Trong hệ thống điều khiển tự động, việc kết nối cảm biến với PLC là một bước quan trọng để thu thập dữ liệu và điều khiển thiết bị. Trong đó, cảm biến 4-20mA thường được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp nhờ tính ổn định và khả năng truyền tín hiệu trong khoảng cách xa. Bài viết này, Thanh Thiên Phú sẽ hướng dẫn bạn cách kết nối cảm biến 4-20mA với PLC một cách chi tiết và chính xác.
1. Cảm biến 4-20mA là gì?
Cảm biến 4-20mA là loại cảm biến analog, chuyển đổi đại lượng vật lý (như áp suất, nhiệt độ, lưu lượng, mức độ…) thành tín hiệu dòng điện trong khoảng từ 4mA đến 20mA.
Cảm biến đo đại lượng vật lý và chuyển đổi thành tín hiệu dòng điện tỷ lệ. Giá trị 4mA thường đại diện cho giá trị nhỏ nhất của dải đo, 20mA đại diện cho giá trị lớn nhất. Ví dụ, với cảm biến áp suất 0-10 bar, 4mA tương ứng 0 bar và 20mA tương ứng 10 bar.
Cảm biến 4-20mA được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp để đo lường và điều khiển các thông số quan trọng trong nhiều lĩnh vực như sản xuất, năng lượng, xử lý nước, dầu khí… Tín hiệu 4-20mA có khả năng chống nhiễu tốt và có thể truyền đi xa, do đó rất phù hợp trong môi trường công nghiệp.
2. Các loại cảm biến có ngõ ra là 4-20mA
Có tất nhiều loại cảm biến sử dụng tín hiệu ngõ ra 4-20mA để truyền dữ liệu đo lường. Dưới đây là một số loại cảm biến phổ biến:
- Cảm biến áp suất
- Cảm biến nhiệt độ
- Cảm biến lưu lượng
- Cảm biến mức
- Cảm biến vị trí
- Cảm biến độ ẩm
- Cảm biến ánh sáng
- Cảm biến khí
3. Các loại tín hiệu 4-20mA phổ biến
Tín hiệu 4-20mA được chia thành hai loại chính: Active và Passive. Sự khác biệt quan trọng giữa chúng là cách cung cấp nguồn và cách kết nối với PLC hoặc biến tần.
3.1. Tín hiệu 4-20mA active (Nguồn cấp riêng)
Tín hiệu 4-20mA Active có nguồn điện cấp độc lập, thường là 24V DC hoặc 220V AC (tùy thuộc vào loại cảm biến). Cảm biến có nguồn riêng, thường có 3 hoặc 4 dây. PLC hoặc biến tần có thể đọc trực tiếp tín hiệu này mà không cần cấp nguồn thêm.
Tín hiệu 4-20mA active dễ dàng kết nối và sử dụng trong các hệ thống tự động và thích hợp khi PLC có sẵn đầu vào analog 4-20mA active.
3.2. Tín hiệu 4-20mA passive (Nguồn cấp chung)
Tín hiệu 4-20mA Passive không có nguồn cấp độc lập. Nguồn và tín hiệu được truyền qua cùng một cặp dây (2 dây). PLC hoặc biến tần không thể đọc trực tiếp tín hiệu này mà cần phải có nguồn điện cấp từ bên ngoài (hoặc từ chính PLC nếu PLC có hỗ trợ). PLC hoặc thiết bị nhận tín hiệu cần phải cung cấp nguồn cho vòng lặp dòng 4-20mA.
Tín hiệu 4-20mA passive thường được sử dụng trong các hệ thống yêu cầu tiết kiệm dây dẫn và đơn giản hóa việc lắp đặt.
4. Cách kết nối cảm biến 4-20mA với PLC chi tiết
Để kết nối cảm biến 4-20mA với PLC, bạn cần thực hiện các bước sau:
4.1. Chuẩn bị
- Xác định loại cảm biến: Xác định xem cảm biến của bạn là loại active (có nguồn cấp riêng) hay passive (nguồn cấp chung). Việc này rất quan trọng để chọn cách kết nối phù hợp.
- Kiểm tra tài liệu kỹ thuật: Đọc kỹ tài liệu kỹ thuật của cả cảm biến và PLC để biết các thông tin sau:
- Điện áp nguồn cấp yêu cầu (đối với cảm biến active): Thông tin này giúp bạn chọn nguồn cấp phù hợp.
- Dải điện áp/dòng điện đầu ra của cảm biến: Thông tin này giúp bạn cấu hình PLC để đọc đúng giá trị.
- Loại đầu vào analog của PLC: Kiểm tra xem đầu vào analog của PLC có hỗ trợ trực tiếp tín hiệu 4-20mA hay không (đặc biệt quan trọng đối với cảm biến passive). Nếu PLC chỉ hỗ trợ đầu vào 0-10V, bạn cần có thêm điện trở (thường là 250 Ohm) để chuyển đổi tín hiệu dòng 4-20mA thành điện áp 1-5V.
- Sơ đồ kết nối: Tài liệu kỹ thuật thường cung cấp sơ đồ kết nối chi tiết, giúp bạn đấu dây chính xác.
- Chuẩn bị dụng cụ: Chuẩn bị các dụng cụ cần thiết như đồng hồ vạn năng (để kiểm tra điện áp, dòng điện), tua vít, kìm cắt dây, dây điện…
4.2. Cách kết nối cảm biến 4-20mA active vào PLC
- Cấp nguồn cho cảm biến: Kết nối dây nguồn (thường là 24VDC) vào các chân cấp nguồn của cảm biến (thường được ký hiệu là “+” và “-“).
