Bộ Chuyển Đổi Tín Hiệu mV Sang 4-20mA K109LV: Hướng Dẫn Chuyên Sâu Và Ứng Dụng Thực Tế

Trong các hệ thống tự động hóa công nghiệp, tín hiệu mV từ cảm biến như shunt, thermocouple, hoặc load cell cần được chuyển đổi thành tín hiệu 4-20mA để tích hợp với PLC, SCADA, hoặc thiết bị điều khiển. Bộ chuyển đổi tín hiệu mV sang 4-20mA K109LV của Seneca (Italia) là giải pháp tối ưu, nổi bật với khả năng cách ly 3 bước, độ chính xác cao, và phát hiện ngắt shunt. Bài viết này cung cấp hướng dẫn chi tiết về K109LV Seneca, từ thông số kỹ thuật, cách cài đặt, đến ứng dụng thực tế tại nhà máy hóa chất Formosa, dầu khí Bạch Hổ, và xi măng Bút Sơn. Với giá hợp lý tại Việt Nam năm 2025, K109LV giúp kỹ sư tự động hóa nâng cao hiệu suất hệ thống. Hãy cùng khám phá!

Hình 1 : Tấm pin năng lượng mặt trời

1. Bộ Chuyển Đổi Tín Hiệu mV Sang 4-20mA K109LV Là Gì?

Bộ chuyển đổi tín hiệu mV sang 4-20mA K109LV là thiết bị tự động hóa của Seneca, chuyên chuyển đổi tín hiệu điện áp thấp (mV, ±25mV đến ±2000mV) sang tín hiệu analog 4-20mA hoặc 0-10V, đồng thời cách ly tín hiệu để chống nhiễu và bảo vệ hệ thống. K109LV đặc biệt phù hợp cho ứng dụng giám sát dòng điện qua shunt trong các nhà máy công nghiệp.

Đặc điểm cơ bản

• Chức năng chính: Chuyển đổi tín hiệu mV sang 4-20mA/0-10V, cách ly tín hiệu, phát hiện ngắt shunt.

• Tương thích: Đầu vào mV (±25mV đến ±2000mV), đầu ra 4-20mA, 0-10V, 0-5V, 1-5V.

• Thiết kế nhỏ gọn: Kích thước 6.2 x 93.1 x 102.5mm, lắp trên DIN rail.

• Cấu hình dễ dàng: Sử dụng DIP switch hoặc phần mềm EASY SETUP.

• Nguồn cấp: 19.2-30VDC, tiêu thụ tối đa 22mA.

Thông số kỹ thuật

• Đầu vào:

  • Tín hiệu mV: ±25, 50, 60, 75, 80, 100, 120, 150, 200, 250, 300, 400, 500, 1000, 2000mV.

  • Trở kháng đầu vào: 50kΩ (≤100mV), 250kΩ (120-500mV), 1MΩ (1-2V).

  • Quá tải tối đa: ±50V.

• Đầu ra:

  • Dòng: 4-20mA, 0-20mA, 20-0mA, 20-4mA (tải tối đa 500Ω).

  • Điện áp: 0-10V, 0-5V, 1-5V, 2-10V (tải tối thiểu 2kΩ).

• Độ chính xác: ±0.075% toàn thang đo (đầu ra 10V).

• Cách ly: 1.5kV (đầu vào/đầu ra/nguồn), CMRR >160dB, DMRR >55dB.

• Thời gian đáp ứng: 23-25ms (không lọc), 51-55ms (có lọc).

• Nhiệt độ hoạt động: -20°C đến 65°C.

• Tiêu chuẩn: CE, EN 61000-6-4, EN 61000-6-2, EN 61010-1.

So sánh với các bộ chuyển đổi khác

• K109LV vs Z109REG: K109LV chuyên về tín hiệu mV thấp (shunt), giá rẻ hơn 10-15%, nhưng không hỗ trợ PT100 như Z109REG.

