Bộ chuyển đổi tín hiệu 4-20ma sang modbus RS485

Mến chào tất cả các bạn, hôm nay trong bài viết này mình sẽ giới thiệu đến các bạn một dòng thiết bị chuyển đổi tín hiệu sang modbus RTU. Đó là sản phẩm bộ chuyển đổi tín hiệu 4-20ma sang modbus RS485, đây là loại chuyển đổi tín hiệu được dùng nhiều nhất hiện nay. Cụ thể là trong các ứng dụng chuyển các dạng tín hiệu khác về dạng modbus RTU của PLC điều khiển. Trong bài viết mình sẽ làm rõ về các nội dung như khái niệm về thiết bị ? Phạm vi ứng dụng ở đâu ? Các thông số kỹ thuật ? Cách thức sử dụng loại thiết bị này như thế nào và các thông tin khác liên quan.

Trong các ứng dụng thông thường thì khi chúng ta sử dụng nhiều loại cảm biến cho những quy mô sản xuất nào đó, ta cần phải kết nối chúng về PLC để điều khiển. Chúng ta hoàn toàn có thể kết nối trực tiếp tín hiệu từ cảm biến về PLC với yêu cầu ngõ ra cảm biến phải là dạng analog 4-20ma. Tuy nhiên nếu số lượng cảm biến chúng ta dùng quá nhiều thì sẽ rất khó khăn cho việc đấu dây về PLC. Chính vì thế ta cần một bộ chuyển tín hiệu của các cảm biến để đưa về PLC theo giao thức modbus RTU.

Tín hiệu truyền thông RS485 là gì ?

RS485 hay được biết đến với tên gọi đầy đủ là chuẩn giao tiếp RS485 hay cáp RS485, đây là phương thức giao tiếp kết nối với máy tính và các thiết bị khác. RS485 không chỉ đơn thuần là giao diện đơn lẻ mà nó chính là tổ hợp truyền thông có khả năng tạo ra các mạng đơn giản của nhiều thiết bị. Chuẩn giao tiếp RS485 có thể kết nối max lên đến 32 thiết bị trên một cặp dây đơn và một hệ thống dây nối đất ở khoảng cách lên đến 1200m.

Khi sử dụng RS485 chúng ta có thể đọc được các thông số liên quan đến thiết bị phát ra tín hiệu. Có thể tùy chỉnh tùy biến được các thông số cho phép của NSX. Bên cạnh đó còn giúp ít cho chúng ta có thể lập trình trên PLC hay các hệ thống điều khiển khác.

Cấu tạo của RS485

Cáp RS485 được cấu tạo rất đơn giản, chỉ từ các sợi dây được xoắn lại với nhau theo từng cặp. Tuy nhiên, chính cấu tạo này lại sinh ra một nhược điểm nghiêm trọng, khi hiện tượng nhiễu xuất hiện ở 1 cặp dây thì ngay lập tức cặp dây khác cũng sẽ bị.

Điều này dẫn đến điện áp hoạt động giữa 2 dây sẽ không có quá nhiều sự chênh lệch, bộ phận thu của RS485 vẫn có thể nhận được tín hiệu vì bộ thu đã loại bỏ hết được hiện tượng nhiễu.

Nguyên lý hoạt động của RS485 như thế nào ?

Nguyên lý hoạt động của RS485 khá đơn giản, dữ liệu sẽ được truyền qua 2 dây khi xoắn lại với nhau, dây này được gọi là cáp xoắn. Khi dây được xoắn lại sẽ tạo cho RS485 khả năng chống nhiễu cao và khả năng truyền tín hiệu đường dài tốt hơn. RS485 được chia làm 2 loại cấu hình, hiện đang được sử dụng nhiều nhất hiện nay là cấu hình 2 dây và cấu hình 4 dây. 

Bộ chuyển đổi tín hiệu 4-20ma sang modbus RS485 là gì ?

