• 4mA: Tương ứng với điểm 0 của phép đo (giới hạn dưới)
• 20mA: Tương ứng với phép đo toàn thang (giới hạn trên)
• Giá trị trung gian: Tương ứng tuyến tính với thông số đo được.

Công thức tính toán:
Dòng điện đầu ra = 4 + (Giá trị đo được / Khoảng đo) × 16 mA

Tính toán ngược:
Giá trị đo được = (Dòng điện đầu ra – 4) / 16 × Khoảng đo

• Phát hiện dây điện bị đứt: Khi tín hiệu giảm xuống dưới 4mA (ví dụ: 0mA hoặc 2mA), thiết bị thu có thể ngay lập tức phát hiện dây bị đứt hoặc tình trạng lỗi.
• Nguồn điện hai dây: Dòng điện tối thiểu 4mA có thể cấp nguồn cho các bộ phát hai dây (khái niệm “điểm 0 trực tiếp”).
• Phân biệt giữa lỗi và điểm 0 thực sự: 0mA có thể là giá trị 0 thực sự hoặc là một lỗi; 4mA chỉ rõ điểm 0.

Định luật Ohm: U = I × R

Khi dòng điện I không đổi: Điện trở R thay đổi → Điện áp U thay đổi tỷ lệ thuận, nhưng dòng điện I vẫn không đổi.

Thông số:

• Điện trở cáp: ~40Ω/km × 2km = 80Ω (cả chiều đi và chiều về)
• Điện trở đầu vào DCS: 250Ω
• Tổng trở kháng: 80 + 250 = 330Ω

Tính toán:

• Ở mức sụt áp 20mA: U = 0,02A × 330Ω = 6,6V
• Ở mức sụt áp 4mA: U = 0,004A × 330Ω = 1,32V
• Điện áp nguồn yêu cầu: ≥6.6V + điện áp rơi khi hoạt động của bộ phát (~3V) = 9.6V

Phần kết luận: Với nguồn điện 24VDC tiêu chuẩn, việc truyền tín hiệu ở khoảng cách 2000 mét hoàn toàn khả thi! Với tín hiệu điện áp 0-10V, việc chia điện áp trên cáp sẽ làm suy giảm tín hiệu nghiêm trọng, có khả năng làm giảm điện áp thực tế đến hệ thống điều khiển phân tán (DCS) xuống chỉ còn 7-8V với sai số rất lớn.

• Đặc điểm của nguồn dòng điện không đổi: Điện áp nhiễu do tác động bên ngoài không thể làm thay đổi cường độ dòng điện.
• Trở kháng vòng thấp: Trở kháng vòng dòng điện thấp hơn nhiều so với mạch tín hiệu điện áp, khiến cho điện áp nhiễu khó có thể truyền vào.
• Tiếp nhận khác biệt: Các thiết bị thu chỉ quan tâm đến cường độ dòng điện hiện tại, chứ không phải nhiễu chế độ chung.

Ví dụ tương tự: Tín hiệu điện áp giống như "dòng chảy của nước" - dễ bị ảnh hưởng bởi các tác động bên ngoài. Tín hiệu dòng điện giống như "thể tích nước cố định" - bất kể đường dẫn phức tạp đến đâu, thể tích vẫn không đổi.

Logic chẩn đoán của kỹ thuật viên thiết bị:

• Khi thấy 0mA → Ngay lập tức nghi ngờ dây bị đứt, kiểm tra hệ thống dây dẫn.
• Khi thấy dòng điện 3.5mA → Lỗi bên trong bộ phát, cần thay thế.
• Khi thấy dòng điện 21mA → Vượt quá phạm vi đo, hãy kiểm tra cài đặt phạm vi đo hoặc điều kiện quy trình.

• Truyền tín hiệu 4-20mA
• Cấp nguồn cho bộ phát

Không cần đấu nối dây điện bổ sung!

Ví dụ về dự án nhà máy: Giả sử có 1000 dụng cụ.
Tiết kiệm chi phí với hệ thống dây dẫn hai chiều: 1000 bộ đầu nối cáp, chi phí nhân công đấu dây.
Tổng chi phí tiết kiệm: Có thể lên đến hàng trăm nghìn đô la.

