(+Từng Bước) Nối dây tín hiệu 4-20mA | Active và Passive

Đấu dây 4-20ma active và passive?  Nếu bạn là một kỹ thuật viên trong nhà máy thì chắc hẳn đã từng tiếp xúc qua khá nhiều các thiết bị trong công nghiệp rồi. Hầu hết các thiết bị này được kết nối với nhau thông qua một vài tín hiệu công nghiệp. Đó là các tín hiệu analog 4-20mA, 0-10V hoặc tín hiệu số nhị phân, Modbus, … Mỗi một dạng tín hiệu thì đều được kết nối với nguồn điện khác nhau.

Cách đo dòng 4-20mA

Hướng dẫn sử dụng TEST-4 Seneca

Bộ chuyển đổi tín hiệu 4-20mA

Có rất nhiều anh em hỏi tôi về cách đấu dây cảm biến nhiệt độ, cảm biến áp suất kiểu active và passive như thế nào: Và khi nào nên đấu kiểu đó. Bài viết này tôi sẽ chia sẻ đến anh em toàn bộ về hai kiểu đấu dây này nhé.

Tín hiệu 4-20mA là gì?

Đầu tiên thì dành cho bạn nào chưa biết đến tín hiệu analog 4-20mA thì mình sẽ giới thiệu qua một chút về nó để mọi người hiểu rõ.

Tín hiệu 4-20mA là tín hiệu analog dòng điện có giá trị từ 4 mA đến 20 mA, những giá trị nằm ngoài đều được xem là tín hiệu báo lỗi, tín hiệu thông báo sự cố. 

Đa phần chúng ta quen thuộc với tín hiệu analog dạng áp ( 0-5V, 0-10V… ) Tuy nhiên trong quá trình sử dụng, tín hiệu áp 0-5V và 0-10V có nhược điểm là khó phát hiện lỗi ở mức tín hiệu thấp và dễ bị nhiễu trên đường truyền. Nguyên nhân của hiện tượng nhiễu trên là do các khu vực có điện lưới đi qua, tủ điện, biến tần, motor khi hoạt động sẽ gây nhiễu cho tín hiệu analog dạng áp.

Tại sao phải sử dụng tín hiệu 4-20mA

Qua quá trình nghiên cứu, thí nghiệm tạo ra dòng 0-20mA, tuy nhiên dòng tín hiệu này cũng có nhiều nhược điểm như : Khi tín hiệu báo lỗi ở mức thấp (với mức 0mA) sẽ không phân biệt được với tín hiệu thường. Chính điều này tạo ra tiền đề cho sự ra đời của tín hiệu analog 4-20mA.

Trước khi thực hiện nối dây tín hiệu 4-20mA Active và Passive, bạn nên hiểu nguyên lý hoạt động của vòng lặp dòng điện (Current Loop). Việc xác định đúng loại tín hiệu sẽ giúp lựa chọn sơ đồ đấu dây phù hợp, tránh tình trạng PLC không nhận tín hiệu hoặc transmitter hoạt động không ổn định.

Cách nối dây tín hiệu 4-20mA Active

Trong quá trình nối dây tín hiệu 4-20mA Active và Passive, trước tiên cần xác định thiết bị đang sử dụng ngõ ra Active hay Passive. Đây là bước quan trọng vì mỗi loại sẽ có cách cấp nguồn và sơ đồ đấu dây khác nhau.

Đầu tiên chúng ta xem tín hiệu 4-20mA Active xuất ra từ cảm biến đo mức liên tục trong chất rắn với nguồn cấp riêng biệt 220V hoặc 24Vdc.

Tín hiệu output 4-20mA sẽ có nguồn áp trên tín hiệu 4-20mA – hay còn gọi là tín hiệu 4-20mA Active. Các thiết bị đo có thể đọc trực tiếp từ output 4-20mA active này.

Một điều đáng lưu ý là không phải tất cả các tín hiệu 4-20mA có nguồn cấp riêng biệt đều cho ra tín hiệu 4-20mA Active. Một số thiết bị có thể tùy chọn cho ra tín hiệu 4-20mA Passive.

Khi nào sử dụng tín hiệu Active

Trong quá trình lắp đặt hệ thống nếu chúng ta kết hợp các loại cảm biến mà không có nguồn cấp rời thì phải nghĩ ngay đến tín hiệu active. Lúc này một là thiết bị nhận phải xuất được nguồn chủ động (active) trên 2 dây tín hiệu 4-20ma để nuôi cảm biến, hoặc nếu thiết bị nhận không có thì chúng ta phải đấu nối tiếp với một bộ nguồn rời để đảm bảo cảm biến được cấp nguồn.

