Bộ chuyển đổi 4-20mA sang TCP-IP

Bộ chuyển đổi 4-20mA sang Modbus TCP-IP được dùng để giải quyết bài toán truyền tín hiệu 4-20 đi xa hành kilomet. Việc này gần như bất khả thi trước kia. Với truyền thông Modbus TCP-IP việc truyền tín hiệu 4-20mA, 0-10V đi xa không còn giới hạn khoảng cách như trước đây nữa. Truyền tín hiệu 4-20mA đi xa không phải lúc nào cũng dễ dàng và đôi khi gặp một số khó khăn.

Dưới đây là một số vấn đề thường gặp và cách giảm thiểu suy giảm tín hiệu:

• Tổn thất dây dẫn: Dây dẫn có trở kháng và tổn thất điện trở. Khi truyền xa, tổn thất này có thể làm giảm tín hiệu. Để giảm thiểu tổn thất, sử dụng dây dẫn chất lượng tốt và đủ dày để giảm trở kháng.
• Nhiễu điện từ: Nhiễu từ các nguồn như thiết bị điện, máy móc, hoặc dây dẫn khác có thể làm ảnh hưởng đến tín hiệu. Sử dụng dây dẫn đặc biệt chống nhiễu hoặc cách ly tín hiệu để giảm thiểu nhiễu.
• Độ ổn định của nguồn cấp: Tín hiệu 4-20mA phụ thuộc vào nguồn cấp. Nếu nguồn không ổn định, tín hiệu có thể bị suy giảm. Sử dụng nguồn cấp ổn định và kiểm tra điện áp kích thích.
• Chọn bộ chuyển đổi tín hiệu: Sử dụng bộ chuyển đổi tín hiệu 4-20mA sang giao thức TCP-IP (Ethernet) để truyền đi xa. Bộ chuyển đổi này giúp duy trì tín hiệu ổn định và giải quyết vấn đề về khoảng cách.
• Kiểm tra định kỳ: Định kỳ kiểm tra tín hiệu để đảm bảo rằng nó vẫn trong khoảng giới hạn 4-20mA. Kiểm tra cảm biến và bộ chuyển đổi để phát hiện sự cố sớm.

Trước đây việc truyền tín hiệu thông qua RS485 được xem là giải pháp tối ưu nhất trong điều khiển. Ngày nay với chuẩn Modbus TCP-IP việc truyền tín hiệu đi xa không còn lo ngại về khoảng cách như trước kia nữa.

ZE-2AI Bộ chuyển đổi 4-20mA sang TCP-IP

Bộ chuyển đổi ZE-2AI được xem là bộ chuyển đổi 4-20mA sang Modbus TCP-IP đơn giản, nhỏ gọn nhất. Ngoài ra, ZE-2AI còn có thêm một tùy chọn ngõ ra là Modbus RTU RS485 cho các hệ thống sử dụng truyền thông protocol RS485.

Thông số kỹ thuật ZE-2AI

Nguồn cấp: 10..40 Vdc / 19..28 Vac

Cách ly: 1,5 kVac giữa các kênh đầu vào – ra

Số lượng kênh : 2 analog inputs 4-20mA hoặc 0-10V

Đèn báo trạng thái:

• Power supply / IP address
• Rx/Tx ModBUS
• Tx Ethernet
• Link Ethernet
• Inputs / outputs status
• Fail

Kích thước: 17,5×102,5×111 mm

Trọng lượng : 110 g

Kết nối :

• 2 cổng Analog 4-20mA
• 1 cổng RS485 / RS232
• 1 cổng RJ45 kết nối Ethernet – TCP-IP
• Lắp đặt trên DIN rail 35mm

Cài đặt:

• DIP Switch ngay trên thiết bị
• Web Server thông qua cổng RJ45
• Phần mềm EASY SETUP 2 của hãng – miễn phí
• Cài đặt từ xa: LAN ModBUS TCP Server

INTERFACES :

• 1 Ethernet 10/100 Mbps
• 1 RS232/RS485
• 1 RS485
• SPEED : Up to 115.200 bps / 100 Mbps (TCP-IP)
• SUPPORTED PROTOCOLS : ModBUS RTU, ModBUS TCP-IP, http

Kết nối vật lý ZE-2AI

Để kết nối vật lý vào ZE-2AI một cách chính xác cần lưu ý:

• Nguồn cấp vào cảm biến sẽ là chân 2-3, không phân biệt âm và dương
• Input 4-20mA AI 1: vào terminal 5
• Input 4-20mA AI 2: vào Terminal 6

Khi chúng ta cần lấy tín hiệu ngõ ra dạng Modbus RTU RS485 thì dùng Terminal 11 ( A ) -12 ( B ). Trường hợp sử dụng Modbus TCP-IP thì cắm cổng RJ45 vào PLC hoặc Switch mạng.

