente a presión para actuar la válvula) y retorno de posición. O sea, 2 lazos 4-20mA, uno de salida para comandar la válvula, y uno de entrada para confirmar la posición. La válvula estaba a unos 100m de distancia del PLC, o sea que son 200m de cable (un lazo es un cable positivo que va, y el negativo que retorna). Con mi generador enviamos comando para que actúe, y con un tester común y corriente medimos el retorno de la posición. Ese fue el bautismo de fuego :)

Gera se me ocurre una forma de "retorcer" un poco tu proyecto.
Podriamos tratar de hacerlo completamente lineal, o sea que no vaya en saltos de 5 mA, sino con la maxima precision que admita el protocolo y de modo continuo.
Tambien se podria hacer la parte opuesta, o sea el simulador de receptor. De ese modo podriamos comprobar y calibrar tanto instrumentos de medida o control, como receptores en centrales de medida.
¿Te atreves?. Me parece un reto interesante y en la medida de mis conocimientos podria colaborar.

Saludos.


Me parece muy buena tu idea! Mi idea original era mantenerlo lo más simple posible (por eso un solo botón), pero tranquilamente se podría hacer algo más robusto con un PIC más grande.
Podríamos utilizar un display de 7 segmentos o LCD para mostrar los valores, y un par de botones para ir subiendo y bajando.
Para hacer la lectura de corriente es tan fácil como colocar una resistencia y medir la caída de tensión en la misma (parecido a como hace el ampOP para tener un feedback de corriente).
También se puede mejorar bastante el circuito analógico para hacerlo menos sensible al ruido, cambios de temperatura, etc...
Y por el tema resolución, creo que lo mejor sería implementar un buen DAC, u otro método que no sea el PWM. Qué te parece?

Lamentablemente estoy muy corto de tiempo, pero me entusiasma la idea. Cuando tenga un tiempito libre veo de hacer un circuito tentativo y trabajamos sobre eso, dale? :wink:

Saludos!

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Desconectado AcoranTf

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Re:[APORTE] Generador de 4-20mA con PIC12F675
« Respuesta #10 en: 07 de Junio de 2016, 22:18:11 »
Me alegra que te parezca bien la idea y todo lo que comentas.
Yo al contrario que tu, de momento si tengo bastante tiempo  libre, ya que estoy desempleado y salvo que ayudo a un amigo en la agricultura a veces, el resto solo lo dedico a estudiar, investigar y poco mas.
Durante un tiempo, hace unos años estuve a cargo de contrastar y calibrar la instrumentacion de una central electrica en la que trabaje y aunque conocia algo del tema de 4-20 mA, nunca lo habia manejado en la practica. Pero ahi si tuve ocasion de hacerlo y aprender un poco.
En los proximos dias estudiare como podriamos hacerlo e ire poniendo lo que saque en claro para contrastarlo contigo y si alguien mas se apunta e irlo optimizando hasta ver si logramos algo que valga la pena. Y aunque tampoco este homologado, al menos para usos menos exigentes, o particulares nos servira, pero sobretodo para entretenernos un poco, estudiar el tema y aportarlo a la comunidad para quien le pueda interesar.

Saludos.

Desconectado gera

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Re:[APORTE] Generador de 4-20mA con PIC12F675
« Respuesta #11 en: 08 de Junio de 2016, 11:36:46 »
Y aunque tampoco este homologado, al menos para usos menos exigentes, o particulares nos servira, pero sobretodo para entretenernos un poco, estudiar el tema y aportarlo a la comunidad para quien le pueda interesar.

Saludos.

Totalmente de acuerdo! Ese es el espíritu!
Bueno, propongo que definamos bien los requerimientos, y a partir de estos va a ir surgiendo el hardware necesario.

La idea es hacer un instrumento que tenga las siguientes capacidades:
  • Generación de 0 a 25mA, con protección contra  (para simular falla de instrumento)
    Medición de corriente (también de 0 a 25mA, con protecciones contra polaridad inversa, sobrecorriente, sobretensión, etc)
    Display digital (ya sea de 7 segmentos, o LCD)
    Medición de voltaje (opcional)

Luego podemos ver otras características que serían más de software, como por ejemplo posibilidad de generar una rampa, o un barrido automático. Es últil a la hora de probar las alarmas y paros del sistema.

