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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL · TOKEN ENGENHARIA
Simulador de malha 4-20 mA ao vivo — arraste a corrente e veja o laço inteiro reagir
Vai comissionar um transmissor, depurar a escala de um CLP ou entender por que 4 mA não é zero? Arraste a corrente do laço e veja, ao vivo, o tanque encher, o miliamperímetro girar, a conta do CLP acompanhar e o badge NAMUR NE 43 mudar de cor quando o cabo rompe — toda a malha de corrente na tela, sem cadastro.
Corrente 4-20 mA ao vivoPV, % e conta do CLPFalha de cabo NAMUR NE 43Interpolação linear · sem cadastroResponsável técnico CREA-RJAtendimento nacional
Resposta rápida
Uma malha de corrente 4-20 mA transmite uma medição usando a própria corrente do laço como sinal: 4 mA é o fundo de escala (LRV) e 20 mA o topo (URV), com span fixo de 16 mA. O valor de processo sai por interpolação linear: PV = LRV + ((I − 4) / 16) × (URV − LRV). O início em 4 mA é o zero vivo: abaixo de ~3,6 mA não é o processo no mínimo, é a malha em falha — o fundamento do NAMUR NE 43. Este simulador deixa você arrastar a corrente e ver tudo ao vivo: o tanque enchendo, o PV, a contagem inteira do CLP e o badge de diagnóstico mudando de cor. É um modelo didático: a calibração em campo e o laudo da instalação são projeto de engenharia, com ART.

Simulador de malha de corrente · 4-20 mA a 2 fios
Cabine da malha 4-20 mA — sinal, orçamento de tensão e veredito
Arraste a corrente e veja, na mesma tela, o valor de processo, a conta do módulo do CLP, a queda no cabo, a tensão que sobra no transmissor e o veredito da malha. Roda 100% no seu navegador.
Sinal e escala preencha qualquer campo
Resolver em qualquer direção
Os quatro campos são a mesma grandeza vista de quatro lados: digite em um e os outros três se acertam. A conta e o valor de processo só existem se a escala for válida (LRV diferente de URV) — faixa invertida e valores negativos são aceitos.
Módulo analógico do CLP plataforma + faixa
Fonte da faixa: faixa bruta 0…27.648 do módulo analógico S7
A mesma corrente dá contas diferentes conforme a faixa do módulo: 12 mA num S7 de 4..20 mA vale 13.824, e num S7 de 0..20 mA vale 16.589. Por isso o rótulo desta ferramenta declara a plataforma e a faixa.
Orçamento de tensão da malha Kirchhoff
O Ω/km é entrada, não tabela: pegue o valor no datasheet do seu cabo, por condutor, na temperatura de referência dele. Esta ferramenta não publica tabela de Ω/km por bitola — a norma que fixa esses valores não está na estante da Token, e número sem exemplar em mãos aqui não vira número na tela. Por isso o campo nasce vazio: enquanto estiver assim, a linha de queda fica em branco em vez de sair com um número que a ferramenta teria assumido no seu lugar.
Sem o Ω/km a ferramenta entrega a malha pela metade — e diz qual metade: valor de processo, conta do módulo, estado do sinal e carga máxima admissível já estão calculados; resistência do cabo, tensão no transmissor, folga e comprimento máximo esperam o seu cabo.
A margem mínima é um valor declarado por esta ferramenta para separar PASSA de MARGINAL — não é cláusula de norma. Quem assina o projeto escolhe a dele. Nesta malha, informe o Ω/km para ver a equivalência. Referências: 2,00 V ≈ 8 mA numa malha de 250 Ω e ≈ 2 mA numa de 1.000 Ω.
Bancada de verificação erro, resolução, raiz e shunt
Erro de calibração
0,160 mA = 1,00 % do span (16 mA)
Resolução do cartão
204 counts úteis · 0,490 cm por count
Extração de raiz (vazão por DP)
12,00 mA
8,00 mA
Conversão para tensão (shunt)
1,00 a 5,00 V (span 4,00 V) · 100,0 mW a 20 mA
Cenários de partida exemplo didático
Cada cenário é um exemplo didático com valores plausíveis de campo — não é projeto de nenhuma instalação real.
A malha inteira numa tela fonte → transmissor → cabo → módulo do CLP
Resposta o orçamento da malha
AGUARDA O Ω/km
informe o Ω/km do datasheet do seu cabo para fechar o orçamento de tensão. O resto da malha — valor de processo, conta do módulo e estado do sinal — já está calculado: só a linha de queda depende do cabo. A carga máxima admissível pela fonte, essa, já saiu: 600 Ω a 20 mA e 571 Ω a 21,0 mA.
Estado do sinal
NORMAL
sinal dentro da faixa de medição: acima de 3,8 mA e abaixo de 20,5 mA.
