Đo dòng 4-20ma – Phát dòng 4-20ma luôn được người dùng chú trọng vì đây là những loại đồng hồ ứng dụng kiểm tra các thiết bị điện gắn trong nhà máy như thiết bị gắn trong din rail tủ điện; cảm biến đo hoặc các đầu giám sát plc, biến tần….
Phần tóm tắt thu gọn
Tuỳ vào từng chức năng đo phát mà phía đơn vị sử dụng yêu cầu để chia ra làm các phương pháp:
- Đo dòng 0-20ma 4-20ma
- Phát dòng 4-20ma 0-20ma
- Đo dòng 0-10v
- Phát dòng 0-10v
Trước hết chúng ta sẽ tìm hiểu sơ bộ về các dòng analog 4-20ma 0-10v !
Tín hiệu analog 4-20ma là gì
Analog 4-20ma là một dạng tín hiệu tuyến tính được xuất ra từ một loại thiết bị đo trong phương thức giám sát công nghiệp. 4-20ma được xem là chu kỳ tuần hoàn trong việc chia tỷ lệ theo phương thức tuyến tính
Ví dụ:
Giám sát áp suất trên đường ống bằng tín hiệu 4-20ma. Có nghĩa là chúng ta lắp một con cảm biến đo áp suất giả sử 0-6 bar thì 0-6 bar này mà con cảm biến đó được sẽ quy đổi tương ứng 4-20ma nếu như áp suất đường ống đang ở mức 3 bar thì chắc chắn dòng ra lúc này sẽ là 12mA. Đấy chính là bản chất analog 4-20ma
Hoặc giám sát lưu lượng nước bằng analog 4-20ma. Giả sử lưu lượng dòng chảy là 2m3/h DN đường ống 50. Nếu chúng ta muốn giám sát điều khiển dòng chảy tuyến tính một cách tự động thì phải lắp thêm một con đồng hồ đo lưu lượng nước dạng điện từ có tín hiệu đầu ra 4-20ma
Và chúng ta có thể hiểu analog 4-20ma chính là tín hiệu kết nối giữa các thiết bị đo và đầu đọc giải mã để con người nhìn vào có thể quan sát và cài đặt điều khiển được
Có bao nhiêu tín hiệu 4-20ma ?
Khác với các dòng tín hiệu analog tương tự. Loại dòng 4-20ma có tất cả 2 phương thức truyền đạt thông tin chính là dòng:
- 4-20ma active
- 4-20ma passive
Trong đó; xét về tính chính xác và tốc độ thong tin dữ liệu ổn định thì anh em có thể cân nhắc chọn dòng 4-20ma passive. Tuy nhiên; tuỳ vào từng trường hợp ví dụ như plc của siemens chỉ đọc được dòng 4-20ma active thì bắt buộc chúng ta phải chọn đầu analog 4-20ma active để đấu nối truyền tín hiệu về
Vậy thế nào là dòng 4-20ma active ? 4-20ma passive ?
Dòng 4-20mA active là gì
Analog 4-20ma active là dạng tín hiệu 4-20ma luôn có một tín hiệu áp kèm theo. Hay còn gọi tín hiệu 4-20ma trong dòng đan xen áp. Việc đan xen áp tối đa max 0-10V
Thông thường; nếu chú ý anh em sẽ thấy tất cả các thiết bị giám sát như cảm biến áp suất, cảm biến điện dung… có nguồn cấp nhỏ hơn 10V thì đó chính là những thiết bị đo cho ra output dòng 4-20mA active
Trường hợp đấu thiết bị cảm biến với đầu ra 4-20ma active vào biến tần hay plc thì anh em đấu nối như sau
Chính vì 4-20ma active có kèm dòng nên các thiết bị output 4-20ma active đều không cần phải cấp nguồn trong khi đấu nối.
