Tín hiệu 4-20mA là chuẩn truyền tín hiệu analog phổ biến nhất trong tự động hóa công nghiệp, được hầu hết cảm biến áp suất, nhiệt độ, mức và lưu lượng sử dụng để gửi dữ liệu về PLC, DCS hoặc SCADA. Tuy nhiên, khi đường truyền tín hiệu đi qua nhiều tủ điện, gần biến tần hoặc động cơ công suất lớn, tín hiệu này vẫn có thể bị nhiễu hoặc sai lệch do chênh lệch điện thế đất. Bộ cách ly tín hiệu 4-20mA được sử dụng để xử lý riêng vấn đề này. Bài viết dưới đây phân tích cụ thể thiết bị này là gì, hoạt động theo nguyên lý nào, và quan trọng hơn là khi nào thực sự cần lắp đặt.

Bộ cách ly tín hiệu 4-20mA là gì?

Bộ cách ly tín hiệu 4-20mA là thiết bị nhận tín hiệu dòng điện 4-20mA từ cảm biến hoặc bộ truyền tín hiệu, sau đó xuất ra tín hiệu 4-20mA tương ứng ở đầu ra nhưng không có kết nối điện trực tiếp giữa hai phía đầu vào và đầu ra. Nói cách khác, giá trị dòng điện được giữ nguyên về mặt thông tin, còn phần mạch điện thì hoàn toàn tách biệt.

Trong hệ thống điều khiển, bộ cách ly tín hiệu 4-20mA thường được lắp xen giữa cảm biến và module đầu vào analog của PLC hoặc DCS, đóng vai trò như một lớp đệm bảo vệ. Khi tín hiệu 4-20mA đi qua khu vực có nhiều nguồn phát nhiễu điện từ hoặc các tủ điện có điểm tiếp địa khác nhau, bộ cách ly giúp giá trị đo truyền về bộ điều khiển không bị ảnh hưởng bởi những yếu tố này.

Xem thêm: Bộ cách ly tín hiệu 0-10V?

Tại sao PLC cần bộ cách ly tín hiệu?

Trong các nhà máy có quy mô lớn, đường tín hiệu từ cảm biến đến tủ điều khiển trung tâm có thể kéo dài hàng chục đến hàng trăm mét, đi qua nhiều khu vực có biến tần, động cơ công suất lớn hoặc thiết bị hàn hoạt động gần đó. Những nguồn này tạo ra nhiễu điện từ có thể chồng lên tín hiệu 4-20mA, khiến giá trị PLC đọc được dao động hoặc sai lệch so với giá trị thực. Ngoài ra, nếu cảm biến và PLC được cấp nguồn từ hai hệ thống tiếp địa khác nhau, chênh lệch điện thế giữa hai điểm nối đất có thể tạo ra dòng điện rò chạy qua đường tín hiệu, gây ra hiện tượng vòng lặp đất làm sai số đo tăng lên hoặc khiến module analog input hoạt động không ổn định.

Bộ cách ly tín hiệu giải quyết đồng thời cả hai vấn đề này bằng cách tách hoàn toàn mạch điện đầu vào và đầu ra. Nhờ vậy PLC luôn nhận được tín hiệu sạch, đúng giá trị thực tế, đồng thời module analog input được bảo vệ khỏi các sự cố điện áp bất thường có thể lan truyền từ phía cảm biến hoặc thiết bị trường. Đây là lý do thiết bị này thường được xem là bắt buộc trong các hệ thống có quy mô vừa và lớn.

Nguyên lý hoạt động của bộ cách ly tín hiệu 4-20mA

Quá trình hoạt động của bộ cách ly tín hiệu 4-20mA diễn ra qua ba bước liên tiếp gần như tức thời, đảm bảo không ảnh hưởng đến tốc độ đáp ứng của vòng điều khiển.

Ở bước đầu, tín hiệu dòng điện 4-20mA từ cảm biến được đưa vào khối xử lý đầu vào của bộ cách ly. Tại đây, tín hiệu được chuyển đổi thành dạng phù hợp để truyền qua khối cách ly.

Ở bước tiếp theo, tín hiệu được truyền qua khối cách ly, nơi không có kết nối dẫn điện trực tiếp giữa mạch đầu vào và mạch đầu ra. Nhờ cơ chế truyền qua ánh sáng hoặc từ trường, giá trị tín hiệu vẫn được bảo toàn về mặt thông tin nhưng dòng điện không thể chạy trực tiếp từ bên cảm biến sang bên PLC, loại bỏ hoàn toàn nguy cơ vòng lặp đất và dòng điện rò.

Ở bước cuối, tín hiệu được giải điều chế và tái tạo lại thành dòng điện 4-20mA chuẩn ở đầu ra, sẵn sàng kết nối với module analog input của PLC hoặc DCS. 

Khi nào nên sử dụng bộ cách ly tín hiệu 4-20mA?