Patamares 3,6 / 3,8 / 20,5 / 21,0 mA — prática consagrada da indústria (não publicados no texto da NE 43), sob a recomendação NAMUR NE 43 (edição 2021-07-26). A NAMUR não publica esses quatro números na página oficial dela: por isso eles vão aqui declarados, e não como cláusula. E o patamar pertence ao estado mais severo: 3,600 mA já é fail low e 21,000 mA já é fail high; as faixas 3,6–3,8 e 20,5–21,0 existem para o sistema pôr o gatilho no meio (3,7 e 20,75 mA).
Folga sobre o mínimo do Tx—a tensão que sobra no transmissor
R máximo a 20 mA——
Comprimento máximo de cabo—com o Ω/km do datasheet
Função de transferência PV(I) com as zonas praticadas sob a recomendação NAMUR NE 43 (ed. 2021-07-26)
Oscilograma da malha janela rolante de 60 s
Veredito da malha três estados
corrente
12,00mA
no laço, agora
valor de processo
50,000cm
pela interpolação linear
percentual do span
50,00 %
(I − 4) ÷ 16
conta do módulo
16.589
Siemens S7 · módulo 0..20 mA · bruto 0…27.648
valor que o CLP devolve a partir da conta
50,000 cm
se não bate com o PV acima, a diferença é o arredondamento do módulo
Orçamento de tensão a conta que ninguém faz
R do cabo (ida e volta)
—
R total do laço
—
R máximo admissível a 20 mA
600 Ω
R máximo a 21,0 mA (fail-high)
571 Ω
comprimento máximo de cabo
—
tensão no Tx a 20 mA
—
tensão no Tx a 21 mA
—
folga sobre o mínimo do Tx
—
corrente em que a malha satura
—
A conta é Kirchhoff puro: V_fonte ≥ V_Tx,mín + I × R_total. Quem esquece o V_Tx,mín acha que tem margem de sobra e descobre a saturação no comissionamento — é o erro mais caro desta lista.
O pior caso não é 20 mA: é 21,0 mA. Se a malha satura entre os dois, a medição fecha e o diagnóstico de falha alta — o que o zero vivo existe para entregar — nunca chega ao receptor. Por isso a carga máxima aparece nas duas correntes, e o veredito olha as duas.
Ver a conta inteira, passo a passo
- Corrente no laço: 12,00 mA.
- Fração do span: (12,00 − 4) ÷ 16 = 0,5000 → 50,00 %.
- Valor de processo: PV = 0,000 + 0,5000 × (100,00 − 0,000) = 50,000 cm.
- Conta do módulo (Siemens S7 · módulo 0..20 mA · bruto 0…27.648): conta = 5.530 + 0,5000 × (27.648 − 5.530) = 16.589.
- Volta da conta para engenharia: PV = 50,000 cm — se não bate com o passo 3, o arredondamento do módulo é a diferença.
- Resistência do cabo: informe o Ω/km do datasheet do seu cabo — sem ele esta ferramenta não inventa a resistência do seu condutor, e por isso a linha de queda inteira fica em branco.
- Resistência total do laço: informe o Ω/km.
- Tensão que sobra no transmissor: informe o Ω/km.
- Folga sobre o mínimo do transmissor: informe o Ω/km.
- Carga máxima admissível — esta não depende do cabo: (24,0 − 12,00) ÷ 0,020 = 600 Ω a 20 mA e ÷ 0,021 = 571 Ω a 21,0 mA (o fail-high).
O que é, exatamente, a recomendação NAMUR NE 43 (ed. 2021-07-26)
A NAMUR é uma associação de usuários de automação da indústria de processos — não é organismo de normalização. A sigla NE quer dizer NAMUR-Empfehlung, ou seja, recomendação. Logo, o documento que padroniza o nível de sinal para informação de falha de transmissores chama-se recomendação NAMUR NE 43, e não é norma ABNT nem IEC. Quase todo o mercado escreve o contrário — e escreve sem edição.
A edição vigente é a de 2021-07-26; a anterior era de 2003-02-03. As duas mudanças declaradas pela própria NAMUR na revisão de 2021 foram a introdução de uma margem de segurança para a detecção do sinal nos sistemas de controle e o comportamento do dispositivo na inicialização.
Sobre os quatro patamares: 3,6 / 3,8 / 20,5 / 21,0 mA são prática consagrada da indústria (não publicados no texto da NE 43) — a página oficial da NAMUR não os traz, e por isso eles aparecem aqui declarados como prática, nunca como cláusula da recomendação. E as faixas 3,6–3,8 e 20,5–21,0 mA são zonas de diferenciação: existem para que o sistema escolha o gatilho dentro delas (por exemplo 3,7 e 20,75 mA), e não para fixar um limiar universal. Fail-low ou fail-high é escolha do transmissor e do sistema, dentro dessas zonas.
