Bộ chống sét tín hiệu 4-20mA | Analog | Mạng LAN | Modbus

Bộ chống sét tín hiệu 4-20mA được sử dụng để bảo vệ cảm biến, transmitter, card analog PLC, bộ điều khiển và các thiết bị đo lường trước xung quá áp truyền trên đường tín hiệu. Trong nhà máy, ngoài chống sét cho nguồn điện AC/DC thì các tuyến 4-20mA, 0-10V, Digital, RS485, Modbus và Ethernet đi từ hiện trường về tủ điều khiển cũng cần được xem xét bảo vệ.

Trường hợp thường gặp là cảm biến áp suất, đo mức, lưu lượng hoặc nhiệt độ được lắp ngoài hiện trường và kéo dây tín hiệu hàng chục đến hàng trăm mét về PLC. Khi có xung quá áp do sét hoặc hiện tượng đóng cắt điện, năng lượng xung có thể đi theo đường dây và ảnh hưởng đến cả thiết bị hiện trường lẫn card tín hiệu trong tủ.

Bài viết này tập trung vào chống sét đường tín hiệu 4-20mA và tín hiệu truyền thông. Phần chống sét nguồn AC, DC và cách phân loại SPD được trình bày riêng trong bài chống sét lan truyền là gì để tránh lặp lại nội dung.

Bộ chống sét tín hiệu 4-20mA là gì?

Bộ chống sét tín hiệu 4-20mA, hay SPD cho mạch đo lường và điều khiển, là thiết bị bảo vệ được mắc trên đường tín hiệu để hạn chế xung quá áp trước khi xung truyền đến cảm biến, transmitter, PLC, DCS hoặc bộ điều khiển.

Trong điều kiện bình thường, tín hiệu 4-20mA vẫn truyền qua SPD. Khi xuất hiện điện áp xung vượt quá mức thiết kế, phần tử bảo vệ bên trong sẽ giới hạn điện áp giữa các dây và/hoặc dẫn năng lượng xung về hệ thống cân bằng điện thế, từ đó giảm mức điện áp tác động lên thiết bị phía sau.

Tại sao cần chống sét tín hiệu 4-20mA?

Tín hiệu 4-20mA được dùng rất phổ biến để truyền giá trị đo từ cảm biến về PLC hoặc bộ điều khiển. Ưu điểm của dòng 4-20mA là khả năng truyền khoảng cách xa và ít bị ảnh hưởng bởi sụt áp trên dây hơn tín hiệu điện áp, nhưng chính tuyến cáp dài cũng tạo ra một đường mà xung quá áp có thể truyền vào hệ thống.

Xung không nhất thiết xuất hiện khi sét đánh trực tiếp vào dây tín hiệu. Sét đánh gần tuyến cáp, cảm ứng điện từ, chênh lệch điện thế đất giữa các khu vực hoặc thao tác đóng cắt tải điện công suất lớn đều có thể tạo ra quá áp tức thời.

Ví dụ một cảm biến đo mức ngoài trời truyền tín hiệu 4-20mA về analog input PLC. Mặc dù nguồn 220VAC trong tủ đã có SPD nhưng xung vẫn có thể đi vào từ chính dây tín hiệu cảm biến. Vì vậy chống sét nguồn và chống sét tín hiệu 4-20mA là hai lớp bảo vệ khác nhau.

Với đường tín hiệu, SPD thường được đặt gần thiết bị cần bảo vệ. Đường nối đất hoặc cân bằng điện thế của SPD cần ngắn, chắc chắn và được thực hiện đúng kỹ thuật. Một SPD có thông số tốt nhưng lắp đặt hoặc tiếp địa không đúng vẫn có thể cho hiệu quả bảo vệ thấp.

Các bộ chống sét tín hiệu Seneca dùng trong công nghiệp

Seneca có nhóm thiết bị S400 dành cho nhiều loại đường tín hiệu khác nhau. Với bài viết này, mình vẫn giữ các model đang có trong nội dung cũ để người đọc dễ tra cứu, đồng thời chỉnh lại đúng chức năng và thông số kỹ thuật của từng thiết bị.

Bộ chống sét tín hiệu 4-20mA K400CL | Seneca – Italy

K400CL là SPD dạng slim rộng 6,2 mm dành cho các mạch tín hiệu analog và logic. Thiết bị có thể sử dụng trên các loop 0/4-20mA, 0-10V, tín hiệu xung và Digital khi điện áp làm việc phù hợp với giới hạn của module.

K400CL đặc biệt phù hợp với các tủ có nhiều kênh tín hiệu vì chiều rộng chỉ 6,2 mm. Ví dụ với cảm biến áp suất 4-20mA, tuyến kết nối cơ bản có thể bố trí theo dạng:

Cảm biến 4-20mA → K400CL → Analog Input PLC

K400CL không cần một nguồn 24VDC riêng để hoạt động. Giá trị 24VDC trong catalogue là điện áp danh định của mạch được bảo vệ.

Thông số kỹ thuật K400CL

Bộ chống sét tín hiệu analog/digital S400CL-1 | Seneca – Italy

S400CL-1 được thiết kế cho tín hiệu analog và logic tương tự K400CL nhưng tích hợp thêm knife switch – dao ngắt tín hiệu. Nhờ đó kỹ thuật có thể cô lập đường tín hiệu tại module khi cần kiểm tra, bảo trì hoặc xử lý sự cố.

S400CL-1 có thể sử dụng cho loop 4-20mA, tín hiệu điện áp, xung và Digital phù hợp với điện áp của thiết bị. Trong tủ điều khiển, module thường nằm giữa thiết bị hiện trường và card input PLC/DCS.