Dòng 4-20ma passive là gì
Analog 4-20ma passive chính là loại 4-20ma không có áp kèm theo. Ví dụ như cảm biến siêu âm nguồn cấp 18…36V chẳng hạn thì nguồn của nó lớn hơn 10v nên dòng ra của siêu âm luôn là dòng 4-20ma passive
Do bản chất tín hiệu analog 4-20ma passive không có áp nên khi đấu nối chúng ta phải phụ thêm 1 bộ nguồn 24v để làm nguồn nuôi cho thiết bị đo
Cho nên muốn đấu nối tín hiệu 4-20ma từ cảm biến đo về plc thì anh em phải hiểu rõ bản chất của 2 dòng tín hiệu analog trên thì mới đấu chuẩn xác để thiết bị hoạt động
Ví dụ đấu nối tín hiệu analog 4-20ma passive vào bộ điều khiển plc chẳng hạn. Anh em có thể đấu nối dây tín hiệu như hình bên dưới
Tương ứng với 2 dòng 4-20ma trên chúng ta sẽ có 2 phương thức đấu nối khác nhau. Đấu nối ở đây có thể là về plc, biến tần hoặc các bộ giải mã 4-20ma mà các anh em đang ứng dụng
Kết luận: Cho dùng là dòng 4-20ma dạng active hay passive đều có chung một mục đích là dẫn truyền thông tin giám sát bằng dòng điện 4-20ma. Chúng chỉ khác nhau về phương thức đấu dây
Analog 0-10v là gì ?
0-10v cũng là một trong những tín hiệu analog quan trọng mà các bộ giải mã có thể hiểu và hiển thị cho con người quan sát. Mặc dù hiện nay khác xưa là các đầu đọc đều tích hợp đa năng nên phần lớn đều giải mã được các tín hiệu analog
Tuy nhiên, tín hiệu analog 0-10v và 4-20ma được xem là 2 dòng tín hiệu chuẩn ứng dụng để giám sát đo lường trong ngành công nghiệp hiện nay. Chính vì thế đi đâu trong nhà máy chúng ta đều thấy 98% các thiết bị đo sẽ sử dụng 2 loại analog này
Tại sao lại sử dụng tín hiệu analog 4-20ma thay 0-10v ?
Mặc dù sự phổ biến là thế những 4-20ma lại là dòng điện mà các nhà máy sản xuất lựa chọn trong việc mua các thiết bị giám sát. Bởi tính đặc thù của dòng analog 4-20ma ngoài sự đa dạng là dòng 4-20ma active và 4-20ma passive thì chúng còn đáp ứng được các tính chất:
- Khả năng giảm thiểu ảnh hưởng do nhiễu từ môi trường bên ngoài
- Tốc độ truyền dữ liệu và tính chính xác của thông tin luôn chuẩn
- Đường truyền thông tin bằng điện analog 4-20ma luôn xa hơn 0-10v
- Điểm đặc biệt là các thiết bị output 4-20ma hay có sẵn nên dễ dàng thay thế không phải chờ đặt hàng
Vậy ! Để kiểm tra các dòng analog 4-20ma hoặc analog 0-10v chúng ta phải sử dụng một con thiết bị có chức năng đo phát tạo dòng analog 4-20ma hoặc 0-10v để kiểm soát tính chính xác của thiết bị đo. Đồng thời; loại đồng hồ đo dòng này còn kiểm tra được thiết bị đo đang dùng ổn định hay bị hư hỏng
Tín hiệu 4-20ma truyền được bao xa ?
Tìm hiểu ở trên chúng ta đã hiểu rõ những lợi thế khi ứng dụng các analog 4-20ma trong việc chọn lựa thiết bị đo; vậy câu hỏi đặt ra là thông tin gửi gắm trên dòng analog 4-20ma đi được bao xa ?
Thực ra; đoạn đường mà tín hiệu 4-20ma truyền được tối đa lên tới 1000m khi thoả mã điều kiện không có vật thể gây nhiễu; không ảnh hưởng bởi tiếng ồn, độ rung và các nguyên nhân khách quan do môi trường bên ngoài tạo nên
Còn về truyền dữ liệu thông qua analog 4-20ma tốt nhất là 200-300m. Cho nên mới có chuyện ứng dụng các bộ cách ly khử nhiễu hay khuếch đại tín hiệu 4-20ma trong đường truyền thông tin
Ví dụ đường truyền dữ liệu từ cảm biến áp suất đo tới trung tâm giám sát thông qua analog 4-20ma là 1200m; thì cứ 300m chúng ta nên đấu với một bộ khuếch đại 4-20ma. Mục đích để tăng tính dẫn truyền cho tín hiệu và loại bỏ những ảnh hưởng nhiễu do môi trường xung quanh gây ra
Bộ đo dòng 4-20ma | 0-20ma giá rẻ
Về dòng 4-20ma người dùng muốn đo có nghĩa là họ muốn kiểm tra xem các thiết bị đo đạc trong nhà máy ví dụ như plc, biến tần, cảm biến áp suất hay nhiệt độ 4-20ma có xuất ra dòng chính xác hay không ?