Onde esta ferramenta tem de decidir — e toda ferramenta decide, na hora de pintar o estado —, ela decide pelo lado mais severo e diz qual é a regra: I ≤ 3,6 mA é fail low, 3,6 < I ≤ 3,8 mA é aviso, 3,8 < I < 20,5 mA é medição, 20,5 ≤ I < 21,0 mA é aviso e I ≥ 21,0 mA é fail high. O patamar exato pertence ao estado mais severo: 21,000 mA já é falha, não aviso. Essa é uma escolha declarada da ferramenta dentro da zona de diferenciação — não um número da recomendação.
O padrão 4-20 mA em si é mais antigo que as normas que hoje o descrevem. Esta ferramenta prefere não citar norma nenhuma para o padrão a citar uma sem ter o exemplar em mãos — que é o que se vê por aí.
A conta certa ao lado da errada
Três erros que circulam em fontes grandes do setor, com a conta correta do lado — inclusive um sobre os patamares praticados sob a recomendação NAMUR NE 43 (ed. 2021-07-26). Os três estão na régua de regressão desta ferramenta: se o nosso motor algum dia reproduzir um deles, o autoteste fica vermelho.
| o que se lê por aí | por que está errado | a conta certa |
|---|---|---|
| “a indicação está 1 % acima do zero, então o erro é 1 ÷ 16 = 6,25 %“ | mistura unidades: divide um percentual pelo span em mA. É o motivo de esta ferramenta carimbar a unidade em todo erro que mostra. | se a indicação está 1 % do span fora, o erro é 1 %. Os 6,25 % só aparecem quando o desvio é de 1 mA (1 ÷ 16 = 6,25 % do span). |
| “a fonte precisa entregar I × R_total; com 24 V e 512 Ω sobram 13,76 V de margem” | esquece a tensão mínima do transmissor. O transmissor não é um fio: ele precisa de tensão nos próprios terminais para funcionar. | V_fonte ≥ V_Tx,mín + I × R_total → 12 + 10,24 = 22,24 V. A margem real é 1,76 V, não 13,76 V. |
| “os limites da NE 43 são 3,4 a 21,5 mA“ | esses valores são faixa de hardware de um painel específico, não os patamares praticados sob a recomendação. | os patamares praticados são 3,6 / 3,8 / 20,5 / 21,0 mA, com as zonas de diferenciação entre 3,6–3,8 e 20,5–21,0. |
Aferição do motor — casos conferidos na sua tela
Aferição desta calculadora
Cada linha abaixo é recalculada agora, no seu navegador, pelo mesmo motor que move a cabine, e comparada com o valor de referência. Onde a tabela cita a recomendação NAMUR NE 43 (ed. 2021-07-26), os patamares são prática consagrada da indústria (não publicados no texto da NE 43). O grupo «Fronteira dos patamares» confere o patamar EXATO e o espelho a ±0,001 mA nas quatro bordas. Última aferição: 18/08/2026 · versão lp2-R3-2026-08-18 · placar: 70 de 70 casos conferem.
| caso | entrada | referência | obtido | Δ | ✓ |
|---|---|---|---|---|---|
| Escala linear PV(I) — LRV 0 / URV 100 (vetores P-01 a P-10) | |||||
| 4,000 mA | 0 % do span | 0,000 | 0,000 | 0,00000000 | ✓ |
| 12,000 mA | 50 % do span | 50,000 | 50,000 | 0,00000000 | ✓ |
| 20,000 mA | 100 % do span | 100,000 | 100,000 | 0,00000000 | ✓ |
| 3,800 mA (aviso NE 43) | abaixo da faixa | -1,250 % | -1,250 % | 0,00000000 | ✓ |
| 20,500 mA (aviso NE 43) | acima da faixa | 103,125 % | 103,125 % | 0,00000000 | ✓ |
| 3,600 mA (falha NE 43) | fail low | -2,500 % | -2,500 % | 0,00000000 | ✓ |
| 21,000 mA (falha NE 43) | fail high | 106,250 % | 106,250 % | 0,00000000 | ✓ |
| Fronteira dos patamares — o patamar pertence ao ESTADO MAIS SEVERO | |||||
| 3,599 mA | logo abaixo do fail low | 1 | 1 | 0,00000000 | ✓ |
