Thiết Bị Chuyển Đổi Tín Hiệu

Bộ chuyển đổi tín hiệu là gì? Tại sao phải dùng thiết bị chuyển đổi tín hiệu? Dùng thiết bị chuyển đổi tín hiệu có khó không? Có bao nhiêu loại bộ chuyển đổi tín hiệu?

Chắc hẳn không ít anh em hay các bạn làm kỹ thuật đang hoặc đã từng thắc mắc những câu hỏi như thế! Ngay cả bản thân mình cũng vậy!

Vì thế, thông qua bài biết này, mình muốn chia sẻ đến với các bạn các thông tin về “thiết bị chuyển đổi tín hiệu” mà mình tin chắc rằng, sẽ rất hữu ích cho các bạn khi gặp phải thiết bị này!

Cùng tìm hiểu và thảo luận nào!

Bắt đầu nhé!

Thiết bị chuyển đổi tín hiệu là gì?

Thiết bị chuyển đổi tín hiệu là thiết bị có khả năng thay đổi tính chất của tín hiệu đầu vào thành một tín hiệu khác ở đầu ra.

Bộ chuyển đổi tín hiệu là một thiết bị chuyển đổi tín hiệu từ cảm biến thành tín hiệu chuẩn công nghiệp, chuyển đổi tín hiệu đầu vào tương tự thành tín hiệu đầu ra tương tự, khuếch đại tín hiệu hoặc cách ly tín hiệu.

Tín hiệu từ các cảm biến là hoàn toàn khác nhau về tính chất vật lý (ví dụ như: tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ, cảm biến áp suất, …). Chính vì thế các bộ điều khiển như PLC sẽ rất khó khăn để xử lý tín hiệu trực tiếp từ đầu vào. Do đó, cần phải có một thiết bị chuyển đổi hoặc chuẩn hóa các tín hiệu trên thành dạng tín hiệu dễ sử dụng hoặc theo một chuẩn chung, có thể là 4-20mA, 0-20mA, 0-10V…

Các loại tín hiệu thường thấy trong công nghiệp

Trong hệ thống công nghiệp có rất nhiều loại tín hiệu như:

• Tín hiệu analog như: tín hiệu dòng, tín hiệu áp…
• Tín hiệu xung
• Tín hiệu số như: on/off, relay…
• Và một số chuẩn tín hiệu mạng như: Internet, Modbus RTU, Profibus, CAN Open, …

Nhưng phổ biến nhất và thường được xem là chuẩn để chuẩn hóa toàn bộ tín hiệu của hệ thống thì chỉ có:

• Tín hiệu analog
• Và tín hiệu số on/off

Cho nên,

Khi đi vào nghiên cứu tìm hiểu một hệ thống điều khiển hoàn chỉnh trong nhà máy với nhiều tín hiệu đầu vào từ các loại cảm biến khác nhau đều được chuyển đổi thông qua một thiết bị chuyển đổi tín hiệu để đưa về một tín hiệu chuẩn, ví dụ: tín hiệu 4-20mA, hay 0-10V…để dễ dàng đưa về bộ điều khiển như PLC thu thập dữ liệu và xử lý điều khiển.

Để hiểu rõ hơn phần nội dung này, chúng ta cùng xem tiếp phần bên dưới nhé!

Khi nào cần dùng thiết bị chuyển đổi tín hiệu

Ngày nay, việc sử dụng các thiết bị chuyển đổi tín hiệu rất được anh em kỹ thuật ưa chuộng vì sự tiện dụng và hiệu quả của thiết bị mang lại. Vì sao?

Mình lấy ví dụ:

Bạn muốn kết nối một cảm biến nhiệt độ với PLC để theo dõi nhiệt độ xưởng sản xuất. Mục đích để điều khiển hệ thống làm mát cho xưởng.

Bỏ qua các thiết bị ngoại vi khác, chúng ta chỉ xét một đoạn mạch ngắn từ cảm biến nhiệt độ đến PLC để trả lời cho câu hỏi vì sao cần dùng thiết bị chuyển đổi tín hiệu.

Trước tiên, các bạn cần hiểu:

• Cảm biến nhiệt độ là cảm biến có điện trở thay đổi theo sự thay đổi của nhiệt độ. Vì thế giá trị ngõ ra của cảm biến nhiệt độ là giá trị điện trở.
• PLC là bộ điều khiển lập trình được, có các module đầu vào:
  • Số: Để nhận tín hiệu số: Từ rơ le, công tắc…
  • Tương tự: Để nhận các tín hiệu: 4-20ma, 0-10V…

Vậy câu hỏi đặt ra là, giữa cảm biến nhiệt độ và PLC có sự khác biệt về tín hiệu như vậy, thì làm sao để lấy được tín hiệu nhiệt độ để đưa vào PLC?

