Những điều cần biết về bộ chia tín hiệu 4-20ma

Bộ chia tín hiệu 4-20ma có chức năng chính là chia một tín hiệu 4-20ma thành 2 tín hiệu 4-20ma độc lập nhau. Điểm đặc biệt của thiết bị này là không làm suy giảm tín hiệu. Vì thông thường tín hiệu dòng 4-20ma là không thể đấu song song để lấy thêm một ngõ tín hiệu như là tín hiệu áp 0-10v, 0-5v hoặc 1-5v. Như vậy người ta chia tín hiệu 4-20ma thành 2 tín hiệu để làm gì, chúng ta sẽ tìm hiểu phần ứng dụng của nó ngay bên dưới.

Ứng dụng bộ chia tín hiệu 4-20ma

Một ứng dụng mà chúng ta thường hay gặp nhất đó là hiển thị và lấy tín hiệu áp suất cho 2 nơi khác nhau. Nếu chúng ta lắp đặt 2 cảm biến hoàn toàn khác nhau thì ít nhiều 2 cảm biến cũng đưa tín hiệu về bị sai lệch do mỗi cảm biến có nội trở khác nhau. Và bộ chia dòng 4-20ma sẽ giải quyết được vấn đề này. Nó giúp chia ra 2 tín hiệu 4-20ma hoàn toàn giống nhau do đó hiển thị và điều khiển cũng đồng bộ theo.

Ứng dụng khác trong ngành xử lý nước thải. Hiện nay toàn bộ dữ liệu phải được hiển thị tại chỗ đồng thời phải đưa về trạm quan trắc để xử lý. Như vậy ví dụ như một đồng hồ đo lưu lượng nước thải chỉ xuất được 1 tín hiệu 4-20ma mà trong khi đó chúng ta cần đến 2 tín hiệu 4-20ma. Lúc này chúng ta dùng bộ chia tín hiệu 4-20ma là phương pháp hợp lý nhất.

Ngoài ứng dụng là chia dòng 4-20ma thì thiết bị này còn có thêm chức năng chuyển đổi tín hiệu. Nó chuyển đổi từ tín hiệu 4-20ma sang tín hiệu 0-10v, 0-5v hoặc 1-5v. Đặc biệt là ứng dụng chuyển đổi tín hiệu 4-20ma từ cảm biến áp suất. Vì tại ngõ vào tín hiệu của nó có xuất nguồn loop 18vdc để cấp cho cảm biến áp suất hoạt động.

Ưu điểm bộ chia tín hiệu dòng 4-20ma

Có xuất nguồn loop 18vdc trên 2 dây tín hiệu 4-20ma tại ngõ vào. Do đó bộ chia tín hiệu 4-20ma có thể kết nối các thiết bị nguồn thụ động khác như: cảm biến áp suất, cảm biến nhiệt độ có lắp thêm bộ chuyển đổi.

Ngõ ra tín hiệu của bộ chia tín hiệu 4-20ma 857-423 cũng có xuất nguồn loop 12vdc với tín hiệu 4-20ma loại 2 dây. Chức năng này chỉ có một vài thương hiệu có được. Và nó cũng giúp ích cho việc đấu nối đầu ra với các thiết bị cần nguồn thụ động như van khí nén tuyến tính, các bộ hiển thị…

Mặt trước bộ chia tín hiệu dòng 4-20ma có 2 biến trở dùng để tinh chỉnh tín hiệu mức thấp và mức cao. Chức năng này giúp cho tín hiệu tại ngõ ra chính xác tuyệt đối.

Chúng ta có thể chọn lựa được tín hiệu ngõ vào và ngõ ra bằng DIP Switch ngay trên mặt hong của bộ chia tín hiệu 4-20ma. Điều này giúp cho người sử dụng thuận tiện hơn trong quá trình sử dụng. Đối với một số hãng khác phải kết nối với máy tính mới chọn lựa được.

Chân đấu nối tín hiệu 4-20ma active và passive của ngõ vào và ngõ ra điều riêng biệt giúp cho người sử dụng thuận tiện hơn. Trong khi đó một số hãng khác phải điều chỉnh bằng DIP Switch và đảo chiều dây đấu nối thì mới hoạt động được.

Cài đặt bộ chia tín hiệu 4-20ma như thế nào?

Cách cài đặt cho thiết bị cũng khá đơn giản. Chúng ta chỉ cần mở nắp bên mặt hong thiết bị là sẽ thấy được các DIP Switch. Sau đó chọn lựa theo bảng hướng dẫn để chọn được tín hiệu phù hợp là được.

Ví dụ chúng ta cài đặt cho bộ chia tín hiệu dòng 4-20ma datexel DAT 5022 có ngõ vào tín hiệu 4-20ma và ra 2 tín hiệu 4-20ma. Chúng ta tiến hành như sau: tại dãy công tắc SW1 tiến hành bật on công tắc số 1,3,5. Tiếp đến tại dãy công tắc SW2,3 tiến hành bật on công tắc số 1,4,5 là xong.

