Bộ chuyển đổi biến trở sang 4-20mA | 0-10V | Chống Nhiễu Tốt

Bộ chuyển đổi biến trở sang 4-20mA dùng trong những trường hợp tín hiệu ngoài hiện trường chỉ là biến trở, chiết áp hoặc điện trở thay đổi theo vị trí, nhưng hệ thống điều khiển lại cần tín hiệu chuẩn 4-20mA để đưa về PLC.

Thực tế trong nhà máy gặp khá nhiều kiểu tín hiệu như vậy. Có thể là cảm biến dây rút đo hành trình, chiết áp phản hồi vị trí van, cơ cấu nâng hạ, tay quay cơ khí, hoặc thậm chí là tín hiệu điện trở từng nấc trong máy biến áp. Bản chất đều giống nhau: vị trí thay đổi thì giá trị điện trở thay đổi.

Vấn đề là PLC không phải lúc nào cũng có sẵn module đọc biến trở hoặc điện trở. Nếu kéo tín hiệu điện trở đi xa, sai số dây, nhiễu và độ ổn định cũng là chuyện cần tính. Vì vậy cách làm gọn hơn là chuyển dải điện trở đó về tín hiệu 4-20mA hoặc 0-10V.

Ví dụ thực tế, mình test dải 15-515Ω, tương ứng 0-100%. Khi đưa qua bộ chuyển đổi, output đo được gần như bám đúng các mốc 4mA, 8mA, 12mA, 16mA và 20mA. Đây mới là phần đáng nói, vì nó cho thấy thiết bị không chỉ ghi thông số trên catalogue mà chạy thực tế cũng ổn.

Bộ chuyển đổi biến trở sang 4-20mA dùng để làm gì?

Bộ chuyển đổi biến trở sang 4-20mA nhận tín hiệu đầu vào dạng điện trở thay đổi, sau đó chuyển đổi tuyến tính sang tín hiệu dòng 4-20mA.

Ví dụ:

Khi giá trị điện trở thay đổi, dòng output cũng thay đổi tương ứng. PLC chỉ cần đọc tín hiệu analog 4-20mA để biết vị trí, trạng thái hoặc mức thay đổi của thiết bị ngoài hiện trường.

Nói đơn giản: ngoài hiện trường là điện trở, trong tủ điều khiển cần 4-20mA thì dùng bộ chuyển đổi.

Thông số kỹ thuật bộ chuyển đổi biến trở sang 4-20mA Z109REG2-1

Z109REG2-1 là bộ chuyển đổi tín hiệu đa năng, có thể nhận tín hiệu biến trở, chiết áp, potentiometer, điện trở Ω, RTD, thermocouple, mA, V và chuyển đổi/cách ly sang tín hiệu analog chuẩn 4-20mA hoặc 0-10V. Thiết bị phù hợp cho các ứng dụng cần đưa tín hiệu điện trở vị trí về PLC, SCADA hoặc bộ hiển thị

Đối với bài toán biến trở sang 4-20mA, thông số quan trọng nhất là phải xác định đúng R min và R max của tín hiệu thực tế. Ví dụ trong bài test Hưng Phát dùng Fluke 725 phát 15-515Ω, tương ứng 0-100%, sau đó Z109REG2-1 chuyển đổi ra 4-20mA để đưa về thiết bị đo hoặc PLC.
Vì sao nên đổi biến trở sang 4-20mA thay vì 0-10V?

Trong công nghiệp, 4-20mA được dùng rất phổ biến vì tín hiệu này phù hợp cho truyền xa, chống nhiễu tốt và dễ tích hợp với hầu hết PLC.

So với việc kéo tín hiệu điện trở trực tiếp về tủ điều khiển, chuyển đổi sang 4-20mA có nhiều lợi thế hơn:

Với hệ thống công nghiệp, vấn đề không chỉ là “đọc được hay không”. Quan trọng hơn là đọc ổn định, dễ scale và ít lỗi khi vận hành lâu dài.

