Bộ lọc nhiễu – Khử nhiễu – Cách ly chống nhiễu cho cảm biến

Xử lý nhiễu tín hiệu analog được xem là giải pháp thiết thực cần phải triển khai nhanh chóng cấp thiết; để đảm bảo thông tin đo đạt giám sát tại hệ thống sản xuất luôn có báo cao chuẩn đưa về

Đây là vấn đề cực kỳ quan trọng. Vì tín hiệu là cách thức truyền thông tin mà cảm biến đo được; cho nên hệ thống anh bị nhiễu tín hiệu đồng nghĩa với việc thông tin giám sát bị sai lệch lớn. Từ đó cho thấy; dù anh em có mua cảm biến đo đạc độ chính xác cao tới đâu đi chăng nẵng thì một khi đã nhiễu là sai bét

Vậy xử lý nhiễu tín hiệu analog là gì ? Có bao nhiêu cách lọc nhiễu tín hiệu 4-20ma ? Những tác nhân gây nên nhiễu tín hiệu analog. Việc cách ly chống nhiễu cho các tín hiệu liệu có ảnh hưởng gì đến hệ thống sản xuất hiện tại hay không ?

Xử lý nhiễu tín hiệu analog

Nhiễu tín hiệu analog tiếng anh gọi là analog signal noise. Còn là việc xử lý nhiễu tín hiệu analog lại là một phương pháp lọc hay nói trắng ra loại bỏ hoàn toàn nhiễu để giúp ổn định tín hiệu

Thông thường trong một hệ thống giám sát; 90% đều hướng tới việc khử nhiễu tín hiệu 4-20ma. Vì đây là dòng điện analog thông dụng được tích hợp hầu hết trong các cảm biến đo hiện nay

Biểu hiện rõ ràng nhất khi tín hiệu bị nhiễu là các màn hình đọc analog đều bị nhảy số lên xuống liên tục; báo sai số lớn; không chạy số….. Đó là những biểu hiện thực tế do nhiễu mà chúng ta quan sát được qua bộ điều khiển

Vậy hình thù khi tín hiệu bị nhiễu ra sao ?

Xét về các xu hướng đồ thị mà dữ liệu báo về nếu như tín hiệu output ra từ các thiết bị giám sát như nhiệt độ; áp suất hay mực nước; độ ph….. bình thường không bị nhiễu nó rất mịn và bằng phẳng truyền đi theo một đường thẳng nhất định. Nhưng khi bị nhiễu do ảnh hưởng môi trường bên ngoài tín hiệu truyền đi sẽ có hình răng cưa thậm chí có chỗ đứt quãng không rõ ràng

Nguyên nhân gây nhiễu tín hiệu

Đối với một hệ thống máy móc sản xuất thì việc nhiễu tín hiệu analog do rất nhiều nguyên nhân gây nên như liên quan đến các thiết bị biến tần; plc, emc, dcs….. Thậm chí là vấn đề do từ trường của đường dây điện cao thế gây ra do nhà máy nằm gần đó

Dưới đây là một số tác động gây nhiễu tín hiệu cụ thể cho một số trường hợp thường gặp trong nhà máy:

Nhiễu tín hiệu do động cơ servo

Nói đến các thiết bị động cơ servo thì một số loại có công suất nó quá lớn nên khả năng sản sinh ra từ trường cực cao. Mà nguyên nhân chính gây nhiễu là do sự can thiệp của từ trường nơi mà các tín hiệu analog truyền tải qua

Bên cạnh đó; dây truyền tải tín hiệu từ các encoder trong thiết kế động cơ không tích hợp giúp bọc nhiễu; hoặc nguồn cấp không đủ cũng là một trong những nguyên nhân gây nên nhiễu tín hiệu động cơ

Bên cạnh đó; việc lắp các cảm biến output 4-20ma gần các động cơ servo là điều thường thấy vì diện tích lắp đặt quá hẹp.. Ngoài vấn đề gây nhiễu tín hiệu ra thì gần động cơ servo còn ảnh hưởng bởi sự rung động mạnh gây nên hư hao thiết bị trong quá trình đó đếm theo thời gian

Nhiễu tín hiệu analog từ biến tần

Riêng về việc tín hiệu đi qua các biến tần thì chắc chắn 100% bị nhiễu rồi. Vấn đề ở đây là nhiễu ít hay nhiễu nhiều thôi