Ví dụ:
Con cảm biến áp suất 0-250mbar cho đầu ra 4-20ma chẳng hạn thì bản thân nó khi chúng ta chưa gắn vào đường ống để đo áp chắc chắn nếu kiểm tra dòng ra hiện tại của thiết bị này sẽ tầm 3.980 hoặc 3.989mA ( Có nghĩa là gần 4mA ) thì xem như thiết bị đang hoạt động chính xác
Vậy để kiểm tra được tín hiệu con cảm biến áp suất trên có phải đang dao động 3,987 hay 3.989mA hay không thì chỉ có bộ đo dòng 4-20ma mới ra soát được và hiển thị trên màn hình cho chúng ta xem
Nếu giả sử tín hiệu đầu ra không có dòng 4-20ma hoặc tầm 3.8ma thì xác định con cảm biến mình đang sử dụng đã bị hư hỏng cần thay cái mới để giám sát áp
Cách đo dòng analog 0-20mA
Dòng analog 0-20mA cũng là một trong những đầu ra dưới dạng analog thông dụng và việc kiểm tra tín hiệu 0-20ma đáng để chúng ta cân nhắc. Việc kiểm tra tín hiệu dòng chuẩn hay không nó sinh ra nhiều trường hợp lắm
Ví dụ card plc đi nó nhận tín hiệu input đầu vào của cảm biến là dòng analog 4-20ma nhưng nó muốn xuất 1 tín hiệu đầu ra là 0-20ma chẳng hạn. Thì ngoài việc kiểm tra tín hiệu cảm biến đo xuất đúng hay không. Thì anh em còn phải sử dụng bộ đo dòng 0-20ma để test lại đầu output của plc xem dòng ra tỷ lệ đã chuẩn chưa
Hoặc một trường hợp khá hiếm nhưng thực tế đã xảy ra !
Người dùng đang sử dụng con cảm biến nhiệt độ với dải đo 0-100oC tương ứng đầu ra 4-20ma. Tuy nhiên; ông này lại muốn cũng trường hợp trên nhưng các anh cài thế nào để 4-20ma nó chỉ hiện 50oC thôi
Trường hợp này; anh em sẽ sử dụng một bộ chuyển đổi tín hiệu trung gian để input dòng 0-12ma từ cảm biến 0-100oC và calip đầu ra output bộ chuyển đổi 4-20mA thì chắc chắn nếu đấu vào plc chúng ta sẽ nhận được input 4-20ma và hiển thị tương ứng là 0-50oC
Và để kiểm tra tính chính xác của các dòng input / output của bộ chyển đổi trung gian chuẩn không – plc đọc đúng không thì bộ đo dòng 0-20ma chính là giải pháp tối ưu vì 4-20ma nó nằm trong khoảng đo này
Phát dòng 4-20ma 0-20ma bằng cách nào
Việc đo dòng 4-20ma thì chúng ta đã biết là để kiểm tra thiết bị đo hoạt động ổn định chính xác hay không. Vậy câu hỏi đặt ra:
Tại sao chúng ta phải phát dòng 4-20ma hoặc 0-20ma ? Làm cách nào để phát dòng analog 4-20ma ?
Thực tế; suy cho cùng thì việc phát dòng 4-20ma cũng vẫn là để kiểm tra độ nhạy và tính chính xác của thiết bị. Việc phát dòng này nó y như dạng chúng ta giả lập tín hiệu dòng analog mà hiện tại đang cần để phát ra kiểm tra
Ví dụ:
Một màn hình hiển thị áp suất đang bị chập chờn mà chúng ta không biết do cảm biến hay do đồng hồ bị hư thì chúng ta phải làm như nào ?