Nếu PLC đã có sẵn analog input 4-20mA, dùng bộ chuyển đổi thường là cách gọn hơn so với tìm thêm module đọc điện trở riêng.

Biến trở, chiết áp, potentiometer và điện trở vị trí khác nhau thế nào?

Ví dụ cảm biến dây rút có thể xuất tín hiệu dạng biến trở. Van điều khiển có thể dùng chiết áp để phản hồi góc mở. Máy biến áp có thể có điện trở phản hồi từng nấc tap. Tên gọi khác nhau, nhưng khi đưa về PLC thì đều gặp chung một bài toán: làm sao đổi tín hiệu điện trở thành 4-20mA ổn định.

Test thực tế biến trở 15-515Ω ra 4-20mA

Để kiểm tra thực tế, Hưng Phát dùng Fluke 725 phát tín hiệu điện trở từ 15Ω đến 515Ω. Dải này được scale tương ứng 0-100% hành trình.

Tín hiệu điện trở được đưa vào bộ chuyển đổi. Output 4-20mA được đo lại bằng Seneca Test-4.

Kết quả đo được như sau:

Nhìn vào bảng này sẽ thấy tín hiệu output bám rất sát các mốc lý thuyết. Ở mốc 0%, dòng đo được là 4.007mA. Ở mốc 100%, dòng đo được là 19.994mA. Các điểm giữa như 25%, 50%, 75% cũng rất sát.

Sai lệch chỉ vài phần nghìn mA. Với các ứng dụng đưa về PLC để giám sát vị trí, hành trình hoặc trạng thái analog, mức sai lệch này gần như không ảnh hưởng đáng kể.

Điểm đáng chú ý hơn là tín hiệu đi theo tuyến tính tốt. Khi Fluke 725 phát 25%, 50%, 75% thì output đo được cũng tương ứng gần đúng 8mA, 12mA, 16mA. Đây là điều quan trọng khi đưa về PLC để scale thành phần trăm hoặc giá trị kỹ thuật.

Cách scale biến trở sang 4-20mA

Nguyên tắc scale rất đơn giản:

• R min tương ứng 4mA
• R max tương ứng 20mA

Ví dụ dải biến trở 0-515 ohm:

Khi đưa về PLC, kỹ sư có thể scale tiếp từ 4-20mA sang đơn vị mong muốn như phần trăm hành trình, vị trí van, số nấc tap hoặc chiều dài dịch chuyển.

Tại bộ chuyển đổi biến trở sang 4-20mA chúng ta có 2 nút Start và END. Khi đó:

Tại 15 ohm nhấn và giữ phím START trong 5 giây. Khi đó ngõ ra sẽ tự xuất về 4mA.

Tại 515 ohm nhấn và giữ phím END trong 5s. Khi đó ngõ ra sẽ xuất 20mA.

Ví dụ: tại các nấc của máy biến áp có 17 nấc thì tương ứng

4mA = 0%, 20mA = 100% tại 4mA = TAP 1 … 20mA = TAP 17

Ứng dụng thực tế của bộ chuyển đổi biến trở sang 4-20mA

Cảm biến dây rút đo hành trình

Một số cảm biến dây rút đo vị trí có ngõ ra dạng biến trở. Khi dây kéo ra hoặc thu vào, giá trị điện trở thay đổi theo hành trình.

Bộ chuyển đổi sẽ nhận tín hiệu này và xuất ra 4-20mA để PLC giám sát:

Ứng dụng này thường dùng trong đo hành trình xi lanh, cửa trượt, cơ cấu nâng hạ, van tuyến tính hoặc hệ thống cơ khí cần giám sát vị trí.

Chiết áp phản hồi vị trí van

Một số van điều khiển hoặc cơ cấu quay có chiết áp phản hồi vị trí. Khi van mở từ 0-100%, chiết áp thay đổi theo góc quay.

Thay vì đưa tín hiệu chiết áp về trực tiếp, có thể chuyển thành 4-20mA:

• Van đóng 0% → 4mA
• Van mở 50% → 12mA
• Van mở 100% → 20mA

Nhờ đó PLC hoặc SCADA có thể hiển thị phần trăm mở van một cách trực quan.

