Tín hiệu analog và những thông tin liên quan

xuất tín hiệu analog

Những người làm việc trong ngành điện tử nói chung và lập trình vi điều khiển nói riêng đều bắt gặp dễ dàng sự có mặt của loại tín hiệu Analog. Vậy khái niệm về Analog là gì? Ứng dụng của tín hiệu trong lĩnh vực nào? Quy trình xử lý tín hiệu ra sao? Bạn hãy theo dõi thông tin ở bài viết này.

Khái niệm tín hiệu Analog như thế nào?

Tín hiệu analog là gì? Tín hiệu Analog là một loại tín hiệu liên tục, đồ thị biểu diễn là một đường liên tục. Chẳng hạn như cos, sin hoặc đường cong lên xuống bất kỳ. Analog được hiểu có nghĩa là tương tự. Tức là tín hiệu tương tự về bản chất, nhưng chúng sẽ khác nhau về cường độ tín hiệu ở thời điểm lúc sau so với lúc trước.

Những loại tín hiệu analog thường dùng nhất

Đặc điểm của tín hiệu analog đó là độ chính xác cao và có khả năng truyền nhanh, nhưng nó lại có nhiều chuẩn khác nhau trong công nghiệp.

  • Bộ chia tín hiệu Analog 4-20mA
  • Tín hiệu Analog 0-10v

Ngoài ra, còn có các loại tín hiệu analog khác như : 0-20mA, 0-10vdc, 0-5V, 2-10V, 1-5V, 0.5-4.5V… Tùy theo ứng dụng và thiết bị công nghiệp mà chúng ta sẽ sử dụng bộ chia tín hiệu analog tương ứng. 

tín hiệu analog là gì
Tín hiệu Analog là gì?

Tín hiệu Analog được ứng dụng trong những ngành nào?

Ứng dụng của tín hiệu analog chủ yếu để truyền tải thông tin đi xa hay điều khiển các thiết bị phụ tải. Cụ thể tín hiệu vệ tinh, truyền hình, cáp quang, di động. Hoặc trong các nhà máy, tín hiệu cũng được sử dụng. 

Nhờ ưu điểm là có thể truyền đi xa mà tín hiệu không bị suy giảm, nên loại tín hiệu này được dùng nhiều trong các ứng dụng cần phải truyền tín hiệu từ thiết bị từ xa về PLC để lập trình xử lý (tín hiệu analog trong plc). Đối với những tín hiệu khác khi truyền đi xa dễ bị suy giảm tín hiệu. Đồng thời, một số nhà máy dùng tín hiệu để chuẩn hóa cho toàn hệ thống.

Những thiết bị thường sử dụng tín hiệu 

Tại các nhà máy, ta có thể bắt gặp những thiết bị có tín hiệu output dạng bộ phát tín hiệu analog 4-20ma và 0-10vdc như:

  • Bộ cảm biến đo áp suất
  • Đồng hồ đo mức áp suất
  • Bộ cảm biến để đo nhiệt độ
  • Bộ cảm biến đo các mức xăng dầu, nước.
xử lý tín hiệu analog
Ứng dụng của tín hiệu analog

Tìm hiểu về nhiễu tín hiệu analog 

Nhiễu tín hiệu analog có thể định nghĩa một cách đơn giản là trạng thái của tín hiệu dưới sự tác động của những loại sóng khác, chẳng hạn như xung của biến tần hay sóng hài, máy hàn điện, động cơ công suất lớn…

Dấu hiệu nhận biết của nhiễu tín hiệu analog

Khi bộ phát tín hiệu analog hoạt động, việc nhiễu tín hiệu có thể xảy ra. Đó là khi người dùng sử dụng những thiết bị chuyên dụng để thực hiện đo mức tín hiệu analog 4-20mA tại vị trí cảm biến. Lúc đó, tín hiệu vẫn bình thường, thông số output ra chuẩn 4-20mA. 

Thế nhưng, khi tiến hành nối dây hay sử dụng bộ bộ khuếch đại tín hiệu analog để truyền tín hiệu về DCS hoặc PLC thì loại tín hiệu này sẽ bị suy giảm nghiêm trọng. Nó không còn trong dạng là chuẩn 4-20mA. Mặt khác, việc nhiễu tín hiệu còn có những biểu hiện nghiêm trọng đó là lúc đọc giá trị trên PLC. Giá trị tín hiệu sẽ nhảy liên tục do bị nhiễu, dẫn tới kỹ thuật viên không thể đọc được tín hiệu.

Bị nhiễu tín hiệu có tác hại gì?

Để phân tích được tác hại của việc nhiễu tín hiệu, bạn có thể lấy một ví dụ đơn giản như tín hiệu bị nhiễu 4-20mA của một cảm biến áp suất 0-400bar, trong các hệ thống thủy lực.

Trong hệ thống thủy lực, định mức áp suất của nó là cực lớn. Dẫn tới việc giám sát áp suất cần phải giám sát và thường xuyên kiểm soát. Khi xảy ra trường hợp bị nhiễu tín hiệu, nếu không được xử lý kịp thời thì có thể dẫn tới hậu quả nghiêm trọng là hệ thống bị quá áp, gây nguy hiểm cháy nổ, làm ảnh hưởng đến cho người vận hành và toàn bộ hệ thống.

tín hiệu analog âm thanh
Nhiễu tín hiệu có thể gây ảnh hướng đến các hoạt động

Do đó, khi bị nhiễu tín hiệu, tại những vị trí sử dụng sẽ xảy ra những tình trạng nghiêm trọng, có thể gây ảnh hưởng đến người và tài sản mà chúng ta không thể lường trước được. Vì thế, bạn cần phải kiểm tra tín hiệu analog thường xuyên để đảm bảo an toàn trong lao động, sản xuất.

Nguyên nhân dẫn tới việc nhiễu tín hiệu 

Hiện tại, các chuyên gia nghiên cứu phát hiện có nhiều nguyên nhân dẫn tới việc tín hiệu bị nhiễu trong các nhà máy. Chẳng hạn như một trong số các nguyên nhân gây ra tình trạng nhiễu tín hiệu 4-20mA.

  • Khi dây truyền tín hiệu 4-20mA được kéo lên từ cảm biến về PLC, sau đó di chuyển qua một số loại biến tần hoặc động cơ vận hành với công suất lớn.
  • Một trong những nguyên nhân khác đó là trường hợp nhà máy đặt tại khu vực trong phạm vi có các trạm phát sóng di động hoặc đặt ở bên dưới những trụ đường dây cao thế hay trung thế.
bộ chuyển đổi tín hiệu analog
Thông số đường truyền của tín hiệu analog tới thiết bị

Cách thức xử lý tín hiệu Analog

Quy trình xử lý tín hiệu Analog ở đầu ra

Tùy thuộc vào đại lượng cần điều khiển như tần số động cơ, độ mở van tuyến tính… sẽ được điều khiển bằng những thiết bị điều khiển trực tiếp là biến tần hay mạch điều khiển van. 

Thiết bị điều khiển sẽ nhận tín hiệu tương tự được xuất ra từ PLC (từ module Analog Output). Thế nhưng, module này chỉ hiểu được các giá trị số của chúng mà không thể nhập trực tiếp các giá trị 50 Hz hay 10V vào thiết bị được. 

Khi đó, người lập trình cần phải quy đổi giá trị đặt tương ứng thành những giá trị số biến đổi theo dải của Module. Đồng thời, nhân viên kỹ thuật cần  xử lý nhiễu tín hiệu analog khi các thiết bị cùng hoạt động. 

Quy trình xử lý tín hiệu ở đầu vào

Để đo được một đại lượng trên thực tế thì người thợ kỹ thuật cần đo đếm các trị số như áp suất, nhiệt độ… bằng những thiết bị đo chuyên dụng tương ứng. Thiết bị đo này sẽ chuyển giá trị đại lượng đo thành những tín hiệu ở đầu ra dưới dạng tương tự. 

Lúc này, tín hiệu tương tự này sẽ được đưa vào bộ phận module Analog input của PLC để chuyển đổi thành giá trị số. Song người lập trình không thể dùng được giá trị số này, mà phải thực hiện việc quy đổi tín hiệu số về khung giá trị của đại lượng cần đo. Từ đó, giá trị sẽ được sử dụng và mang đi xử lý trong logic điều khiển, tính toán và so sánh.

xuất tín hiệu analog
Quy trình xử lý tín hiệu Analog

Như vậy, tín hiệu analog được ứng dụng phổ biến trong các công việc, ngành nghề thực tiễn cần thông số đo chỉ số chính xác tại những nhà máy, xí nghiệp hay công nghệ truyền tải thông tin đi xa và các thiết bị phụ tải. Khi làm việc, nhân viên kỹ thuật cần kiểm tra và xử lý kịp thời nếu có sự cố bất thường xảy ra.