• Bước 1: Các bạn chuyển bị 2 dây để kết nối tín hiệu
• Bước 2: Trên các loại cảm biến chúng sẽ kí hiệu chân 4-20mA (+) và chân (-). Các bạn cần lưu ý và xác định rõ hai chân này
• Bước 3: Nối dây (+) từ cảm biến vào (+) của bộ hiển thị theo như hình trên.
• Bước 4: Còn dây (-) còn lại của cảm biến thì các bạn cũng thực hiện đấu vào đầu (-) của bộ hiển thị.

Lưu ý là các bạn cần phải xác định rõ các chân của cảm biến cũng như của bộ hiển thị trước khi thực hiện kết nối nhé. Mỗi bộ hiển thị nó quy định các chân khác nhau nên các bạn cẩn thận xem xét trước khi đấu nối nhé.

Nếu đấu nối đúng sơ đồ, tín hiệu 4-20mA Active sẽ được truyền ổn định về PLC hoặc bộ điều khiển. Ngược lại, nếu xác định sai giữa Active và Passive, hệ thống có thể không đọc được tín hiệu hoặc hiển thị sai giá trị đo.

Cách nối dây tín hiệu 4-20mA Passive

Đối với nối dây tín hiệu 4-20mA Passive, cần lưu ý thiết bị phát tín hiệu không tự cấp nguồn cho vòng lặp. Vì vậy hệ thống phải có nguồn 24VDC bên ngoài để tạo dòng 4-20mA trước khi truyền về thiết bị nhận.

Có một điểm khác biệt rõ giữa tín hiệu Analog 4-20mA Active và tín hiệu 4-20mA Passive; là tín hiệu 4-20mA passive chỉ có 2 dây . Trên tín hiệu 4-20mA vừa là nguồn vừa là tín hiệu .

Ngày nay hầu như tất cả các tín hiệu từ cảm biến hay bộ chuyển đổi đều đưa về tín hiệu 4-20mA 2 dây tức là tín hiệu 4-20mA Passive . Để đọc được tín hiệu Analog 4-20mA passive chúng ta phải cấp nguồn 24Vdc nối tiếp với giữa cảm biến 4-20mA 2 wire passive và thiết bị đọc tín hiệu 4-20mA .

Khi nào sử dụng tín hiệu 4-20mA Passive

Ngược lại nếu trong hệ thống đang dùng đã có một thiết bị nhận nhận tín hiệu 4-20ma active và một thiết bị phát tín hiệu 4-20ma passive nhưng trong quá trình sử dụng người ta muốn chia tín hiệu 4-20ma thành 2 tín hiệu.

Trong thực tế, phần lớn transmitter đo áp suất, nhiệt độ, lưu lượng và mức hiện nay đều sử dụng tín hiệu 4-20mA Passive. Vì vậy, việc hiểu đúng cách nối dây tín hiệu 4-20mA Active và Passive sẽ giúp giảm đáng kể thời gian xử lý sự cố khi lắp đặt hoặc bảo trì.

Lúc này chúng ta sẽ lắp thêm một bộ chia tín hiệu 4-20ma ngay giữa thiết bị nhận và thiết bị phát. Và vấn đề sẽ xảy ra nếu bộ chia dòng 4-20ma này cũng phát ra tín hiệu 4-20ma active (vì nó sẽ đụng nguồn với tín hiệu 4-20ma của thiết bị nhận). Do đó trong trường hợp này chúng ta sẽ dùng tín hiệu 4-20ma passive.

Cách nối dây tín hiệu 4-20mA Pasive

Như phía trên, ta đã thấy cách đấu dây đối với tín hiệu Active thì khá đơn giản. Còn đối với tín hiệu analog 4-20mA từ cảm biến 2 wire 4-20mA thì sao ?

Đối với tín hiệu Analog 4-20mA từ cảm biến có 2 dây; thì chúng ta phải kết nối theo dạng Loop power nối tiếp với nguồn 24Vdc .

Nhìn qua thì có vẻ rất đơn giản nhưng nếu chúng ta không biết nguyên lý của nó thì sẽ là một vấn đề nếu chúng ta không biết cách kết nối .

• Bước 1: Bước đầu tiên cần phải xác định chân âm (-) chân dương (+) của các thiết bị trước nhé.
• Bước 2: Các bạn thực hiện nối dây (+) từ bộ nguồn vào dây dương (+) của cảm biến.
• Bước 3: Chân âm (-) còn lại của cảm biến các bạn sẽ nối với chân dương (+) của bộ hiển thị.
• Bước 4: Từ chân âm (-) của bộ hiển thị các bạn nối với chân âm (-) của bộ nguồn.