• K109LV vs PR Electronics 4114: K109LV nhỏ gọn hơn, giá thấp hơn 20-30%, nhưng PR 4114 có cách ly 2.5kV và tiêu chuẩn ATEX.

• Ví dụ: K109LV chuyển tín hiệu mV từ shunt (0-60mV) sang 4-20mA tại nhà máy xi măng Bút Sơn, kết nối PLC Siemens S7-1200.

Hình 2 : Bộ chuyển đổi tín hiệu mV ra 4-20mA K109LV

2. Chức Năng Và Ưu Điểm Của K109LV

K109LV nổi bật nhờ khả năng chuyển đổi tín hiệu mV chính xác và tích hợp các tính năng hiện đại trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt.

Chức năng chính

• Chuyển đổi tín hiệu mV:

  • Từ ±25mV đến ±2000mV sang 4-20mA, 0-10V, hoặc ngược lại.

  • Hỗ trợ cả thang đo trực tiếp (4-20mA) và ngược (20-4mA).

  • Ví dụ: Chuyển tín hiệu 0-60mV từ shunt sang 4-20mA cho PLC Mitsubishi FX5U.

• Cách ly tín hiệu:

  • Cách ly 1.5kV giữa đầu vào, đầu ra, và nguồn, giảm nhiễu điện từ 20-30%.

  • Bảo vệ PLC/SCADA khỏi chênh lệch điện thế.

• Phát hiện ngắt shunt:

  • Tự động phát hiện shunt bị ngắt (áp dụng cho đầu vào M2, M3).

  • Báo lỗi qua LED nhấp nháy nhanh và đưa đầu ra về trạng thái lỗi (21mA hoặc 3mA).

  • Ví dụ: K109LV phát hiện shunt ngắt trong hệ thống dầu khí Bạch Hổ, bảo vệ PLC Siemens.

• Lọc nhiễu:

  • Tích hợp bộ lọc 50/60Hz, tăng độ ổn định tín hiệu.

  • Tùy chọn bật/tắt bộ lọc để tối ưu tốc độ đáp ứng.

• Khuếch đại tín hiệu:

  • Tăng cường tín hiệu mV yếu, truyền xa (1-2km với 4-20mA).

  • Ví dụ: K109LV trong nhà máy hóa chất Formosa truyền tín hiệu 4-20mA từ shunt sang SCADA Ignition.

Ưu điểm

• Độ chính xác cao: Sai số ±0.075% (đầu ra 10V), phù hợp ứng dụng đòi hỏi khắt khe (dầu khí, hóa chất).

• Chống nhiễu vượt trội: CMRR >160dB, giảm nhiễu tín hiệu 25% so với bộ không cách ly.

• Độ bền lâu dài: Hoạt động ổn định 7-10 năm trong môi trường nhiệt độ cao, bụi bẩn.

• Cài đặt dễ dàng: DIP switch hoặc phần mềm EASY SETUP, cấu hình trong 5-10 phút.

• Thiết kế linh hoạt: Hỗ trợ đầu vào lưỡng cực/monopolar, K-BUS giảm dây nguồn.

• Giá hợp lý: Rẻ hơn PR Electronics, Phoenix Contact, chất lượng tương đương.

• Ví dụ: K109LV tại nhà máy xi măng Bút Sơn chuyển tín hiệu shunt 0-60mV sang 4-20mA, độ bền 8 năm.

Hình 3 : Ứng dụng bộ chuyển đổi K109LV

3. Hướng Dẫn Cài Đặt Và Sử Dụng K109LV

Để triển khai bộ chuyển đổi tín hiệu mV sang 4-20mA K109LV hiệu quả, bạn cần thực hiện các bước cài đặt và đấu nối chính xác. Dưới đây là hướng dẫn chi tiết, lấy ví dụ cho nhà máy hóa chất Formosa:

3.1. Chuẩn bị

• Thiết bị: K109LV, shunt (đầu ra 0-60mV), nguồn 24VDC, PLC Siemens S7-1200, dây tín hiệu (0.5-1.5mm², có màn chống nhiễu).