Con biến tần công suất càng lớn thì độ nhiễu do từ trường tạo ra càng mãnh liệt. do vậy; việc khử nhiễu tín hiệu trong trường hợp đi qua biến tần chúng ta không thể bỏ qua

2 điểm nhấn thông thường gây nhiễu ở biến tần:

• Các sóng hài được phát triển mạnh mẽ tại biến tần khi chúng ta kích điện lưới cấp nguồn
• Đầu ra của biến tần tạo lượng sóng điện mạnh gây nhiễu từ trường

Tất nhiên; nhiễu tín hiệu có một số người nhìn qua là biết; nhưng một số sẽ không biết nguyên nhân do đâu và việc họ bảo do thiết bị đo đếm bị sai lệch là điều hoàn toàn có thể xảy ra

Tuy nhiên; để có bộ lọc nhiễu giá rẻ thì anh em phải lưu ý đến công suất từng loại biến tần. Ví dụ như bộ chống nhiễu cho biến tần 1,5 kw nó hoàn toàn khác so với bộ lọc nhiễu biến tần 4,5 Kw

Và tất nhiên cũng tuỳ vào từng trường hợp cụ thể ngoài nhiễu do biến tần còn loại nào gây nhiễu khác không. Cho nên nếu áp dụng thực tế nên khuyên anh em luôn chọn bộ transducer có khả năng loại bỏ nhiễu cao để đảm bảo hệ thống tín hiệu analog luôn hoạt động ổn định

Nhiễu tín hiệu 4-20ma từ plc

Đối với các hoạt động điều khiển ứng dụng plc lập trình thì anh em biết rồi. Mức quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến các sản phẩm tạo ra từ các hệ thống sản xuất

Chính vì thế; việc nghiên cứu các bộ cách ly để loại bỏ hoàn toàn nhiễu tín hiệu nhằm cài thiện thông tin truyền về trong hệ thống plc là điều hết sức quan trọng

Thông thường nhiễu tín hiệu trong plc được phát triển mạnh do các sóng hài tạo ra bởi dòng AC hoặc DC; Hiện tượng ngắn mạch tức thời. Riêng nhiễu plc nó có 2 loại:

• Nhiễu tín hiệu analog plc
• Nhiễu tín hiệu nguồn plc

Nhiễu tín hiệu do truyền tải dây xa

Thông thường đường dây truyền đi xa làm cho tín hiệu bị chập chờn không rõ ràng. Và chúng ta thường quy đo là do nhiễu tín hiệu những thực tế hoàn toàn không phải

Lý do tín hiệu chập chờn thực sự là do đường truyền tải quá dài gây nên sự nhợt nhạt yếu dần của tín hiệu nên chúng ta không thấy rõ ràng các thông số truyền về ổn định

Trong trường hợp này; việc sử dụng các bộ khuếch đại để cách ly và làm tăng độ mạnh tín hiệu để truyền tải đi xa được tốt hơn

Lời khuyên khi dùng bộ khuếch đại tín hiệu analog trong vấn đề truyền tải là cứ khoảng 300-350m nên dùng một bộ là tốt nhất; mắc dù tín hiệu analog truyền được khá xa nhưng không có nghĩa là không bị ảnh hưởng nhiễu nhẹ

4 giải pháp chống nhiễu tín hiệu 4-20ma

Trong vấn đề xử lý nhiễu tín hiệu analog mình phải phần biệt rõ ràng: Nhiễu tín hiệu nguồn hay tín hiệu analog thì mới có giải pháp khử nhiễu chuẩn xác. Thông thường; đối với nhiễu tín hiệu nguồn người ta hay ứng dụng biến áp cách ly để xử lý triệt để

Nhưng trong đề tài này chúng ta chỉ xoay quanh chủ yếu các vấn đề cách ly lọc nhiễu cho các tín hiệu analog nên anh em có thể tham khảo một trong các phương án sau:

Bộ cách ly tín hiệu khử nhiễu cho cảm biến

Thường các con cảm biến áp suất; đo mức hay bị nhiễu khá nhiều bởi từ chỗ lắp đặt chúng ta kéo dây tín hiệu về các tủ điện trung tâm nhằm sát sát nên đường truyền sẽ hay đi qua motor hoặc biến tần; có những chỗ từ trường cũng khá lớn