Không phải hệ thống nào cũng cần lắp bộ cách ly tín hiệu. Việc quyết định có sử dụng hay không nên dựa trên điều kiện lắp đặt thực tế và mức độ rủi ro nhiễu tín hiệu của hệ thống.

Bộ cách ly tín hiệu 4-20mA thường thực sự cần thiết khi hệ thống rơi vào một hoặc nhiều trường hợp sau:

• Đường truyền tín hiệu từ cảm biến đến PLC hoặc DCS có khoảng cách xa, hoặc đi qua nhiều tủ điện có nguồn cấp và điểm tiếp địa khác nhau.

• Khu vực lắp đặt có nhiều biến tần, động cơ công suất lớn, thiết bị hàn hoặc thiết bị đóng cắt công suất cao hoạt động gần đường tín hiệu.

• PLC hoặc hệ thống giám sát ghi nhận giá trị analog dao động bất thường, sai lệch không rõ nguyên nhân dù cảm biến vẫn hoạt động bình thường.

• Ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao, sai số nhỏ cũng ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm hoặc an toàn vận hành, ví dụ điều khiển nhiệt độ, áp suất hoặc nồng độ khí trong quy trình sản xuất.

• Cần cách ly về điện giữa khu vực có nguy cơ cháy nổ với khu vực an toàn, hoặc giữa các phân đoạn mạng có nguồn cấp độc lập.

Ứng dụng của bộ cách ly tín hiệu 4-20mA

Bộ cách ly tín hiệu 4-20mA thường xuất hiện ở những vị trí mà đường tín hiệu analog có nguy cơ chịu ảnh hưởng của nhiễu điện hoặc chênh lệch điện thế đất. Phạm vi ứng dụng của thiết bị trải rộng theo đặc điểm hạ tầng điện của từng ngành công nghiệp.

Trong ngành dầu khí và hóa chất, bộ cách ly tín hiệu 4-20 mA được lắp đặt để cách ly tín hiệu từ cảm biến áp suất hoặc nhiệt độ đặt tại khu vực có nguy cơ cháy nổ trước khi đưa về phòng điều khiển trung tâm

Trong các nhà máy sản xuất có nhiều biến tần và động cơ công suất lớn như xi măng, thép hoặc chế biến thực phẩm, bộ cách ly tín hiệu 4-20 mA giúp giữ ổn định giá trị đo từ cảm biến lưu lượng, cảm biến mức trước khi truyền về PLC.

Trong hệ thống xử lý nước và HVAC, bộ cách ly tín hiệu 4-20 mA hỗ trợ cách ly tín hiệu giữa các cảm biến nhiệt độ, áp suất phân tán ở nhiều khu vực với hệ thống BMS trung tâm.

Xem thêm: Sản phẩm bộ cách ly tín hiệu được phân phối chính hãng tại Sensors Việt Nam

Ưu điểm của bộ cách ly tín hiệu 4-20mA

Việc bổ sung C mang lại một số lợi ích cụ thể có thể đo lường được trong quá trình vận hành thực tế.

Bộ cách ly tín hiệu 4-20 mA có khả năng chống nhiễu tín hiệu, giúp giá trị đo truyền về PLC ổn định hơn ngay cả khi đường tín hiệu đi qua khu vực có nhiều thiết bị công suất lớn hoạt động gần đó.

Bộ cách ly tín hiệu 4-20 mA giúp ngăn xung điện áp bất thường hoặc dòng điện rò từ phía cảm biến lan sang module analog input của PLC, giảm nguy cơ hư hỏng thiết bị điều khiển có giá trị đầu tư cao.

Bên cạnh đó, việc loại bỏ vòng lặp đất giúp giảm sai số đo phát sinh từ chênh lệch điện thế giữa các điểm tiếp địa, một nguyên nhân khá phổ biến nhưng khó phát hiện nếu không có thiết bị cách ly.

Mua bộ cách ly tín hiệu 4-20mA chính hãng tại Sensors Việt Nam

Sensors Việt Nam là đơn vị chuyên cung cấp bộ cách ly tín hiệu, bộ chuyển đổi tín hiệu, bộ chia tín hiệu, bộ cách ly an toàn, bộ chuyển đổi nhiệt độ và các thiết bị đo lường chính hãng đến từ các thương hiệu uy tín trên thế giới. 

Chúng tôi cung cấp đầy đủ các dòng bộ cách ly tín hiệu 4-20mA, 0-10V, RTD, Pt100, thermocouple phục vụ cho PLC, DCS, SCADA, HVAC, BMS và các hệ thống tự động hóa công nghiệp. Với đội ngũ kỹ sư giàu kinh nghiệm, Sensors Việt Nam luôn sẵn sàng tư vấn giải pháp phù hợp, giúp khách hàng lựa chọn đúng thiết bị, nâng cao độ ổn định và hiệu quả vận hành của hệ thống. 

Mọi thông tin chi tiết về bộ cách ly tín hiệu và nhu cầu mua hàng, hãy liên hệ trực tiếp với Sensors Việt Nam để được hỗ trợ nhanh chóng!