Thực ra thì nguồn 24Vdc mắc nối tiếp đóng vai trò là nguồn cấp nuôi cho cảm biến. Chân âm của cảm biến sẽ đóng vai trò là nguồn tín hiệu đưa về PLC. Chân âm của PLC và chân âm của nguồn 24Vdc mắc nối tiếp nhau tạo thành một vòng kín . Đấu dây 4-20ma active và passive.

Câu hỏi thường gặp về nối dây tín hiệu 4-20mA Active và Passive

Làm sao để phân biệt tín hiệu 4-20mA Active và Passive?

Cách đơn giản nhất là kiểm tra sơ đồ đấu dây hoặc tài liệu kỹ thuật của thiết bị. Thiết bị Active thường tự cấp nguồn cho vòng lặp 4-20mA, trong khi thiết bị Passive cần nguồn cấp từ bên ngoài để tạo dòng tín hiệu. Nếu không có tài liệu, bạn có thể sử dụng đồng hồ đo hoặc thiết bị hiệu chuẩn để kiểm tra trước khi đấu nối.

Đấu sai Active và Passive có làm hỏng PLC không?

Trong nhiều trường hợp, đấu sai sẽ khiến PLC không nhận được tín hiệu hoặc giá trị đo luôn bằng 0 mA. Tuy nhiên, với một số thiết bị có yêu cầu nguồn cấp riêng, việc đấu sai trong thời gian dài có thể ảnh hưởng đến ngõ vào Analog Input hoặc làm hỏng transmitter. Vì vậy, cần xác định đúng loại tín hiệu trước khi đấu nối.

Có thể dùng đồng hồ vạn năng để kiểm tra tín hiệu 4-20mA không?

Có. Đồng hồ vạn năng có chức năng đo dòng DC (mA) có thể dùng để kiểm tra tín hiệu 4-20mA. Khi đo, đồng hồ phải được mắc nối tiếp với vòng lặp tín hiệu. Nếu cần vừa đo vừa phát tín hiệu giả lập để kiểm tra PLC hoặc bộ điều khiển, nên sử dụng thiết bị hiệu chuẩn chuyên dụng như Seneca TEST-4.

Vì sao PLC không nhận được tín hiệu 4-20mA sau khi đấu dây?

Nguyên nhân có thể do đấu nhầm giữa mạch Active và Passive, thiếu nguồn cấp cho vòng lặp, đấu sai cực tính hoặc cấu hình sai ngõ vào Analog Input của PLC. Trước khi kết luận PLC bị lỗi, nên kiểm tra lại sơ đồ đấu dây, nguồn cấp và đo trực tiếp dòng tín hiệu trên vòng lặp.

Khi nào cần sử dụng bộ chuyển đổi hoặc bộ cách ly tín hiệu 4-20mA?

Nếu tín hiệu phải truyền đi xa, có nguy cơ nhiễu điện, xuất hiện chênh lệch điện thế giữa các thiết bị hoặc cần chuyển đổi sang chuẩn tín hiệu khác như 0-10V, Modbus RTU…, nên sử dụng bộ chuyển đổi hoặc bộ cách ly tín hiệu để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và an toàn.

Nên tham khảo sơ đồ đấu dây ở đâu trước khi lắp đặt?

Trước khi đấu nối, nên tham khảo tài liệu kỹ thuật (datasheet hoặc user manual) của transmitter, PLC hoặc thiết bị nhận tín hiệu. Đồng thời, cần xác định rõ thiết bị đang sử dụng ngõ vào Active hay Passive để lựa chọn sơ đồ đấu dây phù hợp, tránh mất thời gian xử lý sự cố sau khi lắp đặt.

Kết luận

Việc nối dây tín hiệu 4-20mA Active và Passive không chỉ đơn thuần là kết nối đúng cực tính mà còn cần xác định đúng loại tín hiệu, nguồn cấp và cấu trúc của vòng lặp dòng điện. Khi hiểu rõ nguyên lý hoạt động của từng loại, bạn sẽ dễ dàng đấu nối transmitter, PLC, bộ điều khiển PID hoặc bộ chuyển đổi tín hiệu một cách chính xác, đồng thời hạn chế các lỗi thường gặp trong quá trình vận hành và bảo trì hệ thống.

Liên Hệ

Kỹ sư Cơ Điện Tử – Mr. Trọng