Espero comentarios, saludos!

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Re:[APORTE] Generador de 4-20mA con PIC12F675
« Respuesta #12 en: 08 de Junio de 2016, 12:20:04 »
Yo tambien ando dandole vueltas al coco y se me habian ocurrido algunas ideas. Por ejemplo:

* Aparte de lo que tu indicas, que pueda trabajar con distintos voltajes, sobretodo el mas estandard de 24 V, (5 V a 48 V).
* Dotarlo de doble lazo, (ida y vuelta), para poder comprobar dispositivos de control y su retorno.
* Que sea capaz de trabajar simultaneamente con ambos lazos, (pantalla LCD de 4 lineas o grafica)
* Que se le puedan programar escalas, (offset), para asi ver los parametros en sus unidades y proporciones reales durante la prueba o calibracion)
.
Veremos que mas cosas se nos ocurren.
He estado mirando info en internet de posibles circuitos que nos puedan servir y tengo que estudiar sus hojas tecnicas a ver que sale.

Saludos.

P.D.: Para este nuevo proyecto, ¿que te parece mejor que hagamos, cambiar el nombre a este hilo, o abrir otro dejando este como esta?.

« Última modificación: 08 de Junio de 2016, 12:25:27 por AcoranTf »

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Re:[APORTE] Generador de 4-20mA con PIC12F675
« Respuesta #13 en: 12 de Junio de 2016, 20:14:54 »
Citar
Te cuento un caso concreto de cómo lo utilicé para hacer pruebas. En una planta queríamos probar una válvula neumática con posicionador I/P (conversor de corriente a presión para actuar la válvula) y retorno de posición. O sea, 2 lazos 4-20mA, uno de salida para comandar la válvula, y uno de entrada para confirmar la posición. La válvula estaba a unos 100m de distancia del PLC, o sea que son 200m de cable

Gera,

Esa válvula de la que hablás, es de 2 estados, es decir, abierta cerrada, o tiene un rango de accion que vos le envias en funcion de esos 4 a 20mA ?

Cuando te referís al "retorno", es un encoder que tiene el cuerpo de la válvula y te lo convierte a miliamperes, o el retorno es alguna magnitud como presion/caudal etc de la línea (en miliamperes, logicamente)?

Hace unos añitos hice un curso de plc pero era demasiado básico y la verdad es que aprendí muy poco...

saludos cordiales
julian





Desconectado gera

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Re:[APORTE] Generador de 4-20mA con PIC12F675
« Respuesta #14 en: 13 de Junio de 2016, 09:37:01 »
Buenas! La válvula era neutmática moduladora (no es ON/OFF). Su funcionamiento es muy sencillo: Por un lado tiene un resorte que la empuja hacia su posición segura. Por otro lado tiene un diafragma que hace fuerza contra el resorte. Por lo tanto, con una señal de presión se puede llevar a cualquier posición.
Un conversor I/P (intensidad a presión) convierte la corriente de lazo (4-20mA) en una señal de presión, la cual actúa la válvula. Si algo falla (aire de instrumentos, energía, etc.), el diafragma se queda sin aire y el resorte lleva la válvula a su posición segura.
Acá hay un esquema de una válvula FC (fail close)

* 1343682372.jpg
(31.98 kB, 299x454 - visto 2402 veces)


Si tenés más dudas con gusto te las despejo.
Saludos!

EDIT:

Perdón, me olvidé la parte del feedback. El mismo te indica la posición real de la válvula en miliamperes (4-20mA). Usualmente funciona con un potenciómetro. Sirve para conocer la posición real de la válvula, ya que esta no siempre coincide con el comando. Esto puede deberse a alguna falla (lazo, aire) o bien a la propia histéresis de la mecánica de la válvula.

Saludos!
« Última modificación: 13 de Junio de 2016, 18:02:50 por gera »

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