Khi sử dụng mạng Ethernet để truyền tín hiệu 4-20mA đi xa thì sẽ không phụ thuộc vào khoảng cách truyền. Tín hiệu 4-20mA sẽ được chuyển thành dạng IP. PLC hoặc master chỉ cần đọc các IP này để đọc tín hiệu 4-20mA.

Trên ZE-2AI sẽ cho chúng ta cấu hình địa chỉ IP. IP mặc định của ZE-2AI là 192.168.90.101. Chúng ta có để đổi lại IP tùy ý theo IP của hệ thống mạng đang sử dụng.

Các thanh ghi Modbus TCP-IP chúng ta cần quan tâm:

• 40004 : Analoig Input 1 cho mV hoặc 4-20mA
• 40005 : scales input 1
• 40006 : analog Input 2 cho mV hoặc 4-20mA
• 40007 : scales input 2

ZE-2AI chỉ có 4 địa chỉ thanh ghi chúng ta cần quan tâm. Ngoài ra còn nhiều thanh ghi khác để báo trạng thái. Để biết thêm thông tin chi tiết chúng ta có thể xem trên manual của thiết bị.

Cài đặt ZE-2AI bằng web server

• Gõ địa chỉ IP mặc định 192.168.90.101 của ZE-2AI vào trình duyệt web
• Truy cập vào với ID : admin, Pass: admin
• Thay đổi địa chỉ IP mới tại mục settup, nhấn save để lưu lại IP mới
• Chọn Input cho AI1 và AI2: 4-20mA hoặc 0-10V, nhấn save để lưu lại
• Scales Input: ZE-2AI cho chúng ta Scales giá trị 4-20mA thành số thực cho các Master đọc trực tiếp mà không cần phải hiệu chỉnh lại.

Việc cài đặt ZE-2AI trên web server khá đơn giản mà bất cứ ai cũng có thể thao được dù là người lần đầu tiên tiếp xúc.

Ngoài cách cài ZE-2AI trên web server chúng ta có thể cài đặt bằng phần mềm easy Setup của Seneca được cung cấp miễn phí. Tại phần mềm chúng ta cũng có thể kiểm tra được Input  của từng AI theo thời gian thực.

Kiểm tra AI input 4-20mA, 0-10V ngày trên web server

Chúng ta có thể dễ dàng kiểm tra tín hiệu của AI 1 và AI 2 tại web server của ZE-2AI bằng cách:

• Kết nối phần cứng AI 1 và AI 2 vào 5-6
• Kết nối ZE-2AI vào mạng internet
• Mở web server và chọn REAL TIME VIEW
• Tín hiệu 4-20mA hoặc 0-10V sẽ hiển thị chính xác ngay trên web server

Việc kiểm tra tín hiệu đầu vào ngay trên web server giúp chúng ta dễ dàng chuẩn đoán các lỗi ( nếu có ) từ cảm biến hay do đường truyền hay do cài đặt chưa đúng.

Bộ chuyển đổi 4-20mA sang TCP-IP đơn giản nhất với ZE-2AI. Không cần nhiều kiến thức chuyên ngành, không cần hiểu sâu về kỹ thuật truyền thông cũng có thể làm được một cách nhanh chóng.

R-8AI-8DIDO Bộ chuyển đổi 4-20mA sang TCP-IP – đa năng

Seneca ra mắt sản phẩm mới R-8AI-8DIDO với 8 kênh Analog input 4-20mA, 0-10V và 8 kênh DIDO tùy chọn. Đây có lẽ là bộ chuyển đổi 4-20mA sang TCP-IP đa năng nhất mà mình từng biết đến. Cũng như các bộ chuyển đổi modbus khác thì R-8AI-8DIDO vừa có ngõ ra truyền thông Modbus RTU và Modbus TCP-IP.