| 3,600 mA exato | fail low (o patamar É falha) | 1 | 1 | 0,00000000 | ✓ |
| 3,601 mA | já é aviso baixo | 1 | 1 | 0,00000000 | ✓ |
| 3,799 mA | ainda aviso baixo | 1 | 1 | 0,00000000 | ✓ |
| 3,800 mA exato | aviso (o patamar É aviso) | 1 | 1 | 0,00000000 | ✓ |
| 3,801 mA | já é faixa de medição | 1 | 1 | 0,00000000 | ✓ |
| 20,499 mA | ainda faixa de medição | 1 | 1 | 0,00000000 | ✓ |
| 20,500 mA exato | aviso (o patamar É aviso) | 1 | 1 | 0,00000000 | ✓ |
| 20,999 mA | ainda aviso alto | 1 | 1 | 0,00000000 | ✓ |
| 21,000 mA exato | fail high (o patamar É falha) | 1 | 1 | 0,00000000 | ✓ |
| 21,001 mA | segue fail high | 1 | 1 | 0,00000000 | ✓ |
| PASS é impossível em falha | malha folgada + 21,000 mA | 1 | 1 | 0,00000000 | ✓ |
| …e em aviso o PASS vira MARGINAL | malha folgada + 20,600 mA | 1 | 1 | 0,00000000 | ✓ |
| Ponto de operação — com a malha saturada, quem cede é a CORRENTE | |||||
| p6 · 20 mA comandados | corrente REAL do ponto de operação | 19,595 mA | 19,595 mA | 0,00003592 | ✓ |
| …e o V_Tx que o palco desenha | trava no mínimo do transmissor | 12,000 V | 12,000 V | 0,00000000 | ✓ |
| p6 · 19 mA (a mesma malha, sem saturar) | o V_Tx é o da corrente real | 12,364 V | 12,364 V | 0,00000000 | ✓ |
| teto do domínio · 20 mA comandados | o V_Tx nunca vai a NEGATIVO | 0,000 V | 0,000 V | 0,00000000 | ✓ |
| Escalas reais de campo (vetores P-11 a P-21) | |||||
| 0 a 100 °C · PV 20 °C | qual a corrente? | 7,200 mA | 7,200 mA | 0,00000000 | ✓ |
| −50 a +50 °C · 12 mA | meio da faixa | 0,00 °C | 0,00 °C | 0,00000000 | ✓ |
| 0 a 100 cm · 12 mA | abertura da ferramenta | 50,00 cm | 50,00 cm | 0,00000000 | ✓ |
| 200 a 600 °F · 12 mA | faixa com zero elevado | 400,00 °F | 400,00 °F | 0,00000000 | ✓ |
| 50 a 360 str/min · 15 mA | zero elevado | 263,125 | 263,125 | 0,00000000 | ✓ |
| Extração de raiz quadrada — vazão por DP (grupo C) | |||||
| linear 5 mA | → raiz | 8,00 mA | 8,00 mA | 0,00000000 | ✓ |
| linear 8 mA | → raiz | 12,00 mA | 12,00 mA | 0,00000000 | ✓ |
| linear 13 mA | → raiz | 16,00 mA | 16,00 mA | 0,00000000 | ✓ |
| raiz 12 mA | → linear | 8,00 mA | 8,00 mA | 0,00000000 | ✓ |
| raiz 16 mA | → linear | 13,00 mA | 13,00 mA | 0,00000000 | ✓ |
| ida e volta 4 a 20 mA | 17 pontos da tabela | 0,000000 | 0,000000 | 0,00000000 | ✓ |
| Orçamento de tensão do laço (vetores P-22 a P-26 e ALOGY reconferidos) | |||||
| 24 V · mínimo do Tx 12 V | carga máxima a 20 mA | 600,0 Ω | 600,0 Ω | 0,00000000 | ✓ |
| 500 m · 11,2 Ω/km digitado | R do cabo (ida e volta) | 11,20 Ω | 11,20 Ω | 0,00000000 | ✓ |
| ↑ com carga de 250 Ω | R total do laço | 261,20 Ω | 261,20 Ω | 0,00000000 | ✓ |
| ↑ tensão no transmissor a 20 mA | 24 − 0,020 × 261,2 | 18,776 V | 18,776 V | 0,00000000 | ✓ |
| ↑ folga sobre o mínimo do Tx | 18,776 − 12 | 6,776 V | 6,776 V | 0,00000000 | ✓ |
| ALOGY: 150 m · 26 Ω/km | R do cabo | 7,80 Ω | 7,80 Ω | 0,00000000 | ✓ |
| ALOGY: ↑ a 20 mA | tensão no transmissor | 18,844 V | 18,844 V | 0,00000000 | ✓ |
| ALOGY: ↑ a 21 mA | falha alta da NE 43 | 18,5862 V | 18,5862 V | 0,00000000 | ✓ |
| ALOGY: 200 m · 39 Ω/km · barreira 100 Ω | carga total | 365,60 Ω | 365,60 Ω | 0,00000000 | ✓ |
| ALOGY: ↑ folga a 20 mA | 24 − 12 − 0,020 × 365,6 | 4,688 V | 4,688 V | 0,00000000 | ✓ |
| O pior caso é 21,0 mA — o fail-high praticado pela indústria sob a recomendação NAMUR NE 43 (ed. 2021-07-26); patamar não publicado no texto dela | |||||