• Dụng cụ: Tô vít, đồng hồ vạn năng, PC (nếu dùng phần mềm EASY SETUP).

• Tài liệu: Sơ đồ đấu nối K109LV (tải từ website Seneca).

3.2. Cấu hình K109LV

• Dùng DIP switch:

  • Mở nắp K109LV, điều chỉnh DIP switch (SW1, SW2):

    • SW1 (1-4): Chọn đầu vào 60mV (physical F.S. ±100mV, cổng M3).

    • SW1 (5): Chọn monopolar (ON) hoặc bipolar (OFF).

    • SW1 (6): Chọn lọc 50Hz (OFF) hoặc 60Hz (ON).

    • SW1 (7): Bật bộ lọc (ON) để giảm nhiễu.

    • SW1 (8): Bật phát hiện shunt (ON) nếu dùng cổng M2/M3.

    • SW2 (1-3): Chọn đầu ra 4-20mA.

    • SW2 (4): Bật over-range 2.5% (ON, 20.5mA) hoặc 5% (OFF, 21mA).

  • Tham khảo bảng cấu hình trong tài liệu K109LV (trang 4-5).

• Dùng phần mềm EASY SETUP:

  • Kết nối K109LV với PC qua cáp USB-Seneca.

  • Cài đặt:

    • Đầu vào: 0-60mV (monopolar).

    • Đầu ra: 4-20mA (0mV = 4mA, 60mV = 20mA).

    • Lọc: 50Hz, bật bộ lọc.

    • Shunt detection: Bật nếu cần.

  • Lưu cấu hình và ngắt kết nối.

3.3. Đấu nối K109LV

• Sơ đồ đấu nối (đầu vào 0-60mV, đầu ra 4-20mA):

  • Đầu vào (shunt):

    • Cổng 3 (M3): Dây dương (+) từ shunt.

    • Cổng 4 (GND): Dây âm (-) từ shunt.

  • Đầu ra (4-20mA):

    • Cổng 9: Dây dương (+) tới PLC.

    • Cổng 10: Dây âm (-) tới PLC.

  • Nguồn cấp:

    • Cổng 7: +24VDC.

    • Cổng 8: 0V (GND).

  • K-BUS (tùy chọn): Dùng K-BUS để cấp nguồn qua bus, giảm dây đấu nối.

• Lưu ý:

  • Dùng dây chống nhiễu (shielded cable) để giảm nhiễu.

  • Kiểm tra cực tính nguồn 24VDC bằng đồng hồ vạn năng.

  • Đảm bảo tải đầu ra <500Ω (4-20mA) để giảm tiêu thụ.

  • Ví dụ: Đấu K109LV với shunt 60mV trong nhà máy Formosa, kết nối PLC Siemens S7-1200.

3.4. Kiểm tra và hiệu chuẩn

• Bật nguồn: Kiểm tra đèn LED trên K109LV:

  • Xanh: Hoạt động bình thường.

  • Nhấp nháy nhanh: Lỗi (shunt ngắt, quá tải, cấu hình sai).

  • Nhấp nháy chậm: Shunt detection không áp dụng cho cổng M1.

  • Sáng liên tục: Tín hiệu vượt quá over-range.

• Đo tín hiệu đầu ra:

  • Dùng đồng hồ vạn năng đo cổng 9-10:

    • 4mA = 0mV (0A).

    • 20mA = 60mV (100A, tùy shunt).

  • Ví dụ: Shunt đo 50A (30mV), K109LV ra 12mA (50% thang đo).

• Hiệu chuẩn:

  • Nếu sai số lớn (>0.1%), điều chỉnh thang đo qua phần mềm EASY SETUP.

  • Kiểm tra bằng máy hiệu chuẩn tín hiệu (Fluke 754).

3.5. Khắc phục lỗi thường gặp

• Không có tín hiệu:

  • Kiểm tra nguồn 24VDC, dây đấu nối, hoặc cấu hình DIP switch.

• Tín hiệu sai lệch:

  • Kiểm tra dây shunt (đứt, lỏng).

  • Tắt shunt detection nếu không cần (SW1-8 OFF).

• Nhiễu tín hiệu:

  • Dùng dây chống nhiễu, đặt K109LV xa biến tần, động cơ.

• LED nhấp nháy nhanh:

  • Kiểm tra shunt (ngắt hoặc quá tải >±100mV).

  • Reset cấu hình DIP switch về mặc định (tất cả OFF).

Hình 4 : Bộ chuyển đổi tín hiệu K109LV

4. Ứng Dụng Thực Tế Của K109LV

K109LV được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp nhờ khả năng chuyển đổi tín hiệu mV chính xác và tính năng phát hiện shunt. Dưới đây là các ví dụ thực tế:

4.1. Nhà máy hóa chất

• Ứng dụng: Chuyển tín hiệu 0-60mV từ shunt sang 4-20mA để đo dòng điện bồn điện phân tại nhà máy Formosa.

• Cấu hình: Đầu vào 0-60mV (M3), đầu ra 4-20mA, bật shunt detection, kết nối SCADA Ignition.

• Kết quả: Độ chính xác ±0.075%, phát hiện shunt ngắt tức thời, tăng độ an toàn 15%.

4.2. Ngành dầu khí

• Ứng dụng: Chuyển tín hiệu 0-75mV từ shunt sang 4-20mA để giám sát dòng điện động cơ bơm dầu tại mỏ Bạch Hổ.

• Cấu hình: Đầu vào 0-75mV (M3), đầu ra 4-20mA, lọc 50Hz, kết nối PLC Siemens S7-1500.

• Kết quả: Tín hiệu ổn định, độ bền 10 năm, giảm nhiễu tín hiệu 20%.

4.3. Sản xuất xi măng

• Ứng dụng: Chuyển tín hiệu 0-60mV từ shunt sang 4-20mA để đo dòng điện động cơ nghiền tại nhà máy xi măng Bút Sơn.

• Cấu hình: Đầu vào 0-60mV (M3), đầu ra 4-20mA, bật bộ lọc, kết nối PLC Mitsubishi FX5U.

• Kết quả: Sai số ±0.1%, giảm thời gian bảo trì 10%, tăng hiệu suất động cơ 3%.

4.4. Ngành năng lượng tái tạo

• Ứng dụng: Chuyển tín hiệu 0-100mV từ shunt sang 4-20mA để giám sát dòng điện pin mặt trời.

• Cấu hình: Đầu vào 0-100mV (M3), đầu ra 4-20mA, kết nối SCADA WinCC.

• Kết quả: Độ chính xác ±0.075%, tối ưu sản lượng điện 2%, độ bền 8 năm.

6. Kết Luận

Bộ chuyển đổi tín hiệu mV sang 4-20mA K109LV của Seneca là giải pháp lý tưởng để chuyển đổi tín hiệu mV từ shunt, thermocouple, hoặc load cell sang 4-20mA trong các hệ thống tự động hóa. Với độ chính xác ±0.075%, cách ly 1.5kV, phát hiện ngắt shunt, và thiết kế dễ cài đặt, K109LV đáp ứng nhu cầu khắt khe tại nhà máy hóa chất Formosa, dầu khí Bạch Hổ, xi măng Bút Sơn, và năng lượng tái tạo. Giá từ 2.8-3.8 triệu VNĐ, K109LV mang lại giá trị vượt trội cho kỹ sư tự động hóa muốn tối ưu hóa hiệu suất hệ thống. Bằng cách đấu nối đúng, hiệu chuẩn cẩn thận, và mua hàng chính hãng, bạn sẽ đảm bảo hệ thống vận hành ổn định và hiệu quả.

Tham khảo thêm cái bài viết khác :

Bộ chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ NTC ra 4-20mA

Nguyễn Long Hội

Mobi: 0939.266.845

Email: hoi.nguyen@huphaco.vn

Web: cambiendoapsuat.vn