Tín hiệu analog 4-20ma rs485 là gì ? Cách chuyển 4-20ma ra rs485

Analog 4-20ma ra modbus rtu được coi là một trong những giải pháp cốt lõi trong việc thu gọn các tín hiệu điện; dòng điện nằm trong phạm vi nhỏ ta gọi là dòng điện analog. Gom chúng lại cho ra tín hiệu modbus rtu dưới dạng modbus rs485 là đa phần

Với giải pháp chuyển đổi tín hiệu analog 4-20ma sang modbus rtu cung cấp cho chúng ta một đường truyền thông số dữ liệu chính xác; tốc độ tải thông tin về máy chủ nhanh. Đồng thời; đây được coi là giải pháp thu thập và cung cấp dữ liệu đạt mức chi phí thấp nhất

Đầu tiên chúng ta sẽ liệt kê kỹ các vấn đề liên quan đến việc chuyển đổi tín hiệu analog ra modbus rs485 thông qua các bộ chuyển đổi tín hiệu modbus về mô hình kết nối; lắp đặt và các thông số kỹ thuật tổng quan để chúng ta dễ chọn lựa các phương án tối ưu trong việc giám sát sản xuất

Bộ chuyển đổi tín hiệu modbus rs485 là gì

Bộ chuyển đổi modbus rs485 là một con transmitter dùng để biến đổi trạng thái các tín hiệu analog thành tín hiệu modbus ở dạng truyền thông theo chuẩn tín hiệu rs485. Hay nói đơn giản đây là một loại thiết bị chuyên thu gom nhiều tín hiệu analog và chuyển đổi chúng thành 1 tín hiệu modbus truyền thông 2 dây

Mà tín hiệu analog thì sinh ra từ các thiết bị đo như chênh áp; áp suất; nhiệt độ, lưu lượng…. Thể hiện thông qua các output 4-20ma, 0-20ma, 0-17ma, 0-5v, 0-10v….. Đó chính là các tín hiệu gọi tắt là analog dòng điện hoặc điện áp mà chúng ta thường thấy trong các hệ thống sản xuất

Ví dụ:

Chuyển đổi tín hiệu 4-20ma ra modbus rs485

Chuyển đổi tín hiệu 0-10v ra modbus rs485

Thông số kỹ thuật bộ chuyển đổi analog 4-20ma ra modbus

Đối với các bộ chuyển đổi analog ra rs485 chúng ta chỉ nên quan tâm input cổng vào analog gồm có bao nhiêu cổng. Vì mấy thiết bị transducer này nó có nhiều loại đa dạng ví dụ như transducer input 4 analog ra rs485 hoặc 8 analog ra rs485; hoặc 2-3 analog gì đó; thậm chí có cả các con transducer chuyển đổi nhiệt độ ra rs485……

Dưới đây là một vài điểm quan trọng để nhận dạng các transducer chuyển đổi 4-20ma sang modbus rtu thông dụng:

Nguồn cấp 24v

Riêng đối với analog 4-20ma ra rs485 nó tới 2 loại:

• Input đầu vào 4 analog 0-20ma, 4-20ma, 0-10v, 0-5v….
• Input đầu vào 8 analog tương tự như trên

Khi input đa kênh xong thì bộ chuyển đổi modbus sẽ đảm nhận nhiệm vụ gửi tín hiệu đi thông qua truyền thông rs485 dựa vào 2 dây dẫn tín hiệu

Tốc độ truyền thông tin dữ liệu về data logger hoặc hmi, plc nó tầm 115.200 bps. Và tất nhiên tốc độ này chúng ta có thể hiệu chỉnh được thông qua vấn đề cài đặt bằng cách gạt swich trực tiếp trên thiết bị chuyển đổi rs485 đó

Độ phân giải 16 bit

tính tin cậy trong qua trình truyền dữ liệu 0,1%

Lọc nhiễu 1,5 Kvac

Tối đa gửi thông tin trong phạm vi 1200m

Bộ chuyển đổi analog sang modbus có thể kết nối max 32 thiết bị

Kích thước: 17.5 x 100 x 112 mm

Đấy là những thông tin chi tiết của transducer modbus rs485 có khả năng input tối đa 4-8 tín hiệu analog. Ví dụ nếu như chúng ta có 35 tín hiệu analog thì có thể ứng dụng 4 bộ 8 input analog và 1 bộ input 4 analog ra modbus; còn nếu sử dụng cả 5 bộ 8 analog đầu vào sẽ rất lãng phí

Vậy Tín hiệu analog là gì ? Làm sao để tạo ra các tín hiệu analog ? Analog gồm cả thảy bao nhiêu tín hiệu. Tín hiệu modbus rtd là gì ? Modbus rs485 là gì. Tại sao phải chuyển đổi analog 4-20ma ra modbus rtu rs485 ?