| 24 V · mínimo do Tx 12 V | carga máxima a 21,0 mA | 571,4 Ω | 571,4 Ω | 0,02857143 | ✓ |
| cenário separador (576 Ω) | corrente em que o laço satura | 20,83 mA | 20,83 mA | 0,00333333 | ✓ |
| ↑ folga a 20 mA (passa na margem declarada de 0,30 V) | 24 − 0,020 × 576 − 12 | 0,480 V | 0,480 V | 0,00000000 | ✓ |
| ↑ veredito | medição fecha, falha alta não sobe | 1 | 1 | 0,00000000 | ✓ |
| A folga em mA — a margem declarada só se compara entre malhas assim | |||||
| abertura P-23 (261,2 Ω) | 6,776 V valem quantos mA? | 25,94 mA | 25,94 mA | 0,00180704 | ✓ |
| ↑ identidade com a corrente de saturação | folga(mA) − (I_sat − 20) | 0,000000000 | -0,000000000 | 0,00000000 | ✓ |
| margem declarada de 2,00 V numa malha de 250 Ω | 2 ÷ 250 | 8,00 mA | 8,00 mA | 0,00000000 | ✓ |
| a mesma margem numa malha de 1.000 Ω | 2 ÷ 1000 | 2,00 mA | 2,00 mA | 0,00000000 | ✓ |
| Contagem do módulo analógico — a faixa do módulo muda o número (P-27 a P-33) | |||||
| Siemens S7 · módulo 4..20 mA | 12 mA | 13.824 | 13.824 | 0,00000000 | ✓ |
| Siemens S7 · módulo 0..20 mA | 12 mA (o preset do ar) | 16.589 | 16.589 | 0,00000000 | ✓ |
| Siemens S7 · módulo 0..20 mA | 4 mA | 5.530 | 5.530 | 0,00000000 | ✓ |
| Allen-Bradley ControlLogix 4..20 mA | 4 mA | 3.277 | 3.277 | 0,00000000 | ✓ |
| Allen-Bradley ControlLogix 4..20 mA | 20 mA | 16.384 | 16.384 | 0,00000000 | ✓ |
| AB PLC-5 / SLC-500 · 0..20 mA | 4 mA (faixa bruta 0…16.383) | 3.277 | 3.277 | 0,00000000 | ✓ |
| Beckhoff TwinCAT | 20 mA (faixa bruta 0…32.767) | 32.767 | 32.767 | 0,00000000 | ✓ |
| Genérico 14 bits · 0 a 10 bar | conta bruta 100 | 0,061 bar | 0,061 bar | 0,00003888 | ✓ |
| Genérico 14 bits · 1 a 10 bar | conta bruta 100 | 1,055 bar | 1,055 bar | 0,00006501 | ✓ |
| Erro, resolução e conversão em tensão (P-34 a P-37 e grupo E) | |||||
| nominal 4,000 mA · medido 4,160 mA | erro em % DO SPAN | 1,00 % | 1,00 % | 0,00000000 | ✓ |
| nominal 4,000 mA · medido 5,000 mA | erro em % DO SPAN | 6,25 % | 6,25 % | 0,00000000 | ✓ |
| 250 Ω · ADC 10 bits · fundo 20 V | counts úteis (0 a 1000 psi) | 204 | 204 | 0,00000000 | ✓ |
| ↑ resolução em unidades de engenharia | 1000 psi ÷ 204 counts | 4,902 psi | 4,902 psi | 0,00003922 | ✓ |
| 250 Ω · ADC 13 bits · fundo 10 V | resolução | 0,305 psi | 0,305 psi | 0,00025031 | ✓ |
| shunt de 250 Ω | tensão em 4 mA | 1,00 V | 1,00 V | 0,00000000 | ✓ |
| shunt de 250 Ω | tensão em 20 mA | 5,00 V | 5,00 V | 0,00000000 | ✓ |
| shunt de 500 Ω | tensão em 20 mA | 10,00 V | 10,00 V | 0,00000000 | ✓ |
Fronteiras declaradas desta ferramenta
- Esta página é a malha física: corrente, cabo, fonte, carga, diagnóstico. A matemática fina da escala (zero suprimido, zero elevado, conversão entre sinais) mora na escala de sensor.
- O Ω/km é entrada declarada por você: aqui não há tabela de resistência por bitola, porque a norma que a fixa não está na estante da Token.
- Não modelamos capacitância do cabo, ruído eletromagnético, comunicação digital sobreposta ao sinal, nem barreira de segurança intrínseca em detalhe — a barreira entra como resistência em série declarada.
- O veredito usa a margem mínima de tensão declarada nesta tela. Não é cláusula de norma: quem assina o projeto escolhe a dele.
- Ferramenta didática e de projeto. Não substitui calibração com padrão rastreado, teste de malha em campo nem laudo assinado por RT com ART.
- Esta calculadora faz parte da bancada de ferramentas da Token Engenharia.