Nguồn điện (24VDC)
|
├─ [Điện trở 250Ω] ──┬─ Ampe kế (hiển thị mA)
│ |
└─────────────────────┴─ [Bộ phát hai dây]
|
Đo lường tại hiện trường

• Chức năng: Chuyển đổi các đại lượng vật lý thành dòng điện 4-20mA.
• Các loại: Các thiết bị đo áp suất, nhiệt độ, lưu lượng, mức chất lỏng, v.v.
• Đặc điểm đầu ra: Đầu ra nguồn dòng điện không đổi

Chức năng: Chuyển đổi dòng điện thành điện áp để chuyển đổi tương tự sang số (A/D).
Tính toán: 20mA × 250Ω = 5V (điện áp đầu vào tiêu chuẩn)

• Tiêu chuẩn: 24VDC ±10%
• Các loại: nguồn chuyển mạch, nguồn tuyến tính
• Yêu cầu: Ngõ ra ổn định, độ gợn sóng thấp, bảo vệ ngắn mạch.

• Thông số kỹ thuật: Cáp xoắn đôi có lớp chắn (ví dụ: RVVP 2×1.5)
• Lớp bảo vệ: Nối đất một đầu (ngăn ngừa vòng nối đất)

1. Ngắt kết nối bộ phát khỏi kết nối DCS
2. Kết nối bộ hiệu chuẩn nối tiếp với vòng lặp
3. Bộ hiệu chuẩn có đầu ra lần lượt là 4mA, 12mA, 20mA.
4. Kiểm tra xem các chỉ số DCS/PLC có khớp chính xác hay không.
5. Ghi lại các lỗi, điều chỉnh hoặc thay thế nếu cần.

• Máy phát tín hiệu: Mô phỏng tín hiệu 4-20mA
• Đồng hồ vạn năng: Đo dòng điện thực tế
• Mét tiêu chuẩn: So sánh độ chính xác

Quy trình khắc phục sự cố:

1. Kiểm tra chỉ báo cục bộ
   • Chỉ báo cục bộ có giá trị đọc → Sự cố trong quá trình truyền tín hiệu hoặc DCS
   • Chỉ báo cục bộ cũng hiển thị số không → Có vấn đề với thiết bị đo tại hiện trường.
2. Giả sử chỉ báo cục bộ bình thường, hãy đo tín hiệu mA.
   • Sử dụng đồng hồ vạn năng để đo dòng điện mA mắc nối tiếp → Tín hiệu thực tế là 12mA → Vấn đề nằm ở card DCS.
   • Tín hiệu thực tế chỉ là 4mA → Có vấn đề với bộ phát hoặc dây dẫn.
3. Kiểm tra thêm
   • Kiểm tra các kết nối đầu cuối → Phát hiện kết nối lỏng lẻo
   • Sau khi siết chặt, mọi thứ trở lại bình thường → Lỗi đã được khắc phục

• Kiểm tra độ ổn định giá trị tín hiệu
• Độ chặt của mối nối đầu cuối
• Đo điện áp nguồn
• Điều kiện môi trường (nhiệt độ, độ ẩm)

• Hãy sử dụng cáp và đầu nối chất lượng cao.
• Đảm bảo che chắn và nối đất đúng cách.
• Hiệu chuẩn định kỳ (1-2 lần mỗi năm)
• Duy trì hồ sơ bảo trì

• Tín hiệu số được chồng lên tín hiệu tương tự 4-20mA.
• Tần số: Điều chế FSK 1200Hz
• Lợi thế: Tương thích với chuẩn 4-20mA truyền thống đồng thời hỗ trợ giao tiếp kỹ thuật số.

• Chẩn đoán từ xa
• Hiệu chuẩn trực tuyến
• hộp số đa biến
• Quản lý tài sản

FOUNDATION Fieldbus:

• Giao tiếp hai chiều hoàn toàn kỹ thuật số
• Các chức năng điều khiển được phân bổ cho các thiết bị hiện trường.
• Độ chính xác và độ tin cậy cao hơn

Profibus PA/DP:

• Tiêu chuẩn fieldbus mở
• Được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp chế biến.

WirelessHART:

• Truyền không dây
• Thích hợp cho những vị trí khó đi dây.

Nhưng! Dải điện áp 4-20mA vẫn là tiêu chuẩn chính:
✓ Khả năng tương thích tuyệt vời
✓ Công nghệ hoàn thiện
✓ Chi phí thấp
✓ Bảo trì đơn giản

Lý lịch: Một thiết bị mới tại nhà máy lọc dầu với các bộ truyền áp suất đặt cách phòng điều khiển DCS 1500 mét, sử dụng truyền tín hiệu 4-20mA.