Anh em cùng tìm hiểu chi tiết bài chia sẻ bên dưới nhé !

Để giải quyết cho câu hỏi liên quan đến tiêu đề chính chuyển đổi tín hiệu analog ra modbus rs485 thì chúng ta sẽ tìm hiểu chi tiết một số vấn đề:

Tín hiệu analog là gì

Analog là một loại tín hiệu giao tiếp thông dụng giúp truyền tải thông tin từ thiết bị này sang một thiết bị khác thông qua một loại dây dẫn điện. Nói nôm na dễ hiểu thì tín hiệu analog là một hệ thống ghi nhận và truyền dữ liệu giúp con người có thể thông qua các bộ giải mã analog để hiểu sâu hơn về hệ thống sản xuất mình đang vận hành

Ở đây chúng ta có 2 loại tín hiệu analog chính:

• Analog được truyền đi dưới dạng kỹ thuật số hay còn gọi tín hiệu analog kỹ thuật số
• Analog tương tự

Tín hiệu tương tự là gì

Tín hiệu tương tự là một dạng thông điệp mang tính chất truyền tải liên tục; loại tín hiệu này được ứng dụng rất nhiều trong các hệ thống sản xuất giúp truyền tải thông điệp đến người dùng

Thể hiện bản chất các tín hiệu tương tự chính là các tín hiệu dòng điện; điện áp xuất phát từ các thiết bị khác nhau như áp suất; nhiệt độ; lưu lượng hay quang điện từ…..

Theo bản vẽ thiết kế thì các tín hiệu tương tự sẽ chạy theo hình sóng có chu kỳ nhấp nhô lên xuống nhất định thể hiện tính liên tục trong quá trình đo và truyền thông tin dữ liệu

Và điểm đặc biệt; thông qua một transmitter thông dụng chúng ta có thể chuyển đổi các tín hiệu tương tự sang tín hiệu kỹ thuật số một cách dễ dàng; đồng thời việc ứng dụng các bộ chuyển đổi tín hiệu kỹ thuật số sang tín hiệu tương tự cũng trở nên đơn giản hẳn

Tín hiệu kỹ thuật số là gì

Đối với ngành công nghiệp thì điện áp; dòng điện hay tín hiệu công suất truyền tải đều được quy chúng dưới dạng tín hiệu analog. Và để đồng nhất analog giữa 2 hệ thống truyền tải thì bắt buộc phải có một bộ giải mật mã các tín hiệu analog này. Đó được gọi là bộ đọc tín hiệu analog; và từ đây con người có thể giám sát và điều khiển chúng

Cách để mà tạo ra các tín hiệu analog

Xét về mặt khách quan trong hệ thống công nghiệp thì tín hiệu analog được phân chia làm 2 loại:

• Tín hiệu analog dạng dòng: 4-20ma, 0-20ma
• Tín hiệu analog dạng điện áp: 0-1v, 0-5v, 0-10v, 3v, 7v….

Để mà có được tín hiệu analog người ta phải thông qua một hệ thống giám sát nhiệt độ; đo lưu lượng nước hoặc đo mức nước

Ví dụ:

Cảm biến nhiệt độ tín hiệu xuất ra sau khi đo nhiệt là điện trở những thông qua transmitter chuyển đổi trung gian nó output ra 4-20mA

Cảm biến siêu âm đo mức nước xuất ra dòng tương ứng 4-20ma ….

