PLC đọc dữ liệu từ Transmitter như thế nào ?

Đo lường, điều khiển dựa trên nguyên tắc chuyển đổi các biến từ quá trình vật lý sang một định dạng dễ sử dụng cho vận hành và hiển thị.

Áp suất trong đường ống tác động tạo nên sự biến dạng cơ học của màng chắn, mà ở đó được chuyển thành tín hiệu điện bởi một điện trở lực căng strain gauge (màng chắn và điện trở lực căng tạo thành transducer; transducer = sensor + transmitter), sau đó trở thành một giá trị số nguyên bởi module I/O, và tiếp đó thành một giá trị thực với đơn vị được PLC hay HMI hiển thị. Thông tin này cũng được dùng để giúp tạo ra các lệnh đầu ra output, và được chuyển thành tín hiệu điện và cuối cùng là chuyển động cơ khí. Vấn đề mấu chốt là phải hiểu được mối quan hệ I/O của các quá trình chuyển đổi khác nhau.

"Click vào để xem ảnh gốc có chất lượng tốt hơn"

Ở đây:

- Sensor (cảm biến): Dùng để chuyển đổi các đại lượng vật lý thành tín hiệu điện
- Transmitter (Bộ chuyển đổi): Dùng để chuyển đổi tín hiệu điện thành chuẩn tín hiệu 4 - 20mA.
- Analog input module (ngõ vào tương tự): Dùng để chuyển đổi tín hiệu 4 - 20mA thành 1 - 5VDC và sau đó thành tín hiệu số (nhị phân).
- PLC (CPU): Nhận tín hiệu từ IO card, chuyển đổi sang số thực sau đó tính toán logic HMI (human machine interface hay giao diện người - máy): Hiển thị các thông số quá trình cho người vận hành.

Ví dụ, một lưu lượng kế dạng orifice sẽ làm áp suất chất lỏng sụt giảm khi chảy qua nó. Một bộ chuyển đổi áp suất có thể đo được độ sụt áp suất này bằng cách đo chênh áp ở trước và sau tấm orfice. Mặc dù chênh áp này không tuyến tính với lưu lượng, nhưng chúng có quan hệ với nhau. Mối quan hệ này gần như là một hàm căn bậc 2, căn bậc 2 của chênh áp tuyến tính với lưu lượng dòng chảy.
Sau khi mối qua hệ tuyến tính được thành lập, quá trình chuyển đổi từ transmitter đến máy tính có thể suy ra từ phép đo.

Hình dưới đây mô tả 2 mạch đo nhiệt độ điển hình như sau:

Cấu hình bên trên sử dụng nguồn cấp bên ngoài transmitter để cung cấp nguồn cho mạch vòng tín hiệu, cấu hình này được gọi là mạch vòng 4 dây.
Cấu hình bên dưới sử dụng một nguồn cấp nội bộ (AI card power) để cấp nguồn cho mạch vòng. Cấu hình này được gọi là mạch vòng 2 dây.

"Click vào để xem ảnh gốc có chất lượng tốt hơn"

Một cặp nhiệt (thermocouple) là một phần tử cảm biến (sensor). Cặp nhiệt hoạt động theo nguyên lý tiếp xúc lưỡng kim để tạo ra một tín hiệu điện áp rất nhỏ cỡ mV. Lưu ý rằng đường đặc tính ở biểu đồ dưới đây tương đối tuyến tính trong dải nhiệt độ nhất định. Bên ngoài khoảng nhiệt độ đó, tín hiệu có thể trở nên ít tuyến tính hơn nhưng điều đó là không quan trọng ở đây vì chúng ta ko xét ở ngoài khoảng đó.

"Click vào để xem ảnh gốc có chất lượng tốt hơn"

Việc đầu tiên trong quá trình đo là phải xác định tỉ lệ cho thiết bị đo (hay dải đo). Chúng ta hãy tưởng tượng mình đang tư vấn thiết kế cho hệ thống sấy liệu và nhệt độ dự kiến tại điểm đo ước tính khoảng 105°C. Hệ thống có khả năng sấy lên khoảng 130°C trước khi dừng do liện động bảo vệ quá nhiệt tác động. Khi đó chúng ta phải chọn dải đo của nó phải nằm giữa của đường đặc tính. Nhiệt độ cao nhất phải trên 130°C. khi đó chúng ta quyết định hiệu chuẩn trên khoảng span từ 15 to 150°C và chọn loại cặp nhiệt K, mà đầu ra nó cung cấp một điện áp từ 0.597 đến 6,138 mV trong dải nhiệt độ đó.

