Analog Input (AI) là gì?
Analog Input là chân đầu vào hoặc module của PLC có khả năng đọc tín hiệu điện thay đổi liên tục (analog) từ cảm biến công nghiệp và chuyển đổi sang giá trị số nguyên (integer) thông qua bộ chuyển đổi ADC (Analog-to-Digital Converter) bên trong. Trái ngược với Digital Input chỉ đọc 0 hoặc 1, AI đọc được vô số giá trị trung gian trong khoảng đo.
Chuẩn tín hiệu analog công nghiệp
| Chuẩn | Phạm vi | Ưu điểm | Nhược điểm |
|---|---|---|---|
| 4–20 mA | 4 mA (0%) → 20 mA (100%) | Chống nhiễu tốt, phát hiện đứt dây (I < 4 mA = lỗi), truyền xa 1000+ m | Cần nguồn loop 24V |
| 0–20 mA | 0 mA (0%) → 20 mA (100%) | — | Không phân biệt đứt dây và 0% |
| 0–10 V | 0V (0%) → 10V (100%) | Đơn giản, không cần nguồn loop | Dễ bị nhiễu, giới hạn khoảng cách < 50 m |
| ±10 V | −10V → +10V | Dùng cho cả chiều âm (ví dụ lệnh tốc độ biến tần) | Cần GND chung tốt |
| Thermocouple | mV (ví dụ K-type: 0–52 mV) | Đo nhiệt độ trực tiếp | Cần module chuyên dụng + cold junction compensation |
| PT100/PT1000 | RTD: điện trở thay đổi theo nhiệt độ | Chính xác cao | Cần module RTD chuyên dụng, 3 hoặc 4 dây |
Nguyên lý 4–20 mA live zero
“Live zero” là đặc điểm quan trọng: giá trị tín hiệu 0% = 4 mA (không phải 0 mA). Nếu tín hiệu < 4 mA, PLC biết có sự cố (đứt dây, cảm biến mất nguồn, lỗi cảm biến). Đây là ưu điểm lớn so với chuẩn 0–10V (không phân biệt được đứt dây với giá trị = 0%).
Công thức quy đổi giá trị
Module AI 12 bit: raw value 0–4095 (212 = 4096 bước). Module AI 16 bit: raw value 0–27648 (theo chuẩn Siemens) hoặc 0–32767.
Quy đổi tín hiệu 4–20 mA sang giá trị kỹ thuật:
GiáTrịKT = (Raw − Raw_min) × (Span_KT) / (Raw_max − Raw_min) + Min_KT
Ví dụ: cảm biến áp suất 0–10 bar → 4–20 mA → module AI Siemens (4mA=5530 raw, 20mA=27648 raw):
P (bar) = (Raw − 5530) × 10 / (27648 − 5530) = (Raw − 5530) × 10 / 22118
Nhiều PLC có lệnh SCALE/NORM sẵn: Siemens S7-1200 dùng lệnh NORM_X và SCALE_X.
Ví dụ kết nối thực tế
- Cảm biến áp suất 4–20 mA (0–10 bar): nguồn 24VDC cấp qua module AI (loop power), dây (+) vào AI+, dây (−) vào AI−. PLC đọc raw value → quy đổi → hiển thị bar trên HMI.
- Cảm biến nhiệt độ 4 dây PT100: dùng module RTD chuyên dụng (Siemens SM 1231 RTD). Kết nối 4 dây: 2 dây nguồn excitation + 2 dây sensing (loại trừ điện trở dây dẫn). Đọc trực tiếp °C.
- Điều khiển biến tần 0–10V: module AO xuất 0–10V theo tần số đặt từ PLC. Biến tần nhận 0V = dừng, 10V = tốc độ tối đa. Dùng cáp chắn nhiễu (shielded cable), nối shield một đầu.