Và, từ đó thiết bị chuyển đổi tín hiệu ra đời để giải bài toán đồng bộ hóa tín hiệu này.

Kết quả như sau,

Cảm biến nhiệt độ đưa tín hiệu điện trở vào thiết bị chuyển đổi tín hiệu. Bộ chuyển đổi tín hiệu này có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu điện trở thành tín hiệu chuẩn công nghiệp 4-20mA hoặc 0-10V, để đưa tín hiệu này vào PLC điều khiển.

Phân loại thiết bị chuyển đổi tín hiệu thường dùng nhất

Hiện nay, công nghệ ngày càng phát triển. Các thiết bị chuyển đổi tín hiệu ngày càng đa năng hơn, chúng ta có thể điểm qua một vài thiết bị tiêu biểu như sau:

• Thiết bị chuyển đổi tín hiệu tương tự sang số (ADC): Lấy mẫu tín hiệu tương tự ở đầu vào và chuyển đổi chúng thành tín hiệu số ở đầu ra.
• Bộ chuyển đổi tín hiệu số sang tương tự (DAC): Chuyển đổi tín hiệu số thành giá trị điện áp hoặc dòng điện tương ứng ở ngõ ra.
• Thiết bị chuyển đổi tín hiệu tần số đầu vào thành tần số khác ở đầu ra.
• Bộ chuyển đổi, khuếch đại, đảo ngược, nhân đôi tín hiệu điện áp.
• Thiết bị chuyển đổi tín hiệu xung thành tín hiệu dòng hoặc áp ở đầu ra.
• Chuyển đổi các tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ thành giá trị dòng điện 4-20mA chuẩn công nghiệp
• Thiết bị chuyển đổi tín hiệu loadcell thành tín hiệu 0-10V hoặc 4-20Ma

Trong đó, thiết bị chuyển đổi tín hiệu từ cảm biến là được dùng nhiều hơn cả vì trong các nhà máy sử dụng rất nhiều cảm biến nhiệt độ, cảm biến loadcell, …

Bộ chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ

Cảm biến nhiệt độ Pt100 gần như là một thiết bị không thể thiếu trong các nhà máy sản xuất. Việc truyền tín hiệu về bộ hiển thị nhiệt độ để điều khiển hoặc PLC với khoảng cách xa cần có bộ chuyển đổi tín hiệu.

Tuỳ vào tín hiệu ngõ ra mà truyền về PLC mà chúng ta có các bộ chuyển đổi tín hiệu :

• Bộ chuyển đổi tín hiệu pt100 sang 4-20mA
• Bộ chuyển đổi tín hiệu pt100 sang 0-10V
• Chuyển đổi tín hiệu can nhiệt ( Thermocouple ) loại K , R , S , B … sang 4-20mA hoặc 0-10V

Một trong những giải pháp tiết kiểm nhất khi dùng bộ chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ chính là dùng bộ chuyển đổi tín hiệu pt100 sang 4-20ma ngay trực tiếp trên đầu cảm biến.

Trường hợp tôi không thích gắn trên đầu cảm biến hoặc không đủ không gian để dùng loại tròn này thì sao ?

Tất nhiên là phải dùng loại khác rồi !!

Còn nữa ….

… bộ chuyển đổi tín hiệu loại tròn gắn trên đầu cảm biến chỉ cho ra tín hiệu 4-20mA 2 dây mà không hề có một tuỳ chọn nào khác.

Chính vì thế, bộ chuyển đổi tín hiệu gắn tủ điện trên DIN Rail sẽ giải quyết vấn đề này. Cùng tìm hiểu tiếp nhé.

Nhiều tuỳ chọn tín hiệu ngõ ra hơn như 0-10V, 0-5V, 2-10V, 1-5V … và tất nhiên kể cả 4-20mA, 0-20mA rồi.

Khác với tròn cần phải cài đặt bằng phần mềm của hãng thì bộ chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ lắp trên DIN Rail lại có thể tuỳ ý cài đặt ngay trên thiết bị bằng DIP Switch.

Với tuỳ chọn ngõ ra 0-10V nên bộ chuyển đổi loại này còn được gọi là bộ chuyển đổi tín hiệu Pt100 sang 0-10V.

Bộ chuyển đổi tín hiệu 4-20mA

Bộ chuyển đổi tín hiệu 4-20mA sang 0-10V hay sang 0-5V được sử dụng phổ biến nhất do các tín hiệu truyền về theo chuẩn 4-20mA.

