Segnali di uscita (relay, 4-20 mA HART), schemi di collegamento, logica PID per il regime continuo e on/off per il regime switch, compatibilità PLC e DCS, safety loop SIL — la guida per il tecnico di automazione.
Il sensore di interfase a impedenza Aquasant è composto da due elementi: la sonda a contatto col processo (TSS80/TSS90 a tubo per switch, STM a barra per continuo) e l'elettronica di valutazione (MTI per switch standalone, MAT/MIL/MIQ per le configurazioni mipromex). Le uscite verso il PLC/DCS sono date dall'elettronica.
| Tipo di uscita | Caratteristiche | Configurazione tipica | Quando usarla |
|---|---|---|---|
| Relay (contatto pulito) | NA/NC configurabile, 5A/250VAC, galvanicamente isolato | Sonda TSS + elettronica MTI | Regime switch: scarico batch on/off, allarmi di soglia, protezioni HHL/LLL, comando diretto elettrovalvole 24VDC o 230VAC |
| 4-20 mA HART | 2 fili loop powered, alimentazione 24VDC dal PLC, HART per diagnostica e configurazione remota | Sonda STM + elettronica MAT 4110 / MIL 8130 / MIQ 8130 | Regime continuo: variabile di processo per controllo PID dell'interfaccia, monitoraggio SCADA/DCS, integrazione AMS |
| Mipromex (interno) | Cavo schermato 2 fili 0,75 mm² CY/EIG twisted, lunghezza max 1.000 m, C ≤150 nF / R ≤60 Ω/km | Connessione sonda → elettronica | Protocollo proprietario interno tra sonda e unità di valutazione. Non visibile al PLC. |
| Relay aggiuntivi su MIQ/MIL | Relè di soglia configurabili sull'elettronica continua, oltre al 4-20 mA principale | MIQ 8130 / MIL 8130 | Per allarmi HHL/HL/LL/LLL diretti, ridondanza con il segnale analogico per safety loop, eventi sul cause-and-effect senza passare dal PID |
| Aspetto | Regime switch | Regime continuo |
|---|---|---|
| Uscita verso PLC/DCS | Relay (contatto pulito) → ingresso digitale | 4-20 mA HART → ingresso analogico |
| Logica PLC | Ladder logic boolean: IF/ELSE su stato relay → output digitali | PID control: PV scalata → setpoint → MV su valvola modulante |
| Tipo di valvola comandata | Elettrovalvola on/off (solenoide 24VDC o 230VAC) | Valvola modulante con posizionatore (4-20 mA) o pompa con VFD |
| Configurazione applicazioni | Scarico batch, allarmi, protezioni, ESD/PSD, safety di soglia | Controllo continuo decantatore, mixer-settler, separatore trifasico oil&gas |
| Integrazione safety | SIL2/SIL3 con configurazione ridondante 1oo2 o 2oo3 | SIL2 con HART diagnostics + safety loop separato con switch |
| Pagina pillar dedicata | Misura di livello interfase (switch) | Misura continua livello interfase |
Lo schema più comune per i processi batch chimici e i disoleatori con scarico automatico — due valvole (una per fase acquosa, una per fase organica) comandate dal PLC sulla base del segnale relay del sensore.
Per il regime continuo (sonda a barra STM con elettronica MIQ/MIL) l'integrazione richiede un PLC o DCS che gestisca il segnale 4-20 mA come variabile di processo per il controllo PID dell'interfaccia. È l'architettura tipica dei decantatori in linea, mixer-settler e separatori trifasici oil & gas.
L'interfaccia tra due fasi non è mai perfettamente geometrica — c'è uno strato di transizione di qualche millimetro dove le fasi si mescolano parzialmente, e l'oscillazione del flusso può portare l'interfaccia a passare ripetutamente davanti agli elettrodi. Senza protezione il sensore commuta continuamente in questa zona: le valvole si aprono e chiudono in cicli rapidi → usura accelerata degli attuatori, instabilità del PLC, allarmi spuri.
| Tipo di interfaccia | Isteresi consigliata | Ritardo consigliato | Note |
|---|---|---|---|
| Interfaccia netta (acqua/olio ben separati, decantazione completa) | 5–8% del setpoint | 0,5–1 s | Casi standard, processo stabile |
| Strato di emulsione moderato | 10–15% del setpoint | 1–2 s | Tipico in batch chimica fine post-agitazione |
| Emulsione densa o alta turbolenza | 15–25% del setpoint | 2–3 s | Se non basta, considerare passaggio a regime continuo |
Per il regime continuo: l'isteresi non si applica nello stesso modo. La stabilità del segnale 4-20 mA è gestita dall'elettronica mipromex tramite filtraggio digitale e tempi di integrazione configurabili (40-400 ms), e dal PID stesso del PLC con i suoi parametri Ti e Td. Per emulsioni persistenti, la sonda a barra continua è spesso la soluzione anche dove lo switch fallisce.