Cách đơn giản là dùng bộ đo dòng analog. Thì bộ này chúng ta đi đến chức năng đo dòng để kiểm tra tín hiệu cảm biến áp suất có bị hư hay không. Rồi sau đó; trên bộ đo dòng analog chúng ta đi đến chứng năng tạo dòng 4-20ma ( giải lập tín hiệu 4-20ma )
Mục đích giả lập tín hiệu 4-20ma để thay con cảm biến áp suất hiện tại. Thì khi đấu bộ phát dòng 4-20ma vào đồng hồ hiển thị chúng ta vặn thiết bị giả lập dòng cho nó chạy tuyến tính từ 0-20ma; và nếu như bộ hiển thị mà hiển thị con số thực tế không giống như dòng phát ra từ thiết bị đo thì chắc chắn đồng hồ hiển thị áp bị hư
Ưu điểm của đồng hồ đo phát dòng 4-20ma
- Đối với tín hiệu 4-20ma thì thiết bị này có thể đo phát được cả các dòng analog 4-20ma dạng active hay passive đều được. Cho nên với tất cả các trường hợp đo phát dòng analog 4-20ma trong hệ thống nhà máy ứng dụng loại đồng hồ này rất hiệu quả
- Bên cạnh đó; đây là loại đồng hồ đo dòng điện 4-20ma – Phát dòng 4-20ma loại giá rẻ có độ chính xác cao
- Thông thường; hiểu được khách hàng hay dùng các thiết bị này nên chúng tôi luôn trữ sẵn các thiết bị đo phát dòng 4-20ma để sử dụng test thiết bị cho khách khi đến công ty. Hoặc cung cấp giải pháp khi khách hàng nhà máy cần sử dụng
- Độ sai số của loại thiết bị đo dòng 4-20ma – Đo áp 0-10v lên tới 0.001V | 0.002mA
- Thông thường nếu đo phát dòng áp 0-10v người ta sợ thiết bị được đo chập chờn nên hãng đã thiết bị bộ đồng hồ này có thể phát áp tối đa 11V và phát dòng tối đa 21mA
- Điểm mạnh của thiết bị đo phát dòng analog này chính là lúc nào cũng có sẵn co thương mại bản sao hoặc bản chính để cấp khi khách hàng cần đến
Đồng hồ đo áp 0-10v 0-5v 0-1v
Việc đo áp để củng cố niềm tin rằng dòng áp cấp nguồn cho thiết bị đủ để cho nó hoạt động một cách ổn định và không xảy ra tình trạng thiếu nguồn đầu vào hoặc không có nguồn vào
Sử dụng đồng hồ đo áp còn giúp chúng ta kiểm tra được thiết bị cấp nguồn có ổn định không hay bị chập chờn và hư hỏng
Ví dụ
Một đầu dò pt100 tín hiệu ra 4-20ma đấu về bộ hiển thị nhiệt độ. Dùng một thời gian ta thấy đồng hồ hiển thị nhiệt bị nhảy số thậm chí đôi lúc còn mất số. Vậy ! Làm sao để biết bộ phận nào hư hỏng để thay thế ?
Đồng hồ đo áp sẽ giúp chúng ta xử lý chuyện đó ! Lấy đồng hồ đo dòng điện 4-20ma có tích hợp tính năng đo áp để kiểm tra nguồn cấp cho thiết bị ok chưa; kiểm tra đầu dò nhiệt độ bị hư hoặc transmitter bị hư hỏng ? Nếu tất cả ok thì khả năng bộ hiển thị có vấn đề….
Ngoài ra; có những trường hợp đấu dây thiết bị output tín hiệu 4-20ma dạng active thì trên dòng 4-20ma sẽ có nguồn áp dao động tầm 10-12v. Để nhận biết được nguồn điện áp này chúng ta cần phải dùng đồng hồ đo áp để kiểm tra dòng áp trên đường truyền đó
Đồng hồ phát áp 0-10v 0-7v 0-2v
Phát áp thông qua thiết bị đo dòng analog rất cần thiết bởi nếu chúng ta ứng dụng đồng hồ phát áp 0-10v 0-5v hoặc 0-1v…. thì xem như chúng ta đã giả lập một tín hiệu áp ảo để cung cấp cho thiết bị đo hoặc kiểm tra xem bộ nguồn cấp có bị hư hay không
Điểm đặc biệt của đồng hồ phát áp analog 0-10v chính là nó có thể cấp được mọi nguồn điện từ 10v trở lại ứng dụng trong trường hợp bộ nguồn hư; hoặc mất điện thì chúng ta có thể dùng nó để thay thế giúp hệ thống sản xuất hoạt động ổn định trong thời gian này
Riêng loại đồng hồ phát tín hiệu 0-10v này sử dụng bằng pin và chúng ta có thể phát áp liên tục trong vòng 20h mà không cần đến bất cứ nguồn điện nào cấp cho nó
Tư Vấn Giải Pháp Kỹ Thuật
0972 56 05 06 – 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