Dành cho những bạn nào chưa biết về loại thiết bị này thì bộ chuyển đổi tín hiệu là các thiết bị công nghiệp chuyên dùng trong các ứng dụng chuyển đổi qua lại giữa các loại tín hiệu Analog 4-20mA, 0-20mA, 0-5V, 0-10V, PT100, can nhiệt K S R B E. Và với sản phẩm mà mình nói đến cũng là một trong số đó, thiết bị này có khả năng chuyển đổi các dạng tín hiệu analog 4-20ma của các cảm biến sang dạng modbus RTU (RS485 hoặc RS232) để kết nối với PLC một cách dễ dàng.

Mình xin giới thiệu đến các bạn dòng chuyển đổi tín hiệu  được bên mình nhập khẩu từ Cộng Hòa Séc, Ý đến từ Châu Âu. Các thiết bị này có khả năng chuyển đổi các dạng tín hiệu của cảm biến về dạng RS485 của PLC điều khiển. Với chất lượng tốt nhất trong tầm giá, tuổi thọ cao và bảo hành lâu dài. với tín hiệu RS485 chúng ta có thể dễ dàng đọc được các thông tin có liên quan đến thiết bị ngõ vào cũng như truyền đi xa lên đến 1200m

Phạm vi ứng dụng của bộ chuyển đổi tín hiệu 4-20ma sang modbus RTU:

Trong các trường hợp thông thường nếu ta có 1 cảm biến (áp suất, báo mức,…) có ngõ ra dạng analog 4-20ma chúng ta hoàn toàn có thể đấu dây thẳng về PLC điều khiển. Tuy nhiên nếu chúng ta có hẳn 8 cảm biến thì có lẽ số lượng dây kết nối sẽ rất nhiều đúng không nào ? Đó là lý do mà chúng ta có các loại chuyển đổi tín hiệu có thể nhận cùng lúc 8 kênh để kết nối với 8 loại cảm biến khác nhau. Tuy nhiên chỉ với 1 ngõ ra thuộc giao thức modbus RTU RS232, RS485 chúng ta hoàn toàn có thể điều khiển cùng lúc 8 cảm biến mà không cần dùng đến nhiều dây kết nối.

Bên cạnh đó thì chúng ta còn có rất nhiều loại có nhiều kênh như 16 kênh, 32 kênh để chuyển sang các dạng analog khác nhau và các loại giao thức modbus khác nhau. Với khả năng nhận được nhiều dạng tín hiệu đầu vào từ các loại cảm biến đo mức, cảm biến nhiệt độ, cảm biến áp suất,…Để hiêu thêm về thiết bị các bạn tham khảo các thông số bên dưới nhé.

Các ứng dụng phổ biến của bộ chuyển như:

• Chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ: PT100, PT1000, can nhiệt loại K S T E B R J sang Modbus RS485
• Chuyển đổi tín hiệu analog 4-20mA/ 0-20mA/ 0-5V/ 0-10V sang Modbus RS485
• Chuyển đổi tín hiệu điện trở, biến trở sang Modbus RS485
• Chuyển đổi tín hiệu dòng điện 0-5A Modbus RS485
• Chuyển đổi tín hiệu dòng AC/ DC sang Modbus RS485

Bộ chuyển đổi tín hiệu 4-20ma sang modbus RS485 OMX103UNI và OMX102UNI:

Nếu các bạn cần sử dụng bộ chuyển đổi tín hiệu 4-20mA/ 0-20mA/ 0-5V/ 0-10V sang Modbus RS485 có hệ số cách ly cao thì có thể cân nhắc sử dụng model này. Đây là các dòng chuyển đổi nhập khẩu từ Cộng Hòa Séc giúp chuyển đổi nhanh chóng. Bên cạnh đó thì còn có thể cách ly chống nhiễu tín hiệu rất tốt lên đến 4000VAC. Với một bộ chuyển đổi tín hiệu analog 4-20ma sang giao thức modbus RS485 ta có các thông số sau:

• Model: sản phẩm có mã là OMX102UNI và OMX103UNI
• Xuất xứ: được công ty mình nhập khẩu từ Cộng Hoà Séc
• Ngõ vào: 2 kênh có khả năng nhận các tín hiệu của cảm biến áp suất, cảm biến pt100, cảm biến can nhiệt, cảm biến đo mức liên tục, biến trở hay điện trở,…dạng analog 4-20ma, 0-20ma, 0-10vdc, 0-5Vd
• Ngõ ra: là dạng analog 4-20ma, 0-20ma, 0-10vdc, 0-5Vdc.. Giao thức Modbus RTU slave Rs485 – 2 dây
• Nguồn cấp: có thể tùy chọn dùng nguồn 10÷40VDC hay 19÷28VAC
• Hệ số cách ly chống nhiễu: 4000VAC, chống nhiễu và cách ly tín hiệu khá tốt
• Tốc độ truyền thông: lên đến 115.000 bps
• Thời gian phản hồi: <10ms rất nhanh, gần như ngay lập tức
• Tín hiệu có thể truyền đi xa lên đến 1.200m

Các ưu điểm của thiết bị này:

• Giá thành hợp lý, dễ tiếp cận
• Có nhiều ngõ vào để kết nối với nhiều cảm biến
• Tốc độ rất cao, phản hồi nhanh
• Có rất nhiều tùy chọn ngõ ra và ngõ vào để chúng ta lựa chọn

Cách thức đấu đây của bộ chuyển OMX103UNI:

Nguồn cấp 24VDC: ta đấu vào chân 1 va 2

Đấu dây input:

• Cảm biến nhiệt độ PT100, điện trở và biến trở: loại 2 dây ta đấu vào chân 14 và 17, nếu là loại 3 dây ta đấu vào chân 14, 15 và 17. Và nếu là loại 4 dây thì ta đấu vào chân 14, 15, 16 và 17
• Cảm biến can nhiệt loại K S B R T E,…: đấu vào chân 14 và 16
• Tín hiệu Analog 4-20mA/ 0-20mA: nếu là dòng active (đã có nguồn 24vdc) ta đấu vào chân 13 và 14. 
• Tín hiệu Analog 0-5V/ 0-10V/ 1-5V,…: ta đấu vào chân 14 và 15

Ra dây output:

• Tín hiệu Analog 4-20mA/ 0-20mA: nếu là dòng active (đã có nguồn 24vdc) ta đấu vào chân B và C
• Tín hiệu Analog 0-5V/ 0-10V/ 1-5V,…: ta đấu vào chân A và C
• Tiếp điểm relay 5A: Nếu dùng tiếp điểm NO ta ra từ chân A và Bở card limits. Nếu dùng tiếp điểm NC ta ra từ chân B và C card limits
• Nếu sử dụng ngõ ra Mobus RS485 ta ra từ chân B và C ở card data output

Bộ chuyển đổi tín hiệu 4-20mA sang RS485 OMX333UNI:

Nếu môi trường sử dụng của các bạn không bị nhiễu tín hiệu, không có các thiết bị phát ra từ trường cao như biến tần, motor, động cơ điện, máy biến áp thì ta nên sử dụng dòng chuyển đổi giá rẻ này để tiết kiệm chi phí đầu tư. Bên cạnh đó thì thiết bị này còn có thể chuyển đổi qua lại giữa nhiều loại tín hiệu khác nhau.

• Model: thiết bị có mã là OMX333UNI
• Xuất xứ: nhập khẩu chính hãng Orbit Merret – Cộng Hòa Séc Châu Âu
• Nguồn cấp: 10..30V AC/DC
• Tín hiệu ngõ vào (Input):
  • Các dạng tín hiệu Analog: 4-20mA, 0-20mA, 0-5V, 0-10V,…
  • Các dạng tín hiệu nhiệt độ: PT100/ 1000, Thermocouple type K, E, J, E, R, B,…
  • Các dạng tín hiệu điện trở: 0…100/300 Ω/0…1,5/3/24/30 kΩ
  • Các dạng tín hiệu điện áp – dòng một chiều: ±90/±180 mA, ±30/±60 mV/±1/±20/±40/±80 V
• Tín hiệu ngõ ra (Output):
  • Các dạng tín hiệu Analog: 4-20mA, 0-20mA, 0-5V, 0-10V,…
  • Các dạng tiếp điểm: 2 x Relay on/off
  • Các dạng tín hiệu truyền thông: giao thức truyền thông Modbus RS485
• Nhiệt độ hoạt động: -20..60°C
• Nhiệt độ lưu trữ: -20..80°C
• Tiêu chuẩn bảo vệ: đạt chống nước chống bụi IP20
• Hệ số cách ly tín hiệu: 2500VAC giúp chống nhiễu rất tốt
• Khả năng cài đạt: có thể cài đặt thông qua APP do hãng cấp
• Có đèn thông báo nguồn, tín hiệu, lỗi, trạng thái relay
• Thiết bị đạt các tiêu chuẩn khắc khe của Châu Âu
• Thời gian bảo hành: lên đến 12 tháng 1 đổi 1