Como funciona o loop: a corrente é o próprio sinal
A primeira coisa a entender de uma malha 4-20 mA é que o sinal não é uma tensão, é uma corrente. Num laço a dois fios, o mesmo par de condutores faz duas coisas ao mesmo tempo: leva a alimentação (em geral 24 V em corrente contínua) até o transmissor e carrega o sinal de volta. O transmissor se comporta como uma fonte de corrente controlada: ele ajusta a corrente que circula pelo laço inteiro conforme a grandeza que está medindo — nível, pressão, temperatura ou vazão. Quanto maior a grandeza, mais corrente; entre o fundo e o topo de escala, a corrente varia linearmente de 4 a 20 mA.
Por que corrente, e não tensão? Porque a corrente é a mesma em todos os pontos de um laço em série. Se você medir os miliampères perto do transmissor, no meio do cabo ou na entrada do CLP, encontra o mesmo valor. A resistência do cabo, que numa transmissão por tensão derrubaria o sinal ao longo da distância, aqui só consome um pouco da tensão disponível — não altera a corrente. Por isso o 4-20 mA atravessa centenas de metros de cabo industrial sem perder exatidão, e virou o padrão de fato da instrumentação analógica de processo.
O laço se fecha em quatro elementos em série: a fonte de 24 V, o transmissor (a fonte de corrente), o cabo e o resistor de leitura na entrada analógica do CLP — tipicamente de 250 ohms, que converte a corrente numa tensão proporcional para o conversor analógico-digital ler. É essa cadeia que o simulador desenha: arraste a corrente e acompanhe o sinal saindo do transmissor, atravessando o cabo e chegando ao módulo de entrada do CLP.
Por que 4 mA e não zero: o zero vivo
Poderia parecer mais simples começar a escala em 0 mA. Mas há uma razão de engenharia forte para o piso ser 4 mA, o chamado zero vivo (live zero). Como o transmissor a dois fios é alimentado pelo próprio laço, ele precisa de uma corrente mínima circulando para manter a eletrônica ligada, mesmo quando a grandeza medida está no fundo de escala. Esses 4 mA garantem essa alimentação de base — o instrumento nunca fica “morto” durante a operação normal.
O ganho maior, porém, é o diagnóstico. Com zero vivo, existe uma diferença clara entre dois cenários que, numa escala 0-20 mA, seriam indistinguíveis: o processo legitimamente no mínimo (4 mA) e a malha em falha (próximo de 0 mA). Se a corrente cai abaixo de cerca de 3,6 mA, não é o tanque vazio nem a pressão zero: é cabo rompido, borne solto ou transmissor sem alimentação. O sistema de controle sabe, na hora, que aquele ponto não é confiável — e pode disparar um alarme em vez de tomar uma decisão com um valor falso. No simulador, clique em Romper cabo e veja a corrente desabar para zero e o diagnóstico saltar para falha.
A matemática do sinal
Uma reta entre 4 e 20 mA — e duas pontas que significam falha
Entre 4 e 20 mA o valor de processo é uma simples reta: cada miliampère corresponde a um pedaço fixo da escala configurada. Fora dessa faixa, nas pontas, o sinal deixa de ser medição e passa a ser diagnóstico NAMUR NE 43. Quando a malha precisa ser calibrada de verdade — com calibrador rastreado, verificação da resistência do laço e laudo da instalação com responsável técnico — a simulação didática dá lugar a um trabalho de engenharia com ART. A Token Engenharia executa esse serviço em todo o Brasil.
A interpolação linear governa a faixa saudável; as pontas vermelhas são o território da falha.
Calculando o valor de processo (PV) a partir da corrente
Como o sinal é linear, converter miliampères em valor de processo é uma interpolação de primeiro grau. Você precisa de três informações: a corrente atual I, o valor no fundo de escala LRV (o que corresponde a 4 mA) e o valor no topo de escala URV (o que corresponde a 20 mA). A fração da faixa percorrida é (I − 4) dividido pelo span de corrente, 16 mA. Multiplicada pelo span da grandeza (URV − LRV) e somada ao LRV, dá o valor de processo:
| Grandeza | Fórmula | Exemplo (LRV 0, URV 100 cm) |
|---|---|---|
| Valor de processo (PV) | PV = LRV + ((I − 4) / 16) × (URV − LRV) | 12 mA → 0 + 0,5 × 100 = 50,0 cm |
| Percentual de escala | % = ((I − 4) / 16) × 100 | 12 mA → 50,0% |
| Corrente a partir do PV | I = 4 + ((PV − LRV) / (URV − LRV)) × 16 | 75 cm → 4 + 0,75 × 16 = 16,0 mA |
| Conta do CLP (S7) | conta = c_min + ((I − 4) / 16) × (c_máx − c_min) | 12 mA → 5530 + 0,5 × 22118 = 16.589 |
| PV a partir da conta | PV = LRV + ((conta − c_min) / (c_máx − c_min)) × (URV − LRV) | 16.589 → 50,0 cm (confere) |
Os pontos âncora são fáceis de memorizar e servem de conferência rápida no campo: 4 mA é sempre o LRV; 8 mA é 25% da faixa; 12 mA é o meio, 50%; 16 mA é 75%; e 20 mA é o URV. Se o transmissor está calibrado e o multímetro lê 12 mA, o valor de processo tem de cair exatamente no meio da escala — qualquer desvio aponta erro de calibração ou de escala. A fórmula vale para qualquer grandeza, inclusive com LRV negativo: num transmissor de temperatura de −50 a 150 °C, 8 mA dão −50 + 0,25 × 200 = 0,0 °C. O simulador aceita esses casos e mostra a conta inteira ao lado, para você ver os três resultados (PV, percentual e conta) sempre coerentes.