Thông số bộ chia tín hiệu analog 4-20ma

Tín hiệu ngõ vào 1 kênh  0…20ma, 4…20ma, 0…10v, 0…5v, 1…5v có thể chọn lựa bằng DIP Switch

Tín hiệu ngõ ra 2 kênh  0…20ma, 4…20ma có thể chọn lựa bằng DIP Switch

Có xuất nguồn ngõ vào 18vdc với tín hiệu 4-20ma

Tại ngõ ra tín hiệu 4-20ma cũng có xuất nguồn 12vdc

Mặt trước có 2 biến trở tinh chỉnh mức thấp và mức cao cho tín hiệu

Nguồn cấp bộ chia tín hiệu 4-20ma là 20…32vdc

Cách ly giữa tín hiệu ngõ vào, ngõ ra và nguồn 2500VAC

Độ sai số 0,1%

Thời gian đáp ứng tín hiệu <10ms

Khi nào thì dùng bộ chia tín hiệu 4-20ma?

Bộ chia tín hiệu dòng 4-20ma (signal splitter) được sử dụng khi chúng ta cần lấy một tín hiệu 4-20ma từ cảm biến hoặc bộ phát để đưa đến nhiều thiết bị khác nhau mà vẫn đảm bảo tín hiệu ổn định và không bị ảnh hưởng lẫn nhau. Các trường hợp phổ biến gồm:

Một cảm biến nhưng nhiều thiết bị nhận

Ví dụ chúng ta có một cảm biến áp suất nước 4-20ma cần gởi tín hiệu đồng thời đến các thiết bị như: PLC, bộ hiển thị số (digital indicator), bộ ghi dữ liệu (data logger), biến tần hoặc bộ điều khiển PID

Bảo vệ và cách ly chống nhiễu

• Khi khoảng cách truyền tín hiệu 4-20ma đi xa
• Thiết bị nhận ở các tủ điện khác nhau, dây dẫn tín hiệu đi qua những vùng có từ trường gây nhiễu hoặc có chênh lệch điện thế giữa các mass trong hệ thống
• Bộ chia tín hiệu 4-20ma có cách ly giúp giảm nhiễu và bảo vệ các card I.O của PLC cũng như cảm biến

Tăng khả năng tải của đấu nối vòng dòng

Một đấu nối vòng dòng 4-20ma chỉ chịu được tổng điện trở tải nhất định. Nếu chúng ta đấu nối nhiều thiết bị trực tiếp sẽ có thể dẫn đến không đạt được 20ma ở toàn dãy. Do đó bộ chia sẽ tạo ra các ngõ ra độc lập, mỗi ngõ ra sẽ cho khả năng cấp tải riêng.

Ví dụ thực tế

• Chúng ta có cảm biến áp suất nước 0-10bar, ngõ ra 4-20ma. Cần đưa tín hiệu 1 ngõ đến PLC để điều khiển bơm và 1 ngõ đến đồng hồ hiển thị áp suất tại tủ điện.
• Trong trường hợp này chúng ta không thể đấu nối song song trực tiếp các thiết bị vào tín hiệu 4-20ma của cảm biến. Thay vào đó chúng ta sẽ dùng bộ chia tín hiệu vào 1 ra 2 để đảm bảo độ chính xác và tránh ảnh hưởng giữa các thiết bị

Bộ chia tín hiệu 4-20ma truyền đi được bao xa?

Khoảng cách truyền tín hiệu 4-20ma phụ thuộc vào điện áp nguồn, điện trở tổng của vòng lặp (loop resistance) và tiết diện dây dẫn chứ không có một giới hạn cố định

Khoảng cách thông thường

• Với nguồn cấp 24VDC cho dây dẫn 2×0,75mm2 hoặc ít hơn thì để đảm bảo độ chính xác tín hiệu 4-20ma có thể truyền khoảng cách từ 500m đến 1000m
• Nếu chúng ta giảm tải hoặc tăng điện áp nguồn thì khoảng cách có thể được truyền dẫn xa hơn.
• Trong nhiều nhà máy khoảng cách truyền dẫn từ 200m đến 500m là rất phổ biến và hoạt động ổn định.

Một ví dụ cách tính khoảng cách cho bộ chia

Chúng ta có một bộ chia tín hiệu 4-20ma với tải ngõ ra là 300ohh sử dụng cho tải có điện trở nội là 280ohm. Như vậy điện trở tải còn lại của ngõ ra bộ chia là 20ohm (điện trở này cũng chính là điện trở lớn nhất của dây dẫn). Chúng ta dùng dây dẫn tiết diện 0,75mm2. Cách tính như sau:

Ta có công thức: R = (điện trở suất dây dẫn x chiều dài dây dẫn L) / tiết diện dây dẫn (S). Trong đó chúng ta đã có:

• R = 20ohm
• Điện trở suất của dây đồng ở 20oC là 1,68 x 10^-8
• Tiết diện dây dẫn đồng là 0,75mm2

Từ công thức và dữ liệu trên ta tính được L = 892m. Do dây dẫn là dây đôi nên chúng ta chia đôi còn 446m. Đây cũng là chiều dài dây tối đa cho ví dụ trên.