Lý do dùng tín hiệu 4-20mA thì xem thêm “tại sao dùng tín hiệu 4-20mA “

Trong khi các PLC phần lớn của Siemens lại tích hợp 0-10V ngay trên mail board. Có hai lựa chọn cho trường hợp này:

• Mua bộ chuyển đổi 4-20mA sang 0-10V
• Mua card mở rộng 4AI của Siemens

Với các ứng dụng sử dụng 1 đến 2 tín hiệu đầu vào thì dùng bộ chuyển đổi sẽ mang tới lợi ích tối ưu hơn so với việc dùng card mở rộng của PLC.

Còn nếu dùng 4 tín hiệu vào PLC chúng ta nên dùng card mở rộng của PLC hơn là dùng bộ chuyển đổi tín hiệu 4-20mA.

Tuy nhiên,

Nếu dùng nhiều tín hiệu Analog 4-20mA vào PLC chúng ta nên quan tâm tới phương án dùng bộ chuyển đổi Modbus truyền về PLC bởi một bộ chuyển đổi Modbus có thể nhận được từ 4-8 tín hiệu analog cho ra Modbus RTU.

Nhận tới 4 tín hiệu analog dạng 4-20mA hoặc 0-10V cùng lúc để chuyển sang một dạng tín hiệu khác Modbus RTU truyền về PLC với chi phí tiết kiệm hơn rất nhiều.

Chỉ với một thiết bị Z-8AI là nhận được cùng lúc 8 tín hiệu 4-20mA hoặc 0-10V độc lập / xen kẽ nhau và truyền tín hiệu ngõ ra dạng Modbus RTU về PLC.

Chỉ với một modul Modbus RTU của PLC là có thể giao tiếp dể dàng với rất nhiều Modul Z-8AI song song nhau.

Việc giao tiếp đơn giản thông qua nền tảng Modbus RTU giúp tối ưu hoá việc lắp đặt cũng như giảm chi phí mua card modul mở rộng PLC. Một thiết bị có chi phí đắc đỏ nhất trong hệ thống PLC.

Bộ chuyển đổi tín hiệu loadcell

Loadcell hay còn được gọi là cảm biến lực được dùng để cân trọng lượng các vật mẫu với độ chính xác cao trong công nghiệp. Ít ai biết rằng độ chính xác của tín hiệu truyền về PLC lại phụ thuộc rất nhiều vào độ chính xác của bộ chuyển đổi loadcell.

Bộ chuyển đổi loadcell Z-SG nhận max 8 Loadcell cùng lúc trên một đầu cân

Để cân trọng lượng chính xác chúng ta cần hai thiết bị :

• Loadcell và
• Bộ chuyển đổi loadcell chính xác cao

Tín hiệu từ đầu cân chuẩn từ như :

• 1mV/v
• 2mV/v
• 4mV/v
• 8mV/v
• 16mV/v
• 32mV/v
• 64mV/v

Dù có rất nhiều loại tín hiệu ngõ ra từ loadcell nhưng chúng ta đều thấy rằng tín hiệu 2mV/v thường được dùng nhiều nhất trong các loại loadcell.

Việc của chúng ta chỉ cần cài đặt tín hiệu đậu vào và đầu ra cho chính xác để truyền về PLC. Tín hiệu ngõ ra thường là 0-10V / 4-20mA / Modbus RTU.

Bộ chuyển đổi tín hiệu 0-5A sang 4-20mA

Khi bạn đang tìm hiểu một bộ chuyển đổi 0-5A thì tôi chắc chắn rằng bạn đang có một biến dòng ( CT ) dạng xxx/5A với xxx chính là dòng của tải.

Việc sử dụng một bộ chuyển đổi 0-5A mục đích biến dòng 0-5A thành một dạng tín hiệu khác như 4-20mA,0-20mA,0-10V,0-5V…

Điều này có nghĩa là giá trị dòng xxx sẽ được quy đổi thành tín hiệu 4-20mA. Giả sử : 100/5A sau khi qua bộ chuyển đổi 0-5A thì tải 0-100A sẽ được đưa về PLC bằng tín hiệu 4-20mA.

Nếu như bạn chỉ mới bắt đầu tìm hiểu thì hãy chọn cho mình một đơn vị tư vấn có thể hổ trợ về giải pháp cũng như hướng dẩn cài đặt một cách nhanh chóng nhất.

Việc còn lại là chọn tín hiệu đầu ra sao cho tương thích với đầu vào của PLC.

Bộ chuyển đổi tín hiệu analog sang Digital

Các loại cảm biến đo như áp suất, độ ẩm, nhiệt độ, lưu lượng …phần lớn đều cho ra tín hiệu dạng analog

Trong đó các loại tín hiệu analog phổ biến như :

• 0-20mA
• 4-20ma
• 0-10v
• 0-5V

Sẽ được đưa trực tiếp vào PLC để xử lý.

