Surveiller une boucle 4–20 mA sans interrompre le signal grâce à un capteur de courant de fuite
Une solution simple pour surveiller les boucles 4–20 mA de façon non intrusive
Les boucles de courant 4–20 mA sont largement utilisées dans l'industrie pour transmettre des informations provenant de capteurs et d'instruments de mesure : pression, température, débit, niveau, position, etc.
Dans de nombreuses installations, il peut être nécessaire de surveiller le fonctionnement d'une boucle 4–20 mA existante, de récupérer son signal ou de transmettre cette information à un second système de supervision.
La difficulté est alors de ne pas perturber le fonctionnement de la boucle existante.
Une solution particulièrement intéressante consiste à utiliser un capteur de courant de fuite ouvrant, doté d'une entrée 0–20 mA DC et d'une sortie 0–20 mA DC isolée.
Cette architecture permet de réaliser une recopie isolée du signal de la boucle 4–20 mA, sans avoir à modifier ou interrompre le circuit existant.
Le principe : mesurer le courant sans ouvrir la boucle
Dans une boucle 4–20 mA classique, l'information est transmise sous forme d'un courant continu :
4 mA correspondent généralement à la valeur minimale de mesure ;
20 mA correspondent à la valeur maximale ;
les valeurs comprises entre 4 et 20 mA représentent la grandeur mesurée.
Pour surveiller ce signal, la méthode traditionnelle consiste à insérer un appareil de mesure directement dans la boucle.
Cette solution présente toutefois un inconvénient : elle nécessite de modifier le câblage de la boucle.
Avec un capteur de courant de fuite ouvrant, le principe est différent.
Le conducteur transportant le courant de la boucle est simplement positionné à l'intérieur du capteur. Le capteur mesure le courant circulant dans le conducteur et fournit sur sa sortie une image proportionnelle du courant mesuré.
Il est ainsi possible d'effectuer une mesure sans couper le conducteur et sans déconnecter la boucle existante.
Une installation non intrusive
L'un des principaux avantages du capteur ouvrant est sa simplicité d'installation.
Le capteur peut être installé directement autour du conducteur de la boucle existante :
Boucle 4–20 mA → capteur de courant ouvrant → sortie 4–20 mA
Il n'est donc pas nécessaire de démonter le câblage ou d'interrompre le fonctionnement de l'installation.
Cette caractéristique est particulièrement intéressante pour :
les installations déjà en fonctionnement ;
les armoires électriques existantes ;
les opérations de maintenance ;
l'ajout d'une fonction de supervision ;
la rénovation d'installations industrielles ;
les systèmes pour lesquels une interruption de la boucle est difficilement acceptable.
Le caractère ouvrant du capteur facilite également son installation sur des équipements existants.
Une recopie du signal 4–20 mA
Le capteur possède une entrée 0–20 mA DC et une sortie 0–20 mA DC.
Dans le cas d'une surveillance d'une boucle 4–20 mA, le capteur reproduit le courant mesuré sur sa sortie.
Courant de la boucle | Courant de sortie du capteur |
4 mA | 4 mA |
8 mA | 8 mA |
12 mA | 12 mA |
16 mA | 16 mA |
20 mA | 20 mA |
La sortie constitue ainsi une recopie du signal d'origine, pouvant être raccordée à une seconde entrée analogique d'un automate, d'un système de supervision ou d'un équipement de contrôle.
Pourquoi utiliser une sortie isolée ?
L'isolation électrique constitue un autre avantage important de cette architecture.
Le signal de sortie du capteur peut être transmis vers un autre équipement sans créer de liaison électrique directe avec la boucle surveillée.
Cette isolation permet notamment de :
limiter les risques de boucles de masse ;
protéger l'équipement de supervision ;
faciliter l'interfaçage entre deux systèmes électriques différents ;
améliorer la séparation entre le circuit de mesure et le circuit de surveillance ;
ajouter une mesure supplémentaire sans modifier le fonctionnement de la boucle principale.
Le capteur joue donc à la fois le rôle de mesureur de courant et d'interface isolée entre la boucle existante et le système de supervision.