Trong trường hợp này anh em dùng bộ cách ly khử nhiễu tín hiệu cho rẻ. Bộ này thiết kế mỏng dễ dàng lắp đặt tủ điện; mua về chỉ việc đấu dây và gắn trên din rail tủ là xong

• Mức lọc nhiễu con này tầm 1500 Vac
• Thiết bị sử dụng nguồn 24v để duy trì hoạt động
• Các tín hiệu analog cần lọc nhiễu được phép đi qua bộ này bao gồm: 0-20ma, 4-20ma, 0-5v, 0-10v…..
• Tất nhiên; khi tiến hành lọc nhiễu thông qua các bộ cách ly ứng ứng dụng cho các cảm biến thì đầu vào như nào thì đầu ra phải cài đặt tương tự

Chống nhiễu tín hiệu analog thông qua transmitter

Transmitter chống nhiễu analog 4-20ma cũng là một bộ đáng để anh em quan tâm. Nếu mục trên là bộ thiết bị chống nhiễu giá rẻ. Thì đây là một con transducer có khả năng khử nhiễu tín hiệu hoàn toàn trong tất cả mọi trường hợp tại dây truyền sản xuất

• Loại này cũng sử dụng nguồn cấp 24v
• Về thiết kế dày gấp 2 – 3 lần bộ cách ly
• Khả năng cách ly khử nhiễu 3.750 vac
• Con transmitter chống nhiễu này được cài chúng ta có thể cài đặt thông qua phần mềm trên máy. Tất nhiên; đã cài được trên phần mềm thì có lợi thế hơn rất nhiều so với gạt swich.

Ví dụ gạt swich 4-20ma output 4-20ma nhưng nếu cài trên phần mềm ta có thể điều chỉnh input 4-20ma những output có thể 0-17ma chẳng hạn

Điều đa dạng hơn ở đây ngoài việc xử lý nhiễu tín hiệu analog thì bộ này còn có khả năng khử nhiễu các tín hiệu nhiệt độ; áp suất; điện trở biến trở một cách trực tiếp

Cho nên so về giá các bộ chống nhiễu 4-20ma khi mua thì con transmitter này có giá cao hơn con cách ly mỏng đề cập phía trên

Loại bỏ nhiễu bằng cách chuyển đổi analog sang modbus

Một cách tối ưu trong việc loại bỏ nhiễu tín hiệu analog là chuyển đổi hoàn toàn chúng về tín hiệu modbus rs485 rồi mua thêm các card đọc modbus gắn trực tiếp vào plc là xong

Tuy nhiên; đối với phương án lọc nhiễu này anh em phải thông dụng cách đọc và lập trình tín hiệu rs485. Đồng thời; hệ thống sản xuất phải đủ lớn để có nhiều tín hiệu 4-20ma làm chuyện đó

Vì thế mạnh của bộ chuyển đổi analog sang modbus nó chỉ rẻ và gọn gàng trong lắp đặt đấu nối dây khi và chỉ khi hệ thống nhiều analog 4-20ma hoặc 0-10v từ các thiết bị cảm biến truyền về

Chế mạch lọc nhiễu 4-20ma

Cuối cùng là thiết kế mạch lọc nhiễu 4-20ma bằng cách tự chế. Thường các anh việt nam hay mày mò mua linh kiện nước ngoài về rồi thiết kế tự chế các sơ đồ mạch chống nhiễu cho thiết bị của mình

Tuy nhiên; điểm mạnh ở đây cho các vi mạch khử nhiễu là giá cực rẻ nhưng đổi lại chúng ta đánh mất rất nhiều thời gian và công sức cho việc nghiên cứu này

Thêm vào đó; các mạch lọc nhiễu 4-20ma được chế xuất từ các linh kiện điện tử phải chất lượng chứ mua linh kiện dỏm cũng như không; mặt khác các mạch lọc nhiễu tự chế không bao giờ cách ly tín hiệu tốt bằng các thương hiệu lọc nhiễu tốt hiện nay

Trong các phương pháp xử lý nhiễu tín hiệu analog trên; thì việc chống nhiễu tín hiệu analog bằng các bộ transducer lọc 3750 vac được ứng dụng phổ biến nhất

Anh em nhà máy có thể yên tâm 100% khi sử dụng bộ này trong các hệ thống tín hiệu bị nhiễu dù bất kỳ trường hợp nào nó cũng hạn chế và ổn định nhiễu analog một cách tối đa so với cách mạch lập trình khác

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