"Click vào để xem ảnh gốc có chất lượng tốt hơn"

Transmitter nhiệt độ sau đó được kết nối với thiết bị hiệu chuẩn để hiệu chuẩn sao cho tín hiệu đầu ra của nó là 4 - 20 mA tương ứng với 0.597 đến 6.138 mV tín hiệu đầu vào của cặp nhiệt. Transmitter như là một nguồn dòng (khác với nguồn áp) công suất thay đổi để luôn giữ ổn định một giá trị mA tỉ lệ thuận với mA đầu vào của nó nghĩa là nhiệt độ đo.
Bộ chuyển đổi nhiệt độ sẽ chuyển đổi tín hiệu 4-20 mA này theo tỉ lệ đặt sẵn, trong trường hợp này là khoảng 15 đến 150°C.

PLC có một mô đun đầu vào tương tự (analog input) nhận tín hiệu đầu ra của bộ chuyển đổi nhiệt độ (temperature transmitter). Thông thường thì module đầu vào tương tự hoạt động như một vôn kế, mặc dù chúng được xem như là đầu vào milliampe. Đôi khi điện trở được mắc bên ngoài thiết bị đầu cuối và đôi khi nó nằm trong module I/O của PLC (như hình vẽ). Trong cả hai trường hợp, tín hiệu 4-20mA sẽ được chuyển thành điện áp. Thông thường, điện áp này là 1-5VDC bởi vì điện trở được dùng là 250 Ohms. Giá trị tương tự này sau đó sẽ được chuyển thành giá trị nhị phân.

Trong ví dụ trên, module I/O của PLC có độ phân giải là 12 bit, để tìm độ phân giải của module theo biến quá trình (PV), thực hiện một phép biến đổi nhị phân: 2^12= 4095.
Vì vậy, đối với dải đầu vào 1-5VDC, module I/O của PLC sẽ cung cấp một giá trị số nguyên cho chương trình PLC từ 0 - 4095.
Chương trình PLC có thể lấy dữ liệu này để sử dụng khi cần thiết. Cũng có thể nó được di chuyển vào bộ nhớ đệm của mạng kết nối (một loạt các địa chỉ gián tiếp trong bộ nhớ PLC) để truyền cho HMI. Giá trị số nguyên đó có sẵn cho dữ liệu truyền đi trong mạng truyền thông.

HMI nhận dữ liệu từ transmitter, sau đó lưu nó vào một bộ đệm dữ liệu đầu vào. Các máy tính HMI có 1 cơ sở dữ liệu theo tag, trong đó có các thông tin theo mỗi hạng mục để hiển thị cho người vận hành.

Tóm tắt quá trình chuyển đổi dữ liệu trong ví dụ trên:

Đầu tiên cặp nhiệt (sensor) chuyển đổi giá trị nhiệt độ đo được trong khoảng 15 -150°C thành tín hiệu điện 0.597 đến 6.138 mV. tín hiệu này được đưa vào Transmitter để chuyển đổi sang tín hiệu 4 - 20mA tương ứng với 15-150°C. Tín hiệu 4-20 mA được đưa vào IO card và chuyển đổi sang tín hệu điện áp 1-5V DC. Tương ứng với giá trị số nguyên đưa vào PLC tương ứng 0 - 4095 (12 bit) sau đó giá trị số nguyên này đc PLC tín toán, xử lý chuyển sang giá trị số thực (15-150°C) để hiển thị ra HMI hoặc tác động điều khiển quá trình.

"Click vào để xem ảnh gốc có chất lượng tốt hơn"

NGUỒN: (Instrumentation tool)

LINK 1 - TÌM KIẾM SÁCH/TÀI LIỆU ONLINE (GIÁ ƯU ĐÃI NHẤT)

LINK 2 - TÌM KIẾM SÁCH/TÀI LIỆU ONLINE (GIÁ ƯU ĐÃI NHẤT)

LINK 3 - TÌM KIẾM SÁCH/TÀI LIỆU ONLINE (GIÁ ƯU ĐÃI NHẤT)

LINK 4 - TÌM KIẾM SÁCH/TÀI LIỆU ONLINE (GIÁ ƯU ĐÃI NHẤT)

LINK DOWNLOAD

BIÊN DỊCH VÀ TỔNG HỢP: CTV Thụy Cọt (EBOOKBKMT).