Đó là những cách thức hình thành các tín hiệu analog trong công nghiệp hiện nay. Tuy nhiên; analog thôi vẫn chưa đủ

Người sản xuất họ vẫn muốn tiến lên tầm cao mới nhằm cải thiện các tín hiệu truyền tải thông tin. Từ đó; modbus rs485 ra đời

Việc chuyển đổi tín hiệu analog 4-20ma ra modbus rtu là một bước ngoặc lớn giúp chúng ta giải quyết được các vấn đề liên quan đến điều khiển giám sát trong nhà máy một cách gọn gàng; chính xác với khả năng gửi thông điệp rất xa

Analog 4-20ma là gì

Analog 4-20ma là một trong những tín hiệu dòng điện tiêu chuẩn được output ra trong số các thiết bị giám sát tại hệ thống. Và nó hoàn toàn không bị ảnh hưởng bởi các vấn đề sụt áp hay quá áp với điều kiện dòng điện nguồn cấp phải luôn trong trạng thái lớn hơn tổng điện áp giảm

Tín hiệu 4-20ma luôn được lắp đi lắp lại trong các chu kỳ truyền tải thông tin nên chúng ta thường gọi là vòng lặp 4-20ma. Chúng có các đặc tính riêng biệt như sau:

Đa số các thiết bị có tín hiệu ra là dòng analog 4-20ma thì gần như 100% đều sử dụng nguồn 12 hoặc 24v là chủ yếu. Nguồn 10v và 30v là thứ yếu. Có những dòng tín hiệu analog 4-20ma cũng có thể output từ những thiết bị nguồn 220v nhưng khá ít

Tất nhiên tất cả các tín hiệu 4-20ma đều truyền tải thông tin bằng 2 dây tín hiệu điện. và chugns thể hiện rất rõ nét khi các thiết bị tiến hành đo đạc

Ví dụ

Cảm biến đo mức chất lỏng phạm vi 6m chẳng hạn với đầu ra 4-20mA . Điều này có nghĩa là sao ?

Nghĩa là nếu ở phạm vi 0m nước thì tất nhiên dòng ra cảm biến sẽ là 4mA. Và tất nhiên khi chất lỏng dâng cao tầm max 6m chắc chắn đầu ra thể hiện con số 20mA tương ứng

Các loại tín hiệu 4-20mA

Đa số chúng ta chỉ chú ý đến tín hiệu analog 4-20ma mà hoàn toàn không hay biết sự tồn tại 4-20ma nó ở nhiều thể trạng khác nhau

Và chắc chắn một điều chúng đều có sự khác biệt. Dưới dạng analog 4-20ma này sẽ chỉ áp dụng riêng cho mục đích này mà thôi

Ví dụ:

Cảm biến đo độ ph của chất lỏng ra 4-20ma thì đây là một dạng dòng 4-20ma thông dụng mà chúng ta gặp hoài và đây là dạng analog có áp kèm theo

Cho nên mới có chuyện nhiều thiết bị không cần cấp nguồn trực tiếp mà lấy chính điện áp trên dòng 4-20ma để làm nguồn cho thiết bị hoạt động

Nhưng nếu con cảm biến nhiệt độ sau khi đấu nối với transmitter ra 4-20ma thì nó y chang như dòng 4-20ma. Ty nhiên; nếu ta lấy tín hiệu này qua một bộ điều khiển pid thì nó sẽ biến đổi thành 4-20ma pid tuyến tính ứng dụng cho việc điều khiển van

Tín hiệu modbus rtu là gì

Để mà đánh dấu bước ngoặc ứng dụng của các bộ chuyển đổi tín hiệu analog 4-20ma ra modbus rtu hay người ta còn gọi phổ thông là modbus rs485 ấy thì bắt buộc chúng ta phải nghiên cứu kỹ modbus rtu là gì

Và tại sao ! Trước giờ vẫn đọc được dữ liệu dựa trên các tín hiệu analog 4-20ma thông tin truyền về. Mà nay phải đổi gần như 99% các dòng analog 4-20ma ra modbus rtu ?

Modbus rtu là gì

Modbus rtu là một giao thức truyền thông nối tiếp có độ tin cậy cực cao giữa các thiết bị đo và máy chủ. Và nó được ứng dụng rất rộng rãi trong hầu hết các hệ thông nhà máy sản xuất hiện nay do modicon là đơn vị tiên phong phát triển mạnh mẽ nay thương hiệu mới chính là Schneider Electric

Modbus rtu chúng ta có 2 loại thông dụng chính hay dùng cho các nhà máy:

• Modbus rs485
• Modbus rs232

Nếu sử dụng các tín hiệu modbus rtu chúng ta chỉ ghi nhớ nguyên tắc truyền thông giữa các master và slave