Transmitter 4-20mA → S400CL-1 → PLC / DCS / Bộ điều khiển

Một ưu điểm thực tế của S400CL-1 là cùng một dòng SPD có thể sử dụng trên nhiều tuyến analog và logic trong tủ, giúp cách bố trí thiết bị bảo vệ đồng nhất hơn.

Thông số kỹ thuật bộ chống sét S400CL-1

Seneca hiện còn liệt kê cả S400CL-1 và S400CL-1-N trong danh mục S400. Vì vậy nếu đang chọn thiết bị cho dự án mới, nên kiểm tra model hiện hành và tình trạng đặt hàng tại thời điểm báo giá thay vì mặc định sử dụng K400CL như các hệ thống cũ.

Thiết bị chống sét tín hiệu mạng S400ETH-DSK | Seneca

Ngoài tín hiệu analog 4-20mA, cáp Ethernet cũng có thể trở thành đường truyền xung vào switch, PLC, gateway, camera IP hoặc thiết bị mạng. S400ETH-DSK được thiết kế riêng cho các giao tiếp dữ liệu sử dụng đầu nối RJ45.

Thiết bị có một cổng RJ45 phía vào và một cổng RJ45 phía ra, bảo vệ tám đường tín hiệu và hỗ trợ PoE – Power over Ethernet. Theo tài liệu Seneca, S400ETH-DSK có thể sử dụng cho mạng Ethernet đến 1 Gbit/s.

Cách lắp phù hợp là đặt S400ETH-DSK ngay trước thiết bị cần bảo vệ. Dây PE nên nối về hệ thống cân bằng điện thế bằng đường ngắn nhất có thể. Đồng thời không nên đi dây phía đã được bảo vệ song song trong khoảng dài với dây chưa được bảo vệ.

Thông số kỹ thuật S400ETH-DSK

Nếu đường truyền sử dụng Ethernet/RJ45 thì nên chọn SPD được thiết kế cho Ethernet thay vì dùng bộ chống sét analog. Tốc độ truyền dữ liệu, điện áp, sơ đồ chân và trở kháng của hai loại đường tín hiệu hoàn toàn khác nhau.

Thiết bị chống sét lan truyền mạng công nghiệp S400NET-1

S400NET-1 được Seneca thiết kế cho mạng Ethernet, serial và fieldbus với tối đa 5 dây tín hiệu. Đây là nhóm SPD phù hợp hơn với các tuyến truyền thông công nghiệp dạng đấu dây terminal như RS232, RS422, RS485 và các fieldbus.

Trong thực tế, RS485 hoặc Modbus RTU thường được kéo từ PLC hoặc gateway đến đồng hồ đo, cảm biến, remote I/O và các thiết bị hiện trường. Tuyến cáp càng dài, đi ngoài trời hoặc kết nối giữa nhiều khu vực thì nguy cơ xuất hiện chênh lệch điện thế và xung quá áp càng cần được xem xét.

Một tình huống thường gặp sau mưa giông là thiết bị vẫn còn nguồn nhưng PLC hoặc gateway không thể giao tiếp với thiết bị phía xa. Khi đó transceiver hoặc cổng truyền thông có thể đã bị ảnh hưởng. SPD trên đường truyền là một lớp bảo vệ giúp hạn chế xung trước khi nó đi đến phần điện tử của cổng giao tiếp.

Thông số kỹ thuật S400NET-1

Kết luận

Bộ chống sét tín hiệu 4-20mA là một thiết bị nhỏ nhưng nằm ngay trên đường kết nối giữa cảm biến hiện trường và hệ thống điều khiển. Với những tuyến cáp dài, cảm biến đặt ngoài trời hoặc khu vực thường xuyên có giông sét, việc bảo vệ riêng đường tín hiệu giúp giảm nguy cơ xung quá áp tác động trực tiếp lên transmitter và card analog PLC.

Không có một SPD dùng tối ưu cho mọi loại tín hiệu. Đường 4-20mA và analog cần một loại bảo vệ khác Ethernet hoặc RS485. Vì vậy trước khi chọn cần xác định ít nhất ba thông tin: loại tín hiệu, điện áp làm việc và thiết bị cần bảo vệ.

Bên cạnh model SPD, cách lắp đặt, vị trí thiết bị và hệ thống tiếp địa cũng quyết định hiệu quả bảo vệ thực tế. Vì vậy chống sét tín hiệu nên được xem là một phần của hệ thống bảo vệ tổng thể chứ không chỉ là một module lắp thêm vào tủ điện.

Giá bộ chống sét tín hiệu 4-20mA là bao nhiêu?

Giá bộ chống sét tín hiệu 4-20mA phụ thuộc vào loại đường cần bảo vệ, điện áp làm việc, khả năng chịu xung, kiểu kết nối và model thiết bị. Vì vậy báo giá cho đường analog 4-20mA sẽ khác với Ethernet RJ45 hoặc RS485.

Nếu chưa biết nên chọn model nào, bạn chỉ cần gửi loại cảm biến hoặc thiết bị đang sử dụng, tín hiệu output, nguồn cấp và thiết bị nhận tín hiệu. Từ các thông tin này mình có thể đối chiếu dòng SPD phù hợp trước khi báo giá.

Người chịu trách nhiệm nội dung:

Lê Quân Đạt – Kỹ sư Tự động hóa

Phụ trách biên soạn và kiểm tra nội dung kỹ thuật về cảm biến đo lường, xử lý tín hiệu và truyền dữ liệu trong công nghiệp.

• Điện thoại: 0886 088 496
• Email: datle.huphaco@gmail.com
• Website: Chuyendoitinhieu.vn