A conta do CLP: por que o número do programa não é o miliampère
Quem programa CLP descobre cedo que o módulo de entrada analógica não entrega miliampères ao programa. Ele entrega uma contagem inteira — a “palavra” que o conversor analógico-digital produz. Essa contagem é apenas outra escala linear do mesmo sinal, e a faixa dela depende da plataforma e do módulo. O ponto de tropeço clássico é achar que 4 mA correspondem a zero contas: na maioria das plataformas, não.
Num Siemens S7 configurado para 4-20 mA, a faixa normalizada vai de 5530 contas (em 4 mA) a 27648 (em 20 mA) — e 5530 é justamente 4/20 de 27648, o que confirma o zero vivo embutido na própria escala do cartão. Já um módulo genérico de 16 bits costuma ir de 0 a 65535, e um Allen-Bradley legado de 14 bits, de 3277 a 16383. A conta sai pela mesma interpolação do PV, só trocando a escala da grandeza pela escala de contas. Quem programa precisa fazer o caminho de volta: escalonar a contagem para a grandeza de engenharia. O simulador mostra a contagem ao vivo e recalcula o PV a partir dela — se o PV direto e o PV da conta batem, a escala do programa está consistente; se divergem, há erro de parametrização do bloco de escala.
Os presets do simulador para plataformas com variação por firmware (WEG, Schneider) aparecem como campo manual, com o aviso a verificar: o número exato precisa vir do manual do módulo, não de memória. É a mesma honestidade técnica que se espera de um laudo.
NAMUR NE 43: como o laço sinaliza falha
A grande virtude do 4-20 mA com zero vivo é transformar a própria corrente em um sistema de diagnóstico. O NAMUR NE 43 é a recomendação que padroniza como um transmissor usa as regiões fora da faixa de medição para sinalizar problema, de forma que qualquer sistema de controle interprete o sinal da mesma maneira. As fronteiras usadas no simulador são estas:
- Abaixo de 3,6 mA — Falha de baixa (Fail Low): a corrente caiu para perto de zero. Causa típica: cabo rompido, borne solto, fonte desligada ou transmissor sem alimentação. O valor de processo é indisponível — não se calcula nível com o laço aberto.
- Entre 3,6 e 3,8 mA — Aviso de baixa: zona de borda, sinal abaixo da faixa útil; merece atenção mas ainda não é falha franca.
- Entre 3,8 e 20,5 mA — Sinal saudável: é a faixa de medição legítima, onde a interpolação linear vale e o badge fica verde.
- Entre 20,5 e 21,0 mA — Aviso de alta: sinal acima da faixa útil, zona de borda superior.
- Acima de 21,0 mA — Falha de alta (Fail High): a corrente saturou. Causa típica: curto no cabo ou defeito eletrônico do transmissor.
No simulador, o badge muda de cor exatamente nessas fronteiras, ao vivo, conforme você arrasta a corrente: verde na faixa saudável, âmbar nas zonas de aviso, vermelho nas de falha. É a forma mais rápida de fixar os limites na cabeça antes de configurar o alarme no sistema supervisório.
Diagnóstico de falha: rompimento, curto e transmissor congelado
Cada modo de falha de uma malha 4-20 mA tem uma assinatura própria na corrente, e reconhecê-la é metade do diagnóstico em campo. O simulador reproduz os três casos mais comuns com botões dedicados:
- Rompimento de cabo: o laço abre, a corrente cai para perto de 0 mA e o sistema indica Fail Low. Na cena, os dois fios se separam, surge o raio de ruptura e o badge fica vermelho. É a falha que o zero vivo foi feito para denunciar.
- Curto no cabo: a corrente dispara acima de 21 mA, Fail High. Acontece quando os dois condutores se tocam ou quando a eletrônica do transmissor falha em curto. O ponteiro do miliamperímetro bate no fim da escala.
- Transmissor congelado (valor stale): o caso mais traiçoeiro. A saída trava num valor que parece válido — por exemplo 12 mA — mesmo com o processo mudando. Não há alarme óbvio: o nível na tela parece bom, mas é um valor velho. O simulador marca esse estado com um aviso de congelado, lembrando que um sinal estável demais também pode ser sintoma de defeito.