Trong đó:

Tín hiệu slave chính là các đường truyền rs485 hoặc rs232 từ các thiết bị đo như áp suất; nhiệt độ, lưu lượng…. Trên một hệ thống sản xuất có thể chỉ có 1 tín hiệu slave hoặc rất nhiều tín hiệu slave trên cùng một đường truyền 2 dây dẫn. Bản chất của modbus rs485 chính là thế

Tín hiệu master là một cổng nhận thu thập các slave chuyển đổi là thể hiện rõ nét các thông số nhiệt độ; áp suất…. để con người quan sát. Master có thể là các đồng hồ đọc tín hiệu modbus rs485 hoặc có thể là plc, hmi….Chúng đều có thể đại diện cho các master

Modbus rs485 là gì

Modbus rs485 là một chuẩn truyền thông modbus thông qua giao tiếp và chuyền tải dữ liệu về các master bằng 2 dây dẫn theo một cơ chế logic 0 hoặc 1 chạy theo chu kỳ không liên tục

Câu hỏi đặt ra: Giả sử nếu như có sự sụt áp hay quá áp xảy ra bất chợt thì liệu tín hiệu có ổn định hay không ?

Tất nhiên có thì 2 dây nếu xảy ra sụt áp thì nó cũng sụt đều và không xảy ra vấn đề lệch áp giữa các dây dẫn; nên chuyện tín hiệu rs485 vẫn gửi các thông điệp giám sát được từ thiết bị đo tới các bộ ghi nhận và lưu trữ dữ liệu truyền thông một cách chính xác

Trên nguyên tắc nhận biết của các data khi dữ liệu truyền về thông qua dây A trong 2 dây A và B. Nếu như dây A ta mặc định ở trạng thái 0 và dây B là 1 thì dữ liệu nhận biết mặc định là 0. nhưng nếu A là 1 thì nó mặc định dữ liệu là 1

Chính vì có sự phân bổ trên nên cho dù bất kỳ nguyên nhân nào xảy ra thì đường truyền 2 dây modbus hoàn toàn không thay đổi. Đây là điều kiện tiên quyết giúp các tín hiệu modbus rs485 luôn truyền được rất xa và ổn định hơn các dòng analog.

Và đấy cũng chính là một trong những lý do người dùng muốn dùng các bộ chuyển đổi modbus rs485 để luân chuyển trực tiếp các tín hiệu analog 4-20ma ra modbus rtu

Bên cạnh đó; một ưu điểm rất lớn của các bộ chuyển đổi modbus chính là sự liên kết giữa các tín hiệu với nha. Nếu như analog 4-20ma thì chỉ có sự liên kết độc lập thì modbus rs485 có sự liên kết sâu chuỗi 32 kênh tín hiệu trên một đường truyền 2 dây dẫn

Modbus rs232 là gì

So với rs485 thì modbus rs232 nó chỉ là một dạng thiết kế cổng Com. Nếu để ý chúng ta sẽ thấy các cổng kết nối com này ở các máy chiếu; máy quay phim, máy tính để bàn….

Mà đã dùng cổng COM thì mặc định đường truyền luôn là tín hiệu modbus rs232 với mục đích kết nối với các thiết bị máy in; máy truy xuất dữ liệu theo dạng văn bản; máy fax và một số thiết bị khác

Nếu modbus rs485 truyền thông dữ liệu trên 2 dây dẫn thì modbus rs232 nó có thêm dây dẫn thứ 3 đó là các dây truyền tải tín hiệu; dây thu thập dữ liệu và cuối cùng là dây nối đất theo các ký hiệu lần lượt Tx, Rx , GND

Nếu anh em đã muốn sử dụng tín hiệu rs232 thì chỉ dùng được quanh quanh tầm 12-15 mét là max rồi; vì bản chất truyền thông dữ liệu theo chuẩn rs232 nó chả chuyền đi được bao xa

Modbus rs485 khác rs232 như thế nào

Riêng về dòng tín hiệu modbus rs485 \ rs232 chỉ có một điểm giống duy nhất là các bộ chuyển đổi tín hiệu phù hợp truyền tải thông tin dữ liệu đến các bộ ghi và lưu trữ thông tin dữ liệu

RS485 # RS232:

Về vấn đề phạm vi truyền tải thông tin dữ liệu:

Modbus rs485 luôn có cái nhìn tổng quan truyền xa hơn rất nhiều so với phạm vi truyền tải dữ liệu của tín hiệu rs232. Cụ thể: Tín hiệu modbus rs485 tối đa truyền 1,1 km trong khi rs232 chỉ truyền nằm trong phạm vi 10-15m

Đối với khả năng kết nối thiết bị:

Truyền thông rs485 kết nối max 32 thiết bị đối với mạng nào cũng được trong khi liên kết tín hiệu của các chuẩn modbus rs232 thì theo nguyên tắc point to point nên khả năng kết nối thiết bị luôn trong trạng thái hạn chế

Tốc độ truyền:

Tín hiệu rs485 luôn có tốc độ nhanh thay đổi được theo nhiêu phương pháp cài đặt những tín hiệu rs232 thì hoàn toàn không

Chính vì sự khác biệt trên nên 99% các transmitter modbus thời này luôn có xu hướng chuyển đổi analog 4-20ma; hoặc 0-10v ra modbus rs485 thông qua nhiều kênh hay còn gọi là cơ chế đa kênh tín hiệu thay vì vận dụng modbus rs232

Ưu điểm thiết bị truyền thông modbus rtu 

Với cái việc ứng dụng các chuẩn truyền thông modbus rtu vào hệ thống sản xuất ngày này cho ta thấy rất rõ nét các ưu điểm thực tế mà dòng modbus này mang lại từ vấn đề lắp đặt có đến tính tin cậy:

Nếu như dùng 4-20ma thì ta tiêu tốn rất nhiều card plc để kết nối dây dẫn cho nó đọc. Vì bản chất hệ thống giám sát mà tín hiệu 4-20ma nó quá dày đặc

Tuy nhiên nêu dùng modbus rs485 thì lại khác do tính chất kết nối với nhau truyền tải trên 2 dây nên chỉ cần 1 card modbus gắn vào plc là có thể đọc được rất nhiều dòng truyền thông do tín hiệu modbus rtu đổ về. Và đấy chính là ưu điểm cốt lõi nên có khi ta ứng dụng tín hiệu modbus

Với rs485 khi nó gửi thông tin dữ liệu có thể lên tới phạm vi 1200m trong khi các tín hiệu analog hoàn toàn không có khả năng này. Bên cạnh đó; khi dùng truyền thông modbus thì chúng ta quen hẳn chuyện bị nhiễu thông tin đi vì nó hoàn toàn không thể xảy ra

Quan trọng nhất là khi thay thế thiết bị nếu mà dùng truyền thông modbus rtu thì chúng ta chả cần quan tầm nó xuất phát từ hãng nào. Chỉ cần chung chuẩn là nó hoàn toàn thế vào đọc được hết ( Chúng ta chỉ cần quan tâm thương hiệu đó có độ tin cây cao trong khi đo đạc hay không mà thôi )

Nhược điểm bộ chuyển đổi tín hiệu modbus rtu

Đối với các tín hiệu analog 4-20ma hay tín hiệu digital thì tất nhiên khi đấu nối trực tiếp về plc, hmi hay scada nó đều có tính năng truyền tín hiệu với tốc độ nhanh hơn modbus rs485. Và điều này chỉ đúng khi và chỉ khi trong phạm vi khoảng cách gần

Yêu cầu khi kết nối truyền thông modbus rtu thì các thiết bị lập trình plc hay him, scada phải xịn. Vì chỉ có những dòng xịn xuất xứ châu âu; mới có cấu hình thiết kế mạnh mẽ để đọc các thanh ghi do tín hiệu modbus truyền tải lên

Cho nên nếu anh em nào có như cầu chuyển đổi các tín hiệu 4-20ma hay 0-10v ra modbus rs485 thì phải cân nhắc kỹ các vấn đề đó; để sau này nó thuận tiện cho việc lắp đặt cũng như hiệu chỉnh thiết bị chuyển đổi theo đúng yêu cầu sản xuất

 

 

Tư Vấn Giải Pháp Kỹ Thuật

0972 56 05 06 – 0931 429 989 Mr Thành

Mail: thanh.nguyen@huphaco.vn

Đ/C:  Số 12 Đường 310, Rosita Khang Điền, Phường Phú Hữu, TP Thủ Đức, Tp Hồ Chí Minh