Il sensore con uscita relay si interfaccia a qualsiasi ingresso digitale PLC. Il sensore con uscita 4-20 mA HART si interfaccia a qualsiasi modulo analogico HART-compatible — praticamente tutti i PLC moderni e tutti i DCS di processo lo supportano.
| PLC / Marca | Famiglia tipica | Connessione regime switch | Connessione regime continuo |
|---|---|---|---|
| Siemens | S7-1200, S7-1500, S7-300, S7-400 | DI standard (sinking o sourcing) | AI 4-20 mA HART (modulo analogico HART-capable, es. SM 1234 HART) |
| Allen-Bradley (Rockwell) | CompactLogix, ControlLogix, Micro800 | DI standard (sourcing) | AI 4-20 mA HART (modulo 1756-IF8H, 1734-IT2I) |
| Mitsubishi | MELSEC iQ-R, iQ-F, Q-Series | DI standard (sinking) | AI 4-20 mA (modulo R60AD8-G, Q64AD-GH) |
| Beckhoff | TwinCAT, CX (PC-based) | DI standard EtherCAT | AI 4-20 mA HART (terminali EL3702, EL3162) |
| Schneider Modicon | M221, M241, M580, Quantum | DI standard | AI 4-20 mA HART (BMX AMI 0810, BMEAHI0812) |
| Omron | NX, CJ, CP, NJ | DI standard (sinking) | AI 4-20 mA (NX-AD2603, CJ1W-AD041) |
| DCS / Marca | Sistema | Caratteristiche specifiche |
|---|---|---|
| Honeywell | Experion PKS, TDC 3000 | I/O HART su PMIO, integrazione AMS Asset Management, alarm management. Tipico in raffinerie italiane. |
| Yokogawa | Centum VP, Centum CS3000 | I/O HART su FIO, integrazione AAMS Asset Lifecycle Management. Diffuso in chimica fine e oil & gas. |
| Emerson | DeltaV, Ovation | I/O HART nativo CHARM (CHARacterization Module), AMS Device Manager integrato. Standard in petrolchimica. |
| ABB | 800xA, Symphony Plus | I/O HART su S800, integrazione asset health monitor. Diffuso in chimica e impianti energetici. |
| Siemens | PCS7, SIMATIC PCS Neo | I/O HART su ET 200M e ET 200SP HA. Standard in chimica europea integrata con S7-400. |
Tutti i DCS principali supportano HART per la diagnostica avanzata del sensore: stato di salute, multivariable (temperatura interna dell'elettronica, qualità del segnale), configurazione remota dei parametri (setpoint, range scalatura). Per sistemi AMS dedicati (Honeywell AMS, Emerson AMS Device Manager, ABB Asset Vista) il sensore appare come strumento HART standard configurabile centralmente.
Per applicazioni critiche oil & gas, farma e chimica con requisiti di safety integrity, il sensore di interfase si integra in safety loop SIS (Safety Instrumented Systems) con configurazioni dedicate. La certificazione SIL del loop completo dipende da architettura, proof test interval e logic solver, non solo dal sensore — ma il sensore deve essere compatibile con la categoria di safety.
Sensore singolo con diagnostica HART per detection di guasto interno + proof test periodico (tipicamente annuale). Configurazione adatta a allarmi di soglia e protezioni standard. Logic solver: PLC di sicurezza certificato SIL2.
Due sensori indipendenti con voting "1 out of 2": l'allarme scatta se anche solo uno dei due sensori rileva la condizione critica. Aumenta sicurezza ma anche probabilità di trip spuri. Tipico per protezioni di troppo pieno acqua nel greggio.
Tre sensori indipendenti con voting "2 out of 3": l'allarme scatta se 2 dei 3 sensori rilevano la condizione. Combina alta integrità con riduzione dei falsi trip. Usato per safety critical in oil & gas e processi pericolosi.
