Trong lĩnh vực tự động hóa công nghiệp, việc thống nhất các tiêu chuẩn tín hiệu là rất quan trọng. Nó liên quan trực tiếp đến việc toàn bộ hệ thống sản xuất công nghiệp có thể hoạt động hiệu quả và ổn định hay không. Trong thời kỳ đầu phát triển của tự động hóa công nghiệp, vấn đề tiêu chuẩn tín hiệu của thiết bị giống như một vấn đề hóc búa, hạn chế nghiêm trọng sự phát triển hơn nữa của ngành.
Trong những ngày đầu, không có tiêu chuẩn tín hiệu thống nhất cho các thiết bị trong lĩnh vực tự động hóa công nghiệp. Điều này giống như việc ở trong một thành phố không có luật lệ giao thông, nơi các phương tiện di chuyển một cách ngẫu nhiên và hỗn loạn. Các tiêu chuẩn tín hiệu của dụng cụ và máy đo do các nhà sản xuất khác nhau sản xuất rất khác nhau.
Điều này trực tiếp khiến việc thiết kế nhiều thiết bị hạ nguồn trở nên cực kỳ phức tạp. Lấy thiết kế màn hình làm ví dụ. Vì phải thích ứng với các tiêu chuẩn tín hiệu khác nhau nên các kỹ sư cần phải dành nhiều thời gian và năng lượng để điều chỉnh các mạch và tối ưu hóa chương trình. Không những vậy, chi phí lắp đặt, bảo trì thiết bị cũng tăng lên đáng kể. Hãy tưởng tượng rằng nhân viên bảo trì cần nắm vững các tiêu chuẩn tín hiệu và phương pháp gỡ lỗi của nhiều thiết bị khác nhau. Đây chắc chắn là một thách thức rất lớn. Hơn nữa, vấn đề tương thích giữa các tiêu chuẩn tín hiệu khác nhau thường dẫn đến việc không thể giao tiếp bình thường giữa các thiết bị, từ đó ảnh hưởng đến tiến độ suôn sẻ của toàn bộ quá trình sản xuất.
Trước vấn đề này, nhiều nhà sản xuất đã đề xuất giải pháp riêng. Trong số rất nhiều đề xuất, trọng tâm chính là tín hiệu điện. Nhiều tiêu chuẩn tín hiệu điện khác nhau đã được đề xuất và sự cạnh tranh rất khốc liệt. Một số nhà sản xuất tin rằng một dải tín hiệu điện cụ thể sẽ phù hợp hơn với nhu cầu tự động hóa công nghiệp, trong khi các nhà sản xuất khác khẳng định giải pháp của riêng họ có nhiều ưu điểm hơn. Mặc dù tình trạng trăm hoa nở rộ này đã thúc đẩy đổi mới công nghệ ở một mức độ nhất định, nhưng nó cũng mang lại nhiều hỗn loạn hơn cho ngành. Mọi người đang chờ đợi một tiêu chuẩn được công nhận rộng rãi xuất hiện.
Sau một thời gian dài tìm hiểu và thử nghiệm trên thị trường, cuối cùng hai tiêu chuẩn tín hiệu được chấp nhận rộng rãi đã xuất hiện. Một là chuẩn tín hiệu khí nén, được chọn là 20 - 100kPa.
Tiêu chuẩn tín hiệu khí nén: Trong một số tình huống có yêu cầu chống cháy nổ cực cao và môi trường khắc nghiệt, tín hiệu khí nén vẫn được sử dụng. Phạm vi tiêu chuẩn tín hiệu khí nén phổ biến là 20100kPa. Ví dụ, trong một số khu vực nguy hiểm nhất định trong ngành hóa dầu và các ngành công nghiệp khác, thiết bị khí nén sử dụng khí nén làm phương tiện truyền tín hiệu để truyền các giá trị đo được hoặc hướng dẫn điều khiển dưới dạng thay đổi áp suất không khí. Ưu điểm của chuẩn tín hiệu này là về bản chất là an toàn và không tạo ra các yếu tố nguy hiểm như tia lửa điện. Tuy nhiên, nhược điểm là tốc độ phản hồi tương đối chậm và khoảng cách truyền tín hiệu bị hạn chế, thường trong phạm vi hàng chục mét.