Trong một số trường hợp chúng ta cần lấy một vị trí đo nào đó để đóng tiếp điểm, đóng – ngắt hệ thống mà không cần qua PLC.

Giải pháp đặt ra là cần phải qua một thiết bị chuyển đổi analog sang Digital hay còn gọi là relay.

Thiết kế nhỏ gọn sử dụng đơn giản – không cần dùng tới các thiết bị chuyên dụng như PLC hay các mạch điều khiển chính là ưu điểm lớn nhất của bộ chuyển đổi analog sang digital.

Cần lưu ý gì khi chọn thiết bị chuyển đổi tín hiệu?

Vì thiết bị chuyển đổi tín hiệu hiện nay rất đa dạng mẫu mã và rất nhiều tính năng được nhà sản xuất đưa vào thiết bị. Cho nên, với một dự án mới hay cần nâng cấp, chuyển đổi tín hiệu cho hệ thống thì các bạn cần lưu ý vài điểm sau để có thể chọn được một bộ chuyển đổi tín hiệu đúng yêu cầu:

• Tín hiệu đầu vào cần chuyển đổi
• Số cổng chuyển đổi
• Tín hiệu đầu ra cần chuyển đổi
• Nguồn cấp
• Có hay không có hệ số bù cho một số loại cảm biến như cảm biến nhiệt độ
• Độ sai số cho phép của thiết bị

Một lưu ý quan trọng mình muốn chia sẻ với các bạn là nếu là hệ thống mới thì các bạn nên chuyển đổi tất cả các tín hiệu đầu vào về cùng một dạng tín hiệu là 4-20mA.

Vì sao?

Vì tín hiệu 4-20mA ổn định cao, ít nhiễu và suy hao khi chúng ta cần truyền dẫn tín hiệu đi xa.

Để giải thích rõ hơn về lưu ý quan trọng này thì hẹn các bạn trong một bài viềt chi tiết hơn nhé!

Nên dùng thiết bị chuyển đổi tín hiệu của hãng nào tốt?

Sự chuyển đổi công nghệ hay học hỏi về kỹ thuật sản xuất của Trung Quốc, Hàn Quốc, Đài Loan,…từ các hãng tên tuổi nổi tiếng, giúp cho các sản phẩm, các thiết bị chuyển đổi tín hiệu ngày càng đa dạng và phổ thông hơn, không còn tình trạng độc quyền của các thương hiệu nổi tiếng nữa. Điều này đưa đến mặt lợi và mặt hại cho người sử dụng.

Mặt lợi là được tiếp cận với thiết bị tiên tiến với giá cả cực rẻ tương xứng với giá trị bỏ ra, thiết bị chuyển đổi vẩn dùng được với nhu cầu tối thiểu.

Mặt hại là các thiết bị giá rẻ, chất lượng không đảm bảo tràn lan ngoài thị trường, gây khó khăn cho người sử dụng phải tìm hiểu cách phân biệt hàng giả, hàng nhái…

Chính vì thế, chúng tôi luôn khuyên các bạn rằng, luôn luôn chọn những hãng, những thương hiệu có đại diện tại Việt Nam, để đảm bảo các thiết bị chuyển đổi tín hiệu đến tay các bạn là hàng chính hãng, được bảo hành đổi trả đúng tiêu chuẩn của nhà sản xuất.

Một số hãng mà chúng tôi đánh giá cao và khuyên bạn nên dùng khi tìm kiếm thiết bị chuyển đổi tín hiệu như: Seneca, Phoenix Contact, MTL, Pepperl Fuchs

Mua thiết bị chuyển đổi tín hiệu ở đâu chính hãng?

Có rất nhiều nhà cung cấp các bộ chuyển đổi tín hiệu chính hãng với nhiều xuất xứ tại Việt Nam chúng ta như: Pháp, Đức, Ý, Nhật, Hàn Quốc, Trung Quốc…

Tùy theo nhu cầu của các bạn và yêu cầu của hệ thống hay dự án mà các bạn chọn lựa xuất xứ của thiết bị để đem đến một hiệu quả cao nhất với chi phi hợp lý.

Seneca sản xuất tại Ý theo tiêu chuẩn G7 được Công ty Kỹ Thuật Tự Động Hưng Phát đại diện và phân phối với giá thành cạnh tranh.

Mọi thông tin góp ý hay cần tư vấn thêm về thiết bị, các bạn liên hệ với mình theo thông tin bên dưới nhé!

Sẽ rất vui khi nhận được phản hồi của các bạn về bài viết, nhằm xây dựng nội dung bài viết ngày càng chất lượng hơn!

Chúc các bạn luôn thành công!