Em todos os casos, o oscilograma na parte de baixo registra o instante exato do evento com uma linha vertical, do mesmo jeito que um registrador de tendência no supervisório guardaria o histórico. Treinar o olho nessas assinaturas na bancada virtual antecipa, sem risco, o que no painel só apareceria com a planta parada.
Quando chamar a Token: do simulador à malha real
Este simulador é um modelo didático do sinal 4-20 mA, ótimo para enxergar a interpolação, a conta do CLP e o diagnóstico NAMUR NE 43 antes de ir ao campo. Mas ele deliberadamente não trata o que separa o desenho da instalação real:
- a resistência do cabo e a queda de tensão no laço, que limitam a distância e a carga (burden) que a fonte de 24 V consegue alimentar;
- a capacitância parasita e o ruído eletromagnético em cabos longos próximos de inversores e motores;
- a comunicação HART sobreposta ao sinal de corrente;
- a calibração rastreada do transmissor com calibrador padrão e a verificação da malha de controle ponta a ponta.
A decisão de qual transmissor, qual escala, qual proteção e qual aterramento são adequados a uma instalação específica é projeto de engenharia. Exige levantamento de campo, verificação da malha, calibração e uma memória consolidada num laudo com responsável técnico e ART. A Token Engenharia executa o comissionamento de instrumentação, a revisão de malhas 4-20 mA e o laudo da instalação industrial, assinado, em todo o Brasil.
Loop entendido, planta instrumentada
Alimentação, carga máxima e blindagem de cada malha real entram na montagem e comissionamento de equipamentos — instalação e teste ponto a ponto.
Perguntas frequentes
Como funciona uma malha de corrente 4-20 mA a dois fios?
O mesmo par de fios alimenta o transmissor e carrega o sinal. A fonte de 24 V fecha o laço com o transmissor, o cabo e o resistor de leitura na entrada do CLP. O transmissor funciona como fonte de corrente: regula a corrente do laço inteiro entre 4 e 20 mA conforme a grandeza medida. Como é corrente, o sinal não se degrada ao longo do cabo — a mesma corrente passa por todo o laço.
Por que o sinal começa em 4 mA e não em zero?
4 mA é o zero vivo: alimenta a eletrônica do transmissor a dois fios e, principalmente, permite distinguir o processo legitimamente no mínimo de uma falha. Abaixo de ~3,6 mA não é o processo em zero, é o laço aberto — cabo rompido ou transmissor sem alimentação. É o fundamento do diagnóstico NAMUR NE 43.
Como o valor de processo (PV) é calculado a partir da corrente?
Por interpolação linear: PV = LRV + ((I − 4) / 16) × (URV − LRV), com span de corrente fixo de 16 mA. Para um transmissor de 0 a 100 cm, 12 mA dão exatamente 50 cm. O simulador mostra essa conta ao vivo e o tanque enche na proporção.
O que é o NAMUR NE 43 e quais são os limites?
É a recomendação que padroniza como o 4-20 mA sinaliza falha pelas regiões fora da faixa: abaixo de 3,8 mA aviso de baixa, abaixo de 3,6 mA falha de baixa; acima de 20,5 mA aviso de alta, acima de 21,0 mA falha de alta. Entre 3,8 e 20,5 mA o sinal é saudável. No simulador o badge muda de cor exatamente nesses limites.
O que é a contagem do CLP e por que ela não bate com o miliamperímetro?
O módulo de entrada converte a corrente numa contagem inteira pelo conversor A/D. A faixa depende da plataforma: Siemens S7 4-20 mA vai de 5530 a 27648; genérico 16 bits, 0 a 65535. A conta sai pela mesma interpolação do PV. O programador precisa escalonar a conta de volta para a grandeza de engenharia — o simulador mostra a conta e recalcula o PV a partir dela para conferir consistência.
Como diagnosticar rompimento de cabo, curto e transmissor congelado?
Cabo rompido: corrente abaixo de 3,6 mA, Fail Low. Curto no cabo: corrente acima de 21 mA, Fail High. Transmissor congelado: a saída trava num valor que parece válido mesmo com o processo mudando — um PV velho (stale) sem alarme óbvio. No simulador os três botões reproduzem cada caso e o oscilograma marca o instante do evento.
Este simulador substitui a calibração em campo e o laudo da instalação?
Não. É um modelo didático do sinal 4-20 mA. Não modela resistência de cabo, queda de tensão, capacitância parasita nem HART, e os presets de CLP com incerteza ficam marcados como a verificar. A calibração com calibrador rastreado, a verificação da malha e o laudo da instalação com ART são projeto de engenharia. A Token Engenharia executa esse serviço em todo o Brasil.
Token Engenharia · Atuação nacional
Do simulador à malha de instrumentação real, com ART
A ferramenta mostra como o sinal 4-20 mA se comporta; a Token Engenharia entrega o comissionamento de instrumentação, a revisão de malhas de controle e o laudo da instalação industrial com responsável técnico e ART em todo o Brasil.