- Kết nối tín hiệu:
- Kết nối dây tín hiệu dương (+) của cảm biến (thường có màu khác với dây nguồn) vào chân đầu vào analog dương (+) của PLC.
- Kết nối dây tín hiệu âm (-) của cảm biến vào chân đầu vào analog âm (-) của PLC.
Lưu ý:
- Đảm bảo đấu đúng cực tính của nguồn cấp và tín hiệu.
- Kiểm tra kỹ các kết nối trước khi cấp nguồn.
4.3. Cách kết nối cảm biến 4-20mA passive vào PLC
Vì cảm biến 4-20mA passive (2 dây) không có nguồn cấp riêng, PLC cần phải cung cấp nguồn này:
- Kiểm tra tài liệu của PLC để xác định chân nào là chân cấp nguồn dương (+) và chân nào là chân nhận tín hiệu dòng vào (+). Thông thường, sẽ có ký hiệu rõ ràng trên module analog input của PLC.
- Nối dây dương (+) từ chân cấp nguồn dương (+) của PLC vào chân dương (+) của cảm biến.
- Nối dây âm (-) của cảm biến vào chân nhận tín hiệu dòng vào (+) của PLC (kênh analog).
Lưu ý:
- Đảm bảo rằng đầu vào analog của PLC được cấu tạo để nhận tín hiệu 4-20mA và cấp nguồn.
- Điện áp cấp nguồn của PLC phải nằm trong dải điện áp hoạt động của cảm biến (thường được ghi rõ trong tài liệu của cảm biến).
4.4. Cách kết nối dây tín hiệu 4-20mA vào PLC (không nguồn)
- Sử dụng bộ nguồn ngoài 24VDC (hoặc điện áp phù hợp với cảm biến).
- Nối cực dương (+) của bộ nguồn vào dây dương (+) của cảm biến.
- Nối dây âm (-) của cảm biến vào chân đầu vào analog dương (+) của PLC (hoặc chân dương của bộ chuyển đổi tín hiệu).
- Nối cực âm (-) của bộ nguồn vào chân đầu vào analog âm (-) của PLC (hoặc chân âm của bộ chuyển đổi tín hiệu).
Lưu ý:
- Điện áp của bộ nguồn ngoài phải phù hợp với yêu cầu của cảm biến (ví dụ: 24VDC).
- Sơ đồ mạch phải tạo thành 1 vòng kín
- Nếu sử dụng bộ chuyển đổi tín hiệu, hãy làm theo hướng dẫn của nhà sản xuất bộ chuyển đổi.
5. Các lưu ý quan trọng khi kết nối cảm biến với PLC
Để đảm bảo hệ thống hoạt động an toàn, ổn định và chính xác, hãy chú ý các điểm sau:
- Chọn cảm biến phù hợp: Chọn cảm biến có dải đo đáp ứng đúng yêu cầu của ứng dụng. Quan trọng nữa là xác định loại tín hiệu đầu ra của cảm biến (4-20mA active hay passive) để đảm bảo tương thích với đầu vào của PLC.
- Cung cấp nguồn điện chính xác: Đảm bảo điện áp nguồn cấp (nếu có) phù hợp với thông số kỹ thuật của cảm biến. Sử dụng sai điện áp có thể làm hỏng cảm biến hoặc gây ra sai số.
- Kiểm tra kết nối cẩn thận: Trước khi cấp nguồn cho hệ thống, hãy kiểm tra kỹ lưỡng tất cả các kết nối dây. Đảm bảo rằng các dây được kết nối đúng cực tính, chắc chắn và không bị lỏng lẻo.
- Cấu hình PLC: Cấu hình đúng kiểu đầu vào Analog và cài đặt Scale để chuyển giá trị 4-20mA thành giá trị vật lý
- Sử dụng dây tín hiệu chống nhiễu: Để tín hiệu truyền đi ổn định và không bị ảnh hưởng bởi nhiễu điện từ, hãy sử dụng dây tín hiệu có lớp vỏ chống nhiễu .
- Tham khảo tài liệu kỹ thuật: Luôn đọc kỹ tài liệu kỹ thuật của cả cảm biến và PLC. Tài liệu này cung cấp thông tin chi tiết về cách kết nối, cấu hình và các lưu ý quan trọng khác.
- Nối đất hệ thống: Nối đất hệ thống đúng cách là biện pháp quan trọng để giảm thiểu nhiễu và đảm bảo an toàn cho người vận hành và thiết bị.
- Kiểm tra hoạt động sau khi kết nối: Sau khi hoàn tất việc kết nối, hãy kiểm tra hoạt động của toàn bộ hệ thống. Thay đổi giá trị mà cảm biến đo được (ví dụ: tăng/giảm áp suất, nhiệt độ…) và quan sát tín hiệu đầu ra trên PLC hoặc màn hình HMI. Đảm bảo rằng giá trị hiển thị trên PLC tương ứng với giá trị thực tế.
Xem thêm:
Việc kết nối cảm biến 4-20mA với PLC là một phần quan trọng trong việc xây dựng hệ thống tự động hóa. Bằng cách hiểu rõ các loại cảm biến, tín hiệu 4-20mA (active/passive) và tuân thủ các bước kết nối chi tiết, bạn có thể đảm bảo hệ thống hoạt động chính xác, ổn định và an toàn. Nếu cần tư vấn chọn mua PLC Siemens chính hãng, hãy liên hệ đến Thanh Thiên Phú qua hotline 08.12.77.88.99 để được hỗ trợ nhanh nhất nhé!