Các yếu tố ảnh hưởng bộ chia tín hiệu 4-20ma

• Điện áp nguồn cấp
• Điện trở của dây dẫn (bao gồm chiều dài và tiết diện của dây dẫn)
• Điện trở tải của thiết bị nhận như PLC, bộ hiển thị, bộ ghi dữ liệu
• Nhiễu tín hiệu từ từ trường của biến tần, động cơ…

Cách truyền tín hiệu 4-20ma dẫn xa hơn

• Dùng cáp xoắn đôi có chống nhiễu
• Nối đất lớp chống nhiễu phía bên ngoài dây dẫn
• Tăng điện áp nguồn cấp trong phạm vi các tín hiệu cho phép
• Dùng bộ cách ly khuếch đại tín hiệu 4-20ma khi khoảng cách xa hoặc môi trường nhiễu nhiều

Một số thương hiệu đang được sử dụng nhiều tại Việt Nam

Trên thị trường hiện nay có nhiều hãng cung cấp xuất xứ từ châu âu. Trong đó chúng ta có thể xem xét một số hãng sau

Bộ chia tín hiệu 4-20ma Wago

Đây là thương hiệu đến từ Đức và đang được khách hàng sử dụng nhiều vì giá thành cạnh tranh và hàng luôn có sẵn. Ưu điểm là cách ly chống nhiễu lên đến 2,5KVAC nên tín hiệu hoạt động ổn định hơn.

Thông số kỹ thuật

• Tín hiệu vào: 0 mA … 20 mA, 4 mA …. 20 mm, 0 V … 5 V, 1 V … 5 V, 0 V … 10 V, 2 V … 10 V (calibrated configurable)
• Tải ngõ vào dòng điện ≤ 50 Ω
• Tải ngõ vào điện áp ≥ 100 kΩ
• Tín hiệu ngõ ra 2 × 0(4) mA … 20 mA (calibrated configurable)
• Tải ngõ ra dòng điện 2 × 300 Ω
• Nguồn cấp 16.8 V … 31.2 V
• Độ sai số ≤ 0.1 % of upper range value
• Độ cách ly giữa ngõ vào, ngõ ra và nguồn 2.5 kVAC, 50 Hz, 1 min.
• Có chống cháy nổ ATEX

Bộ chia tín hiệu dòng 4-20ma Phoenix contact

Bộ chia tín hiệu 4-20ma này là thương hiệu đến từ Đức đang được thị trường dùng nhiều vì đã phân phối ở Việt Nam khá lâu. Mã hàng được sử dụng nhiều nhất là MINI Analog Pro (MINI MCR). Độ cách ly 1,5KVAC.

Thông số kỹ thuật

• Tín hiệu vào 4 mA … 20 mA với điện trở 50 Ω
• Tín hiệu ngõ ra 2 kênh 2x 4 mA … 20 mA với tải ≤ 250 Ω (at 20 mA)
• Nguồn cấp 19.2 V DC … 30 V DC
• Độ sai số < 0.1 %
• Cách ly 4 ngõ giữa tín hiệu vào, 2 kênh tín hiệu ra và nguồn cấp
• Thời gian đáp ứng 500 ms

Bộ chia tín hiệu 4-20ma Seneca z170reg-1

Seneca là hãng đến từ Ý và hiện tại được cung cấp khá nhiều tại Việt Nam với mã hàng z170reg-1. Ưu điểm của bộ này là tín hiệu ngõ vào đa năng, thậm chí vào được cả tín hiệu biến trở và PT100. Tuy nhiên giá thành còn khá cao.

Thông số kỹ thuật

• Tín hiệu vào 0-10v với tải 120 kΩ, 0-20ma với tải 50 Ω, biến trở 1kΩ đến 100kΩ, cảm biến nhiệt độ loại J, K, R, S, T, B, E, N, PT100
• Tín hiệu ngõ ra 2 kênh 0-10v, 0-20ma
• Độ sai số 0.1%
• Cách ly giữa tín hiệu vào, tín hiệu ra và nguồn là 1,5KVAC
• Nguồn cấp 10 – 40 V
• Cài đặt được trên máy tính hoặc điện thoại.

Nơi cung cấp bộ chia tín hiệu 4-20ma uy tín

Âu Việt là đơn vị cung cấp bộ chia tín hiệu analog 4-20ma của Wago, một thương hiệu đến từ Đức. Đặc biệt hàng hóa được sản xuất tại Đức và công ty Âu Việt nhập khẩu trực tiếp về Việt Nam không qua trung gian nên giá thành và chất lượng luôn được đảm bảo.