Siemens F-CPU (S7-1500F, S7-300F), Allen-Bradley GuardLogix (1756-L7xS), HIMA HIMatrix e HIMax, ABB AC800M HI, Schneider Modicon Quantum Safety. Logic solver certificato che processa il voting e gestisce gli output verso le valvole di sicurezza.
Per stabilimenti con più separatori distribuiti su siti diversi (raffinerie multi-impianto, gestori di rifiuti pericolosi multi-sede, gestioni navali e portuali, impianti pilota R&D distribuiti), il sensore di interfase può essere remotato verso una piattaforma di telecontrollo centrale.
| Componente | Esempi tipici | Funzione |
|---|---|---|
| Gateway IoT industriale | Ewon Cosy/Flexy, Moxa MGate, Siemens IoT2050, Phoenix Contact mGuard | Acquisisce il segnale dal PLC locale (Modbus TCP, EtherNet/IP, OPC UA) e lo remotizza verso il cloud |
| Connettività | Ethernet, 4G/5G, LoRaWAN, NB-IoT, satellite | Trasporto del dato verso la piattaforma centrale. Scelta in funzione di copertura del sito e larghezza di banda richiesta |
| Piattaforma cloud | Siemens MindSphere, Rockwell FactoryTalk InnovationSuite, AVEVA Insight, AWS IoT, Azure IoT | Visualizzazione dashboard, allarmi, storico dati, analisi predittive, gestione manutenzione multi-sito |
| Caso d'uso tipico | Raffineria con 5+ separatori trifasici, gestore rifiuti con 10+ disoleatori, gestione portuale acque sentina | Supervisione centralizzata, allarmi predittivi su velocità di accumulo olio, ottimizzazione interventi manutenzione |
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Tre uscite principali. 1) Relay (contatto pulito, NA/NC configurabile, 5A/250VAC): per regime switch, comanda valvole o ingressi digitali PLC. 2) 4-20 mA HART loop powered (2 fili): per regime continuo, segnale proporzionale alla quota dell'interfaccia, integrabile in qualsiasi PLC/DCS. 3) Mipromex: protocollo proprietario interno per la connessione sonda-elettronica (cavo schermato 2 fili fino a 1.000 m). Le elettroniche disponibili sono MTI (per regime switch), MAT 4110 (uscita 4-20 mA), MIL 8130 (regime continuo single-channel), MIQ 8130 (regime continuo dual-channel).
Sì, per logiche semplici on/off (regime switch). Il contatto pulito del relay del sensore comanda direttamente il solenoide dell'elettrovalvola da 24VDC o 230VAC. Configurazione adatta a un disoleatore con singola valvola di spurgo, allarme di soglia, scarico batch a soglia singola. Per sequenze multi-valvola, ritardi programmati, allarmi differenziati, safety loop, telecontrollo: PLC necessario. Il regime continuo (4-20 mA) richiede sempre un PLC/DCS per il controllo PID.
Tre strumenti combinati. 1) Isteresi: banda morta del 5-15% del setpoint per interfacce nette, fino al 25% per emulsioni dense. 2) Ritardo di commutazione: 1-3 secondi tipici, il sensore commuta solo dopo permanenza nello stesso stato per il tempo impostato. 3) Filtraggio digitale: per il regime continuo l'elettronica mipromex applica filtro mobile sulla misura per stabilizzare il segnale 4-20 mA. Per il regime continuo l'isteresi non si applica nello stesso modo: la stabilità è gestita via parametri di tempo di integrazione.
Tutti i DCS principali accettano il segnale 4-20 mA HART standard del sensore. Honeywell Experion PKS, Yokogawa Centum VP, Emerson DeltaV/Ovation, ABB 800xA, Siemens PCS7: ingresso analogico HART, configurazione del tag con engineering units (mm o % di interfaccia), inserimento nei loop di controllo PID. HART per diagnostica avanzata, multivariable e configurazione remota via AMS (Asset Management System). Per safety loop SIS dedicati si integra come ingresso a sistema di safety SIL2/SIL3.