Cách thức đấu đây của bộ chuyển OMX333UNI:

Nguồn cấp 24VDC: ta đấu vào chân 4 và 5

Đấu dây input:

• Cảm biến nhiệt độ PT100, điện trở và biến trở: loại 2 dây ta đấu vào chân B và E, nếu là loại 3 dây ta đấu vào chân C, D và E. Và nếu là loại 4 dây thì ta đấu vào chân A, B, C và E
• Cảm biến can nhiệt loại K S B R T E,…: đấu vào chân C và E
• Tín hiệu Analog 4-20mA/ 0-20mA: nếu là dòng active (đã có nguồn 24vdc) ta đấu vào chân E và F.
• Tín hiệu Analog 0-5V/ 0-10V/ 1-5V,…: ta đấu vào chân A và E

Ra dây output:

• Tín hiệu Analog 4-20mA/ 0-20mA: nếu là dòng active (đã có nguồn 24vdc) ta đấu vào chân 1 và 2. 
• Tín hiệu Analog 0-5V/ 0-10V/ 1-5V,…: ta đấu vào chân 1 và 2
• Tiếp điểm relay 5A: Nếu dùng tiếp điểm NO ta ra từ chân 6 và 7 hoặc 8 và 9
• Nếu sử dụng ngõ ra Mobus RS485 ta ra từ chân 2 và 3

Bộ chuyển đổi tín hiệu 4-20mA sang RS485 QA-OMNI:

Mình xin giới thiệu thêm đến các bạn một dòng chuyển đổi tín hiệu khác được nhập khẩu từ Italy. Đây cũng là một dòng thiết bị chuyển đổi đến từ Châu Âu có giá thành rất cạnh tranh. Điểm nổi bật của dòng chuyển đổi này là chúng ta có thể tự cài đặt thông số cấu hình thông qua cáp micro USB và phần mềm của hãng. Bên cạnh đó thì chúng ta còn có thể chuyển đổi 4-20ma sang các dạng khác như 0-20mA, 0-5V, relay on/off và còn có cả RS485

• Model: thiết bị có mã là QA-VI và QA-OMNI
• Original: sản xuất bởi hãng Qeed – Italy
• Tín hiệu ngõ vào (Input): đọc đước các dạng tín hiệu như 4-20mA, 0-20mA, 0-5V, 0-10V,…
• Tín hiệu ngõ ra (Ouput): cho ra các dạng tín hiệu phổ biến như:
  • Analog: 4-20mA, 0-20mA, 0-5V, 0-10V,…
  • Tiếp điểm rơ le: Relay 5A 230VAC (NO/NC)
  • Truyền thông RS485
• Hệ số cách ly: khả năng chống nhiễu tín hiệu đạt 1500 VAC
• Nguồn cấp: sử dụng nguồn trong khoảng 10-40VDC, 20-28VAC
• Nhiệt độ làm việc: -15..65°C
• Kích thước tổng thể: 17,5 x 100 x 112 mm
• Tiêu chuẩn bảo vệ: khả năng chống bụi chống nước đạt IP20
• Sai số: chỉ 0.1% cho toàn thang đo
• Tiêu chuẩn CE: EN61000-6-4/2006 + A1 2011; EN64000-6-2/2005; EN61010-1/2010
• Khả năng cài đặt: sử dụng cáp Micro USB và App do hãng cấp
• Thời gian bảo hành: lên đến 12 tháng 1 đổi 1 nếu phát sinh lỗi do nhà sản xuất