Tín hiệu khí nén có những ưu điểm riêng trong một số tình huống công nghiệp cụ thể. Ví dụ, trong môi trường dễ cháy nổ, tín hiệu khí nén sẽ an toàn và đáng tin cậy hơn. Thứ hai là tiêu chuẩn tín hiệu điện, 4-20mA đã trở thành tiêu chuẩn vàng rất xứng đáng.
Tín hiệu dòng 4-20mA: Đây là một trong những chuẩn tín hiệu analog được sử dụng rộng rãi nhất trong lĩnh vực công nghiệp. 4mA đại diện cho giới hạn dưới của tín hiệu, thường tương ứng với điểm 0 của biến đo được; 20mA đại diện cho giới hạn trên của tín hiệu, tương ứng với toàn bộ phạm vi của biến đo được. Ví dụ: trong phép đo nhiệt độ, nếu phạm vi đo là 0°C100°C thì 4mA có thể tương ứng với 0°C và 20mA có thể tương ứng với 100°C. Chuẩn tín hiệu này có ưu điểm là khả năng chống nhiễu mạnh và khoảng cách truyền dẫn dài. Khoảng cách truyền chung có thể lên tới hàng trăm mét, thậm chí hàng nghìn mét và có thể đáp ứng nhu cầu truyền tín hiệu giữa các thiết bị khác nhau ở hầu hết các khu công nghiệp.
Tiêu chuẩn 4-20mA nổi bật chủ yếu vì nó có nhiều ưu điểm. Đầu tiên, nó có khả năng chống nhiễu tốt. Tại các khu sản xuất công nghiệp có nhiều loại nhiễu điện từ khác nhau. Nếu tín hiệu dễ bị nhiễu sẽ dẫn đến sai số đo lường, điều khiển tăng lên và ảnh hưởng đến chất lượng sản xuất. Tín hiệu 4-20mA có thể duy trì tương đối ổn định trong môi trường điện từ phức tạp, đảm bảo truyền dữ liệu chính xác.
Thứ hai, khoảng cách truyền của nó tương đối dài. Trong các doanh nghiệp công nghiệp lớn, khoảng cách giữa các thiết bị có thể tương đối dài và tín hiệu dễ bị suy giảm trong quá trình truyền. Cường độ và đặc tính của tín hiệu 4 - 20mA cho phép nó duy trì hiệu suất tốt trong khoảng cách xa. Ngoài ra, tiêu chuẩn này còn cho phép chẩn đoán lỗi tín hiệu. Khi dòng tín hiệu là 0mA rất có thể cho thấy có lỗi trên đường dây, giúp nhân viên bảo trì dễ dàng tìm ra và giải quyết sự cố kịp thời hơn.
Mặc dù với sự phát triển không ngừng của khoa học công nghệ, tự động hóa công nghiệp đang dần chuyển sang số hóa, tín hiệu số đã cho thấy những ưu điểm vượt trội về nhiều mặt nhưng các bộ phát tín hiệu analog vẫn được sử dụng rộng rãi. Điều này cũng phản ánh đầy đủ sức sống mạnh mẽ của chuẩn 4-20mA. Máy phát tín hiệu analog có ưu điểm là chi phí thấp, độ tin cậy cao và công nghệ hoàn thiện. Trong một số trường hợp công nghiệp nhạy cảm với chi phí và không yêu cầu độ chính xác tín hiệu đặc biệt cao, bộ phát tín hiệu analog vẫn là lựa chọn hàng đầu. Hơn nữa, nhiều thiết bị công nghiệp hiện có được thiết kế dựa trên tiêu chuẩn 4-20mA. Nếu tất cả đều được thay thế bằng thiết bị kỹ thuật số, không chỉ chi phí sẽ rất lớn mà còn nảy sinh nhiều vấn đề như chuyển đổi kỹ thuật và đào tạo nhân sự.
Việc thống nhất các hệ thống tín hiệu thiết bị trong tự động hóa công nghiệp là yêu cầu tất yếu cho sự phát triển của ngành. Là một chuẩn tín hiệu điện, 4-20mA nổi bật trong sự cạnh tranh khốc liệt và vẫn đóng vai trò quan trọng trong sản xuất công nghiệp hiện nay. Khi công nghệ tiếp tục phát triển, nó có thể bổ sung cho các tín hiệu số và cùng nhau thúc đẩy sự phát triển của tự động hóa công nghiệp lên một tầm cao hơn.
Yuyao Huangong automation instruments factory