Variabile di processo (PV): segnale 4-20 mA dalla sonda a barra, scalato sulla quota dell'interfaccia (tipicamente 0-100% del range della sonda). Setpoint (SP): quota operativa target dell'interfaccia. Variabile manipolata (MV): apertura della valvola di scarico fase pesante (modulante, 4-20 mA verso posizionatore valvola). Parametri PID: Kp tipico 1-3, Ti 30-300 secondi (interfacce sono lente), Td 0-10 secondi. Tarare in fase di commissioning con metodo Ziegler-Nichols o auto-tuning del DCS. Aggiungere allarmi HHL/HL/LL/LLL come ingressi digitali al safety loop.
Sì con configurazioni appropriate. Il sensore singolo è compatibile con architettura SIL2 in configurazione 1oo1 con diagnostica HART e proof test periodico. Per SIL3 si usa tipicamente configurazione 1oo2 o 2oo3 ridondante con due o tre sensori indipendenti, voting nel logic solver. Compatibile con PLC di sicurezza Siemens F-CPU (S7-1500F), Allen-Bradley GuardLogix, HIMA HIMatrix, ABB AC800M HI. La certificazione SIL del loop completo dipende dalla configurazione, dal proof test interval e dal logic solver, non solo dal sensore.
Sì. Per stabilimenti multi-sito il segnale del sensore (4-20 mA HART o relay) si interfaccia a un gateway IoT industriale (Ewon, Moxa, Siemens IoT2050, Phoenix Contact) che lo remotizza via Ethernet, 4G/5G o LoRaWAN verso una piattaforma di telecontrollo centrale (es. Siemens MindSphere, Rockwell FactoryTalk InnovationSuite, AVEVA Insight). Permette supervisione centralizzata di più separatori, allarmi predittivi, ottimizzazione manutenzione. Tipico in raffinerie con più separatori, gestori di rifiuti pericolosi multi-impianto, gestioni navali e portuali.
Per regime switch (sonda a tubo). Interfaccia netta (acqua/olio ben separati, decantazione completa): isteresi 5-8% del setpoint, ritardo 0,5-1 secondo. Interfaccia con strato di emulsione moderato: isteresi 10-15%, ritardo 1-2 secondi. Emulsione densa o alta turbolenza: isteresi 15-25%, ritardo 2-3 secondi. Se nemmeno questi parametri stabilizzano, considerare il passaggio al regime continuo (sonda a barra) che gestisce nativamente le emulsioni con filtraggio digitale invece che con isteresi binaria.
Tutti i PLC industriali standard. L'uscita relay del sensore si interfaccia con qualsiasi ingresso digitale (Siemens S7-1200/1500, Allen-Bradley CompactLogix/ControlLogix, Mitsubishi MELSEC, Beckhoff TwinCAT, Schneider Modicon, Omron CJ/CP). L'uscita 4-20 mA HART si interfaccia con qualsiasi modulo analogico HART-compatible: tutti i PLC moderni e DCS principali. Per protocolli di rete: il segnale entra nel PLC e viene poi distribuito via PROFINET, EtherNet/IP, EtherCAT, Modbus TCP secondo l'architettura dell'impianto.
Principio fisico (DK + conducibilità), differenza con capacitivo e conduttivo, calibrazione, isteresi, regimi switch e continuo.
Tabella di compatibilità per 20 solventi e fluidi industriali. Materiali flangia e guarnizioni in funzione del processo.
Sonda a tubo TSS80 per scarico batch, allarmi e protezioni. Specifiche tecniche complete e fascia di prezzo.
Sonda a barra STM per controllo continuo decantatori, mixer-settler e separatori. Uscita 4-20 mA HART.
Confronto tecnico tra le due tecnologie. Differenze di integrazione: il GWR è dall'alto, l'impedenza laterale o dall'alto. Differenze di safety SIL e diagnostica HART.
Settore primario dove safety SIL2/SIL3 è requisito non negoziabile: integrazione con DCS Honeywell Experion, Yokogawa Centum, Emerson DeltaV, ABB 800xA, Siemens PCS7. Configurazioni 1oo2 e 2oo3 per protezioni acqua nel greggio.
L'integrazione del sensore di interfase non è solo cablaggio — è capire se il regime di integrazione (switch o continuo) è coerente con la logica di processo, se la safety integrity richiesta dall'impianto è gestita correttamente, se i parametri PID sono tarati sul comportamento reale dell'interfaccia, e se l'integrazione con DCS o telecontrollo è progettata per ridurre interventi straordinari.
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