Cách thức đấu đây của bộ chuyển QA-OMNI:

Nguồn cấp 24VDC: ta đấu vào chân 16 và 17

Đấu dây input:

• Cảm biến nhiệt độ PT100, điện trở và biến trở: loại 2 dây ta đấu vào chân 3 và 6, nếu là loại 3 dây ta đấu vào chân 3, 4 và 6. Và nếu là loại 4 dây thì ta đấu vào chân 3, 4, 5 và 6
• Cảm biến can nhiệt loại K S B R T E,…: đấu vào chân 3 và 4
• Tín hiệu Analog 4-20mA/ 0-20mA: nếu là dòng active (đã có nguồn 24vdc) ta đấu vào chân 2 và 3. Nếu là dòng Passive (sử dụng nguồn của bộ chuyển) ta đấu vào chân 2 và 10
• Tín hiệu Analog 0-5V/ 0-10V/ 1-5V,…: ta đấu vào chân 1 và 3

Ra dây output:

• Tín hiệu Analog 4-20mA/ 0-20mA: nếu là dòng active (đã có nguồn 24vdc) ta đấu vào chân 29 và 30. Nếu là dòng Passive (sử dụng nguồn của bộ chuyển) ta đấu vào chân 30 và 31
• Tín hiệu Analog 0-5V/ 0-10V/ 1-5V,…: ta đấu vào chân 29 và 31
• Tiếp điểm relay 5A: Nếu dùng tiếp điểm NO ta ra từ chân 25 và 26. Nếu dùng tiếp điểm NC ta ra từ chân 26 và 27
• Nếu sử dụng ngõ ra Mobus RS485 ta ra từ chân 33 và 34

Cách thức sử dụng bộ chuyển tín hiệu 4-20ma sang modbus RS485:

Ở các phần trên mình cũng đã có nói sơ qua về cách thức vận hành của giao thức Modbus RTU rồi đúng không nào. Tuy nhiên trong phần này mình sẽ nói rõ hơn về ứng dụng thực tế của nó nhé.

Mình giả sử chúng ta có 8 cảm biến chuyên đo lường các đại lượng vật lý khác nhau. Có thể là cảm biến nhiệt độ, áp suất, chênh áp, lưu lượng, báo mức,…Chúng ta có thể đấu dây trực tiếp từ các loại thiết bị này về PLC, tuy nhiên sẽ cần đến rất nhiều dây kết nối và chưa kể một số ngõ ra của cảm biến không thuộc dạng có thể kết nối với PLC. Nhưng khi chúng ta dùng đến bộ chuyển tín hiệu modbus RTU thì hoàn toàn khác.

Ta chỉ việc đấu dây đến 2 ngõ vào của bộ chuyển tín hiệu và sau đó chỉ lấy 1 ngõ ra dạng giao thức Modbus RTU để truyền về PLC mà thôi. Ưu điểm của cách làm này là tiết kiệm chi phí dây truyền dẫn, không gian nhà xưởng, thời gian bảo hành và tránh hư hỏng dây trong quá trình sử dụng. Bên cạnh đó thì thiết bị này còn có khả năng cách ly chống nhiễu tín hiệu một cách hiệu quả cho các môi trường có nhiều tín hiệu gây nhiễu.

Lời kết:

Trên đây là các thông tin cũng như kiến thức liên quan đến bộ chuyển đổi tín hiệu 4-20ma sang modbus RTU. Hy vọng sẽ hữu ích cho những bạn muốn tìm hiểu hoặc muốn trang bị. Ngoài ra bên mình còn cung cấp các loại bộ chuyển tín hiệu khác các bạn có thể tham khảo thêm để hiểu rõ hơn nếu có nhu cầu. Mọi thắc mắc cần tư vấn và giải đáp có thể liên hệ mình qua các thông tin sau:

Phone – Zalo: 0779 81 81 84 (An Nguyễn)

Email: An.nguyen@bff-tech.com