Nhiễu tín hiệu analog là gì? Cách xử lý nhiễu tín hiệu cho PLC, DCS

Tín hiệu dạng analog của bạn bình thường vẫn đo và test rất ok. Nhưng khi đưa về PLC hoặc DCS thì xảy ra tình trạng tín hiệu không ổn định, lúc nhận được lúc lại mất tín hiệu hoặc là các giá trị thay đổi giá trị liên tục, không đọc được giá trị trên PLC. Đó chính là biểu hiện của việc nhiễu tín hiệu analog.

Vậy thì nhiễu tín hiệu analog là gì? Nguyên nhân của việc nhiễu tín hiệu analog? Cách khắc phục nhiễu tín hiệu analog chuẩn và kinh tế nhất?
Cùng mình tham khảo trong bài viết sau.
Đầu tiên, ta cần tìm hiểu một số khái niệm sau:

Tín hiệu analog là gì? Tín hiệu tương tự là gì?

Dịch theo đúng nghĩa tiếng Việt thì analog có nghĩa là “tương tự”. Vậy tín hiệu analog lại có nghĩa là “tín hiệu tương tự”. Hơi khó hiểu đúng không nào?
Để mình giải thích đơn giản hơn xíu nha:
Analog là một dạng tín hiệu liên tục. Hình biểu diễn của tín hiệu này là một dạng đường liên tục, đó có thể là dạng hình sin, cos hoặc 1 đường cong lên xuống bất kỳ.

Còn tín hiệu tương tự có nghĩa là tín hiệu lúc sau cũng có dạng tương tự như lúc trước đó. Ở đây ta cần phải hiểu tương tự ko có nghĩa y chang nhau trên đồ thị hàm số. Mà hiểu rõ hơn thì nó chỉ là tương tự về bản chất tín hiệu, còn về cường độ tín hiệu lúc về sau sẽ khác so với lúc trước.

Có bao nhiêu loại tín hiệu analog?

Có khá nhiều loại tín hiệu analog như tín hiệu analog trong truyền hình, di động. Tuy nhiên, trong nhà máy ta có các loại tín hiệu analog như 4-20mA , 0-20mA , 0-5V , 0-10V.
Tùy theo từng ứng dụng và từng thiết bị công nghiệp mà ta sẽ dùng loại tín hiệu analog tương ứng. Ví dụ như các thiết bị công nghiệp tự động như cảm biến áp suất, cảm biến nhiệt độ thì rất thường sử dụng tín hiệu analog dạng 4-20mA hoặc 0-10V.

Vì sao tín hiệu analog được dùng nhiều trong nhà máy?

Có nhiều lý do để sử dụng tín hiệu trong nhà máy. Tuy nhiên gom chung lại, ta có các nguyên nhân sau:

• Tín hiệu analog có ưu điểm là có thể truyền đi xa mà không bị suy giảm tín hiệu (dĩ nhiên là ngoài lý do bị nhiễu). Vì thế nên nó được dùng nhiều trong các ứng dụng cần phải truyền tín hiệu từ 1 thiết bị từ xa về PLC để lập trình xử lý. Đối với các loại tín hiệu khác thì khi ta truyền đi xa sẽ rất dễ bị suy giảm tín hiệu.
• Một lý do khác nữa là hiện nay các loại PLC đều có tích hợp tín hiệu dạng analog. Vì thế nên nhà máy thường dùng tín hiệu này để chuẩn hóa tín hiệu cho toàn hệ thống.

Các thiết bị thường dùng tín hiệu analog?

Trong nhà máy, ta có thể bắt gặp thường xuyên các loại thiết bị có tín hiệu output dạng analog 4-20mA hoặc 0-10V như:
Cảm biến đo áp suất
Cảm biến nhiệt độ
Đồng hồ đo áp suất
Cảm biến đo mức nước, xăng dầu.

Nhiễu tín hiệu analog là gì?

Có thể định nghĩa đơn giản việc nhiễu tín hiệu là trạng thái của tín hiệu khi bị tác động của các loại sóng khác như sóng hài hoặc các loại xung của biến tần, mô tơ công suất lớn, hoặc cái loại máy hàn điện….