Điện trở vị trí trong máy biến áp

Trong một số máy biến áp, vị trí nấc của bộ đổi nấc có thể được phản hồi bằng các mức điện trở khác nhau. Mỗi nấc tương ứng với một giá trị ohm nhất định.

Bộ chuyển đổi biến trở sang 4-20mA có thể dùng để chuyển tín hiệu điện trở vị trí này về PLC hoặc SCADA.

Ví dụ:

Lưu ý: giá trị điện trở từng nấc không cố định cho mọi máy biến áp. Có hệ thống dùng 10 ohm/bước, 20 ohm/bước, 100 ohm/bước hoặc một dải tuyến tính như 0-1000 ohm, 0-2000 ohm. Khi cấu hình thực tế cần kiểm tra tài liệu thiết bị hoặc đo trực tiếp tại dây tín hiệu phản hồi.

Cải tạo hệ thống cũ

Nhiều hệ thống cũ vẫn dùng tín hiệu biến trở, chiết áp hoặc điện trở để phản hồi vị trí. Khi nâng cấp lên PLC mới, việc tìm module đọc điện trở phù hợp có thể không thuận tiện.

Trong trường hợp này, chuyển tín hiệu sang 4-20mA giúp tận dụng analog input phổ biến, giảm chi phí thay đổi hệ thống và dễ chuẩn hóa tín hiệu về SCADA.

Khi nào nên dùng bộ chuyển đổi biến trở sang 4-20mA?

Việc phát sinh một modul chuyển đổi biến trở sang 4-20mA như Z109REG2-1 làm phát sinh thêm chi phí. Nên việc dùng Z109REG2-1 chỉ trong các trường hợp:

Khi nào không cần dùng?

Không phải hệ thống nào cũng cần bộ chuyển đổi riêng. Có thể không cần dùng nếu:

Tuy nhiên, với hệ thống công nghiệp cần truyền tín hiệu ổn định về PLC/SCADA, 4-20mA vẫn là lựa chọn an toàn hơn.

Thiết bị này dành cho ai?

Bộ chuyển đổi biến trở sang 4-20mA phù hợp cho:

Khi nào không cần mua sản phẩm này?

Không nên mua bộ chuyển đổi biến trở sang 4-20mA nếu ứng dụng thực tế không có tín hiệu điện trở/biến trở cần chuyển đổi.

• Cảm biến đã xuất 4-20mA sẵn
• PLC đã có module đọc chiết áp trực tiếp
• Chỉ cần đo kiểm tạm thời, không đưa vào hệ thống điều khiển
• Không cần truyền tín hiệu đi xa
• Không cần cách ly tín hiệu

Trong trường hợp chưa chắc tín hiệu hiện trường là biến trở, điện trở hay cảm biến chủ động, nên đo kiểm trước bằng đồng hồ hoặc kiểm tra tài liệu thiết bị để tránh chọn sai bộ chuyển đổi.

Cách chọn bộ chuyển đổi biến trở sang 4-20mA?

Khi chọn thiết bị, cần xác định tối thiểu 5 thông tin:

Nếu tín hiệu đến từ máy biến áp, cần biết thêm số nấc tap và giá trị điện trở tại nấc thấp nhất, cao nhất.

Tư vấn kỹ thuật bộ chuyển đổi biến trở sang 4-20mA

Nếu hệ thống của bạn đang có tín hiệu biến trở, chiết áp, potentiometer hoặc điện trở vị trí nhưng PLC chỉ nhận 4-20mA/0-10V, Hưng Phát có thể tư vấn cách chọn dải input, scale output và cấu hình bộ chuyển đổi phù hợp với ứng dụng thực tế.

Giải pháp phù hợp cho kỹ sư PLC, đơn vị tích hợp hệ thống, nhà máy cần retrofit tín hiệu cũ hoặc giám sát vị trí thiết bị trên SCADA.

Hotline kỹ thuật: 0937 27 55 66
Email tư vấn & báo giá: sales@huphaco.vn