Exemple d'application industrielle
Prenons l'exemple d'un transmetteur de pression raccordé à un automate par une boucle 4–20 mA.
Le signal est déjà utilisé par l'automate pour contrôler le procédé.
L'exploitant souhaite cependant transmettre cette même information à un second système, par exemple :
un système de supervision ;
un enregistreur ;
un automate supplémentaire ;
un système de maintenance ;
une centrale de surveillance.
Modifier le câblage de la boucle pourrait nécessiter une intervention sur l'installation.
Avec un capteur de courant de fuite ouvrant, le conducteur de la boucle passe simplement dans le capteur. Le capteur mesure alors le courant circulant dans la boucle et fournit une sortie 4–20 mA isolée, qui peut être raccordée au second système.
La boucle principale reste ainsi inchangée.
Une solution adaptée à la maintenance et à la modernisation des installations
Les installations industrielles évoluent souvent au fil du temps.
Un équipement supplémentaire doit être raccordé, une nouvelle information doit être enregistrée ou une fonction de supervision doit être ajoutée, alors que les boucles de mesure existantes fonctionnent parfaitement. Dans ce contexte, le capteur de courant ouvrant constitue une solution particulièrement pratique.
Il permet d'ajouter une fonction de mesure ou de supervision sans remettre en cause l'installation existante.
L'intervention peut ainsi être réalisée plus rapidement et avec un impact limité sur le procédé.
Surveillance et diagnostic d'une boucle 4–20 mA
La recopie isolée du signal peut également être utilisée pour des fonctions de diagnostic.
Une anomalie du signal peut également attirer l'attention du système de supervision.
Il est ainsi possible d'utiliser la sortie du capteur pour réaliser :
une surveillance permanente ;
un enregistrement du signal ;
une comparaison entre deux systèmes ;
une fonction d'alarme ;
une analyse de fonctionnement ;
une maintenance préventive.
Le capteur devient alors un élément simple permettant d'ajouter une fonction de surveillance à une boucle existante.
Les principaux avantages du capteur de courant de fuite ouvrant
Cette solution présente plusieurs avantages pour les applications industrielles :
Installation non intrusive
Le conducteur existant n'a pas besoin d'être coupé pour réaliser la mesure.
Capteur ouvrant
Le montage peut être réalisé directement sur une installation existante.
Recopie du signal
Le courant mesuré est reproduit sur une sortie 4–20 mA.
Isolation galvanique
La sortie isolée facilite la connexion à un second système électronique.
Pas de modification de la boucle principale
Le système existant continue de fonctionner sans modification de son principe de transmission.
Adapté à la supervision
La sortie 4–20 mA peut être exploitée par de nombreux automates, cartes d'acquisition et systèmes de contrôle.
Une alternative aux solutions classiques d'insertion dans la boucle
Lorsqu'une boucle 4–20 mA doit simplement être mesurée, plusieurs solutions sont possibles.
L'insertion d'un appareil directement dans la boucle peut être pertinente lors de la conception d'une nouvelle installation.
En revanche, lorsqu'il s'agit de surveiller une installation existante, la mesure non intrusive présente un avantage important : elle évite de devoir modifier le circuit de transmission.
Le capteur de courant de fuite ouvrant permet donc d'ajouter une recopie isolée du signal 4–20 mA tout en conservant l'architecture existante.
Conclusion
Le capteur de courant de fuite ouvrant avec entrée 0–20 mA DC et sortie 0–20 mA DC isolée constitue une solution simple et efficace pour surveiller une boucle 4–20 mA.
Son principe repose sur une mesure non intrusive du courant circulant dans le conducteur. La valeur mesurée est ensuite reproduite sur une sortie analogique isolée, permettant de transmettre l'information à un second système.
Cette solution est particulièrement adaptée aux installations industrielles existantes pour lesquelles il est souhaitable de surveiller, enregistrer ou recopier un signal 4–20 mA sans modifier le câblage de la boucle principale.
Elle permet ainsi d'associer simplicité d'installation, mesure non intrusive et isolation galvanique, tout en conservant le fonctionnement normal de la boucle de courant.
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