Biểu hiện của việc nhiễu tín hiệu analog:

Đơn giản nhất của việc nhiễu tín hiệu analog là khi ta dùng các thiết bị chuyên  dụng để đo tín hiệu analog 4-20mA tại vị trí cảm biến thì tín hiệu vẫn bình thường, output ra rất đẹp chuẩn 4-20mA. Tuy nhiên khi ta nối dây để truyền về PLC hoặc DCS thì tín hiệu này bị suy giảm nghiêm trọng, nó không còn là dạng chuẩn 4-20mA.

Hoặc biểu hiện nghiêm trọng nhất của việc nhiễu tín hiệu là khi đọc giá trị trên PLC, giá trị tín hiệu nhảy múa liên tục, không đọc được tín hiệu.

Tác hại của tín hiệu analog khi bị nhiễu:

Mình lấy một ví dụ đơn giản của việc nhiễu tín hiệu 4-20mA của một cảm biến áp suất 0-400bar trong các hệ thống thủy lực chẳng hạn.
Trong các hệ thống thủy lực thì áp suất của nó là cực kỳ lớn. Và việc giám sát áp suất trong các hệ thống này luôn được giám sát và kiểm soát thường xuyên. Vậy nếu trường hợp xảy ra nhiễu, nếu ta không xử lý kịp thời thì sẽ có thể dẫn đến hậu quả là hệ thống bị quá áp và gây nguy hiểm cho người vận hành và cả hệ thống.

Nguyên nhân của việc nhiễu tín hiệu analog?

Có nhiều nguyên nhân dẫn đến việc nhiễu tín hiệu analog trong nhà máy. Ở đây mình xin lấy ví dụ về việc nhiễu tín hiệu 4-20mA trong nhà máy. Bởi vì có thể nói tín hiệu 4-20mA là loại tín hiệu analog được sử dụng nhiều nhất trong nhà máy.
Một trong số các nguyên nhân gây nên việc nhiễu tín hiệu 4-20mA:

• Khi ta kéo dây truyền tín hiệu 4-20mA từ cảm biến về PLC đi qua các loại biến tần hoặc mô tơ công suất lớn.
• Một nguyên nhân khác là trường hợp nhà máy của bạn đặt trong phạm vi các trạm phát sóng di động hoặc nằm bên dưới các trụ đường dây cao thế, trung thế.

Xử lý khi tín hiệu 4-20mA bị nhiễu:

Có nhiều cách để xử lý khi tín hiệu 4-20mA bị nhiễu. Sau đây mình sẽ hướng dẫn bạn 2 cách để lọc nhiễu tín hiệu analog kinh tế nhất:

Sử dụng lập trình PLC để chỉnh lại dòng analog:

Cách này chỉ sử dụng được trong trường hợp hệ thống của bạn bị nhiễu…nhẹ. Nghĩa là tín hiệu 4-20mA chỉ bị suy giảm tín hiệu. Chẳng hạn như tín hiệu 4-20mA khi truyền về PLC chỉ còn khoảng 3,95 – 19,5mA.
Lúc này bạn có thể lập trình lại PLC để chỉnh lại 1 chút cho dòng analog 4-20mA đẹp và chuẩn hơn.
Nhưng dĩ nhiên là cách này chỉ là cách xử lý tạm thời và chỉ dùng khi bị nhiễu tín hiệu dạng nhẹ.

Sử dụng bộ cách ly chống nhiễu 4-20mA / 0-10V | Seneca K109S | Z109REG2-1:

Đối với trường hợp tín hiệu analog của bạn bị nhiễu quá nặng, tín hiệu truyền về thay đổi liên tục, không đọc được giá trị thì chắc chắn ta phải chống nhiễu cho tín hiệu analog của bạn.
Cách đơn giản và kinh tế nhất là ta sẽ dùng các mạch chống nhiễu để cách ly tín hiệu 4-20mA. Khi đó tín hiệu sẽ ổn định hơn.
Mình xin giới thiệu với các bạn 2 bộ cách ly chống nhiễu đang được khách hàng quan tâm sử dụng nhiều nhất hiện nay:

Bộ cách ly chống nhiễu Seneca K109S:

Với khả năng cách ly chống nhiễu tại 1500 Vac, bộ chống nhiễu K109S sẽ giúp cách ly tín hiệu analog của bạn khỏi các tác nhân gây nhiễu tín hiệu.