Thông số kỹ thuật R-8AI-8DIDO

Nguồn cấp: 10..40 Vdc / 19..28 Vac

Cách ly: 1,5 kVac giữa các kênh đầu vào – ra

Số lượng kênh : 8 analog inputs – đa năng và 8 kênh Digital Input hoặc Output tùy chọn

Đèn báo trạng thái:

• Power supply / IP address
• Analog Input 8 kênh
• Digital Input / Output 8 kênh
• Rx/Tx ModBUS RS 485
• Tx Ethernet
• Link Ethernet TRF / LNK
• Inputs / outputs status
• Fail

Kích thước: 106 × 90 x 32 mm

Trọng lượng : 180 g

Kết nối :

• 8 cổng Analog
• 1 cổng RS485 / RS232
• 2 cổng RJ45 kết nối Ethernet – TCP-IP
• Lắp đặt trên DIN rail 35mm

Analog Input: 8 kênh có độ phân giải 24 bit

• Thời gian đáp ứng 25 ms
• Voltage: max 30V
• mV ( -150mV … + 150mV )
• mA ( 4-20mA, 0-20mA … max 24mA )
• Thermocouple : J, K, T, E, N, R, S, B, L
• PT100 2 – 3- 4 dây range -200…+650oC

Digital input – output: 8 kênh

• PNP
• Mosfet
• Counters – frequency

Cài đặt:

• Phần mềm Easy setup2
• Web Server thông qua cổng RJ45
• Cài đặt từ xa: LAN ModBUS TCP Server

INTERFACES :

• 2 RJ 45 – Ethernet 10/100 Mbps
• 1 RS232/RS485
• 1 Micro usb
• SPEED : Up to 115.200 bps / 100 Mbps (TCP-IP)
• 1 x ModBUS RTU
• 1 x ModBUS TCP-IP, http

Kết nối vật lý

Nguồn cấp:

• 24V ( + ) : Terminal 20
• 24V ( – ): Terminal 21

Truyền thông RS485:

• A ( + ): Terminal 24
• B ( – ): Terminal 23
• GND: Terminal 25

Đối với Analog chúng ta có các terminal từ 40… 63 tương ứng với 8 kênh ngõ vào Analog input với :

• Dòng điện: 0-20mA, 4-20mA, -24…+24mA. Độ phân giải 0,8 uA
• Điện áp: 0-10V, -120…+120mV, -30…+30Vdc. Độ phân giải 4 uV
• Thermocouple: K, J, B, L, R, S, T, E. Độ phân giải 4 uV
• Pt100 các loại: 2 dây, 3 dây, 4 dây nhiệt độ -200…+650oC. Độ phân giải 0,05oC

Đối với mỗi kênh chúng ta lại có tùy chọn tùy ý các loại tín hiệu đầu vào khác nhau. Điều này đồng nghĩa các kênh sẽ độc lập nhau. Với một thiết bị bạn dễ dàng kết nối với nhiều thiết bị khác nhau trong cùng một hệ thống.

Đối với Digital chúng ta có các Terminal từ 10…17 tương ứng 8 kênh Digital & nguồn cấp cho Digital là 18(+) – 19 ( – ).

• Digital Input
• Digital Output

Tương tự đối với Digital chúng ta cũng có thể tùy chọn Input hoặc Output cho từng kênh độc lập nhau. Điều này giúp chúng ta tối ưu hóa các kênh đầu vào cũng như đầu ra trong hệ thống điều khiển.

R-8AI-8DIDO có 2 cổng RJ45 giúp chúng ta có thể kết nối kiểu daisy -chain nối tiếp giữa các thiết bị với nhau mà không cần nối loop tạo thành vòng kín. Còn nếu bạn chỉ sử dụng một Modul R-8AI-8DIDO thì chúng ta chỉ cần kết nối trực tiếp vàpo Switch mạng hoặc PLC.

Cài đặt trên web server

Tại phần Setup chúng ta có nhiều sự lựa chọn cần thiết:

• Thay đổi địa chỉ IP của Modbus TCP-IP
• Cài đặt Loại Analog Input đầu vào
• Cài đặt loại Digital Input / Output
• Bảo vệ cài đặt : Tắt hoặc Mở
• Thông tin đăng nhập web server
• Tốc độ Baud
• Địa chỉ ID của Modbus RTU

Như vậy, chỉ với 1 modul R-8AI-8DIDO chúng ta vừa có 8 cổng Analog input vừa có 8 cổng Digital Input hoặc Output. Tất cả các cổng có thể tùy chỉnh độc lập nhau.

Để chọn được một bộ chuyển đổi 4-2omA sang TCP-IP chúng ta có 2 phiên bản ZE-2AI với 2 Analog Input và R-8AI-8DIDO với 8 ngõ vào Analog và 8 ngõ vào Digital Input – Output. Với các ứng dụng đơn lẻ chỉ 1 đến 2 ngõ vào thì phương án ZE-2AI là tối ưu nhất. Ngược lại với nhiều ngõ tín hiệu đầu vào chúng ta sẽ chọn R-8AI-8DIDO.

Chúc các bạn thành công !

Kỹ sư Cơ điện tử

Nguyễn Minh Hòa