Bộ chuyển đổi cảm biến pH sang Modbus RTU

Bộ chuyển đổi cảm biến PH sang modbus RTU được sử dụng cho các loại cảm biến