Cùng mình tìm hiểu các thông số của thiết bị này nha.
Tín hiệu ngõ vào và ngõ ra của K109S:
Input: 1 input

• Current: 4 scale 4-20mA, 20-4mA, 0-20mA, 20-0mA.
• Voltage: 0..10 / 10..0 / 0..5 / 1..5 V

Output: 1 output

• Current: 4 scale 4-20mA, 20-4mA, 0-20mA, 20-0mA.
• Voltage: 0..10 / 10..0 / 0..5 / 1..5 V

Các thông số chung khác:

• Nguồn cấp: 19,2 … 30 Vdc
• Cách ly chống nhiễu tại 1500 Vac tại nguồn cấp/input/output
• Sai số 0,1%
• Thời gian đáp ứng 40 ms.
• Cài đặt bằng Dip switches trên thiết bị.
• Vị trí lắp đặt: lắp trên DIN rail 35mm.
• Chuẩn bảo vệ: IP20.
• Nhiệt độ làm việc: -20 …. +65 độ C.
• Kích thước: 6,2 x 93 x 102,5 mm

Có thể tham khảo thêm về thiết bị tại địa chỉ:

Bộ cách ly tín hiệu K109S

Bộ cách ly chống nhiễu Seneca Z109REG2-1:

Với 1 chuẩn cách ly chống nhiễu cao hơn so với bộ K109S, bộ cách ly chống nhiễu chuẩn cao Z109REG2-1 của hãng Seneca có khả năng cách ly chống nhiễu tại 3750 Vac. Đây là một chuẩn cách ly chống nhiễu rất cao mà không nhiều hãng có thể gia công được.

Cùng tìm hiểu một vài thông số của sản phẩm này nha.
Tín hiệu input và output của bộ cách ly chống nhiễu Z109REG2-1:
Input: 1 tín hiệu

• Voltage (mV, V): có thể cài đặt bất kỳ giá trị từ 75mV đến 20V.
• Current (ma): có thể cài đặt bất kỳ giá trị từ 0 mA đến 20 mA.
• Cảm biến nhiệt độ: Pt100, Pt500, Pt1000, Ni100, KTY81, KTY84, NTC với dải đo -200 đến 600 độ C. Độ phân giải 0,1 độ C.
• Can nhiệt loại J, K, R, S, T, E, B, N
• Biến trở: 500 ohm đến 100 kohm.

Output: 1 tín hiệu analog + relay.

• Voltage (V): 0-5V, 1-5V, 0-10V, 2-10V
• Current: 0-20mA, 4-20mA
• Relay

Có thể tham khảo thêm về thiết bị tại địa chỉ:

Bộ chống nhiễu 4-20mA Seneca Z109REG2-1

Báo giá bộ chống nhiễu tín hiệu 4-20mA:

Trên đây là những chia sẻ của mình về việc xử lý tín hiệu analog bị nhiễu. Theo bạn thì ta nên xử lý  bị nhiễu sau khi đã bị nhiễu hay là chống nhiễu cho cả hệ thống ngay từ đầu?
Tất nhiên là từng phương pháp sẽ đều có ưu điểm và nhược điểm khác nhau. Nhưng đầu tư cho chống nhiễu là một sự đầu tư rất xứng đáng.
Cần tư vấn thêm về chống nhiễu tín hiệu, hãy liên hệ với mình theo thông tin sau.

Thông tin liên hệ:

Nguyễn Vũ Minh Triết
Mobile: 0987 093 11
Zalo: 097 0983 11 – Triet Nguyen
Mail: triet.nguyen@huphaco.vn