Tín hiệu analog là gì?

Tín hiệu Annalog là một khái niệm quen thuộc đối với những người ngành điện tự động hóa. Chúng ta bắt gặp tín hiệu Annalog được sử dụng phổ biến trong điều khiển lập trình, lập trình vi xử lý, lập trình PLC,… Vậy tín hiệu analog là gì? Ứng dụng của nó như thế nào?

1.Tín hiệu analog là gì?

Tín hiệu Analog hay còn gọi là tín hiệu tương tự (Analog: Tương tự).  Đây là một tín hiệu liên tục, đồ thị biểu diễn tín hiệu Analog là một đường liên tục (ví dụ sin, cos, hoặc đường cong lên xuống bất kỳ). Tín hiệu này tương tự về bản chất, nhưng sẽ khác nhau về cường độ tín hiệu lúc sau so với lúc trước.

Tín hiệu tương tự là bất kỳ tín hiệu liên tục nào có tính năng thay đổi thời gian của tín hiệu là đại diện cho một số lượng thay đổi thời gian khác, nghĩa là tương tự với tín hiệu thay đổi thời gian khác. Ví dụ, trong tín hiệu âm thanh analog, điện áp tức thời của tín hiệu thay đổi liên tục theo áp suất của sóng âm.

2.Ứng dụng của tín hiệu Analog

Tín hiệu Analog được ứng dụng trong việc điều khiển thuyết bị phụ tải, phụ thuộc vào điện áp cao. Khi điện áp thay đổi thấp hay cao đều phải theo dõi quá trình. Trong những trường hợp này, việc điều khiển thiết bị phụ tải vô cùng quan trọng.

Ví dụ: Khi sự cố quá áp 50V thì báo cả còi và đèn, đồng thời hiển thị thông số lên bảng LED lớn. Khi đó tìn hiệu điện áp như VAC được chuyển đổi về dạng analog và truyền tải cho thiết bị điều khiển và hiển thị.

Ngoài ra, tín hiệu analog còn được ứng dụng trong truyền tín hiệu can nhiệt. Tín hiệu nhiệt độ đo được từ cảm biến nhiệt độ như PT100, K,… Đối với những đầu dò nhiệt này để đưa về tủ trung tâm, hay bộ điều khiển trung tâm thường có một khoảng cách rất xa.

Như vậy, việc sử dụng dây bù nhiệt phải chất lượng, đòi hỏi tốn kém rất nhiều chi phí.  Việc sử dụng dây bù nhiệt ở khoảng cách xa, đối với những vùng có khí hậu thay đổi phức tạp thì việc chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ về dạng tín hiệu analog sẽ tiết kiệm được nhiều chi phí nhất. Bên cạnh đó, khả năng chống nhiễu cũng sẽ được hạn chế.

Tín hiệu analog chủ yếu được ứng dụng trong việc truyền tải thông tin đi xa, ví dụ như tín hiệu truyền hình, vệ tinh, di động, cáp quang.

Hầu hết các hệ thống máy móc trong công nghiệp tự động đều có sử dụng tín hiểu analog để thuận tiện hơn trong quá trình điều khiển. Dạng tín hiệu này được sử dụng rộng rãi để thay thế cho những dạng tín hiệu như: Nhiệt độ, áp suất, trọng lượng, lưu lượng,…

3.So sánh giữa 2 tín hiệu 4~20mA và tín hiệu 0~10VDC

Có 2 loại dạng tín hiệu Analog là tín hiệu dòng như: 0~20mA, 4~20mA và tín hiệu áp như: 0~5V, 0~10V, -5~5V… Trong đó, hai tín hiệu được sử dụng trong công nghiệp nhiều và phổ biến nhất hiện nay là 4~20mA và 0~10V.

Tín hiệu dòng 4~20mA có giá trị Min bắt đầu của tín hiệu là 4mA và có giá trị kết thúc của tín hiệu là 20mA. Một cảm biến áp suất có dãy đo 0-100bar có tín hiệu về là 4-20mA hay một cảm biến nhiệt độ có dãy đo 0-100oC  qua bộ chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ cũng chỉ đưa tín hiệu về 4-20mA. Điều này cho thấy, hầu như các tín hiệu dều đưa về tín hiệu chuẩn 4~20mA.

Ví dụ: cảm biến áp suất có dãy đo 0-100 bar tương ứng với tín hiệu 4-20mA thì giá trị 4mA tương ứng với áp suất bằng không (0), còn tại giá trị 100bar sẽ đưa về tín hiệu 20mA. Trong trường hợp cảm biến bị hư hỏng giá trị đưa về sẽ là 3.8mA (theo mặc định một số cảm biến) hoặc khi áp suất vượt ngưỡng sẽ cho ra tín hiệu 23mA (theo quy định của một số hãng lớn trên thế giới).Trường hợp bị mất nguồn tín hiệu đưa về 0mA chúng ta xác định rõ đây là bị ngắn mạch (đứt cable hoặc mất nguồn).

Tuy nhiên, nếu cũng trong trường hợp này, chúng ta dùng cảm biến áp suất có tín hiệu 0-10V thì khi cảm biến bị hư hỏng hay bị ngắn mạch thì tín hiệu đưa về đều là 0V. Việc chuẩn đoán bị ngắn mạch hay cảm biến bị hư hỏng sẽ rất khó khăn và tốn thời gian hơn rất nhiều. Chúng ta dễ bị nhầm lẫn giữa cảm biến bị hư hỏng và cảm biến đang hoạt động nhưng có giá trị là không (0). Điều này rất nguy hiểm trong việc điều khiển tự động hóa.

Bên cạnh đó, tín hiệu áp 0~10V bị suy giảm tín hiệu và dễ bị yếu. Còn tín hiệu dòng 4~20mA ít bị suy giảm bởi khoảng cách.

Như vậy, từ những so sánh thực tế, chúng ta thấy rằng hầu hết thực tế có hơn 80% đều sử dụng tín hiệu dòng 4~20mA thay cho những tín hiệu analog khác.

4.Dùng PLC để xử lý tín hiệu Analog

Các tín hiệu Analog xuất hiện rất nhiều trong thực tế. Tuy nhiên, để xử lý tín hiệu này vào các bộ điều khiển thì buộc phải có khâu chuyển đổi Analog về tín hiệu Digital (ADC) bởi các bộ xử lý, bộ điều khiển PLC sử dụng Digital để xử lý.

Vì vậy, muốn lập trình PLC xử lý tín hiệu Analog thì cần phải có khâu chuyển đổi tín hiệu này thành Digital. Trong kỹ thuật lập trình điều khiển PLC đã xây dựng sẵn các Module AD này cho phép xử lý.

Analog là một phương thức để kết nối PLC với biến tần khá phổ biến và được ứng dụng rộng rãi. Tham khảo thêm về Kết nối PLC với biến tần