Tính toán thiết kế:

• Điện trở cáp: 1,5km × 40Ω/km × 2 = 120Ω
• Điện trở đầu vào DCS: 250Ω
• Tổng trở tải: 370Ω

Sụt áp ở dòng điện 20mA: 0,02A × 370Ω = 7,4V
Điện áp nguồn yêu cầu: 7.4V + 3V (bộ phát) = 10.4V
Nguồn điện 24VDC đã chọn: Đủ dự phòng ✓

Triển khai:

• Cáp chống nhiễu RVVP 2×1.5 đã chọn
• Chỉ có lớp chắn tiếp đất ở phía DCS.
• Các đầu cuối ngoài hiện trường được chống thấm nước đúng cách
• Đã được đưa vào vận hành thành công ngay lần thử đầu tiên.

Lý lịch: Một đồng hồ đo lưu lượng trong phòng bơm cho thấy sự dao động lớn về chỉ số, khiến nó không thể sử dụng được để điều khiển.

Chẩn đoán lỗi:

Triệu chứng: Các chỉ số lưu lượng dao động nhanh trong phạm vi ±10%.

Cuộc điều tra:

1. Đo tín hiệu mA bằng đồng hồ vạn năng → Xác nhận sự dao động
2. Bộ phát bị ngắt kết nối, máy phát tín hiệu chuẩn được kết nối → Giá trị đọc DCS ổn định
   → Kết luận: Vấn đề nằm ở máy phát hoặc điều kiện hiện trường.
3. Khu vực được kiểm tra: Động cơ VFD cỡ lớn nằm cạnh bộ phát tín hiệu.
   → Kết luận: Nhiễu điện từ

Giải pháp:

• Đã định tuyến lại cáp tín hiệu thông qua ống dẫn kim loại (có khả năng chống nhiễu từ).
• Có lớp chắn nối đất ở cả hai đầu (loại bỏ nhiễu)
• Đã thêm bộ lọc vào nguồn cấp điện của máy phát.
• Tăng khoảng cách giữa cáp tín hiệu và cáp nguồn (>30cm)

Kết quả: Các chỉ số đo ổn định trong phạm vi ±0,5%.

• Hiểu rõ các nguyên tắc: Hiểu được lý do tại sao chúng ta sử dụng nó giúp chúng ta sử dụng nó một cách hiệu quả.
• Chẩn đoán lỗi chính: Các lỗi dòng điện 4-20mA là phổ biến nhất trong công việc hàng ngày.
• Thực hiện bảo trì đúng cách: Kiểm tra định kỳ, hiệu chuẩn hệ thống dây điện, đảm bảo độ tin cậy.
• Hãy đón nhận công nghệ mới: HART và các bộ phát thông minh là sự phát triển của giao tiếp 4-20mA.

Tín hiệu 4-20mA có vẻ đơn giản, nhưng nó chứa đựng kiến thức kỹ thuật sâu sắc. Nắm vững tín hiệu này là kiến thức cơ bản đối với mọi kỹ thuật viên thiết bị đo.

• Hướng dẫn lựa chọn bộ truyền áp suất Rosemount 3051: Thông số kỹ thuật
• Hướng dẫn cấu hình và khắc phục sự cố HART cho bộ truyền tín hiệu nhiệt độ Rosemount 3144P:
• Hướng dẫn đấu dây và phân tích khắc phục sự cố cho bộ truyền tín hiệu nhiệt độ E+H iTEMP TMT72
• Hướng dẫn về quá trình di chuyển máy phát số 0: Giải thích về sự khác biệt giữa di chuyển tích cực và tiêu cực
• So sánh Emerson AMS Trex và Rosemount 475: Hướng dẫn lựa chọn và nâng cấp toàn diện

Cung cấp các giải pháp thiết bị đo lường chất lượng cao

Công ty TNHH Thương mại Xi'an Yunrui cung cấp hàng chính hãng. Rosemount, Fisher, Và Endress+Hauser Bộ truyền tín hiệu và thiết bị đo 4-20mA. Vui lòng liên hệ với các kỹ sư ứng dụng của chúng tôi để được tư vấn kỹ thuật.

📧 sales@yunrui-controls.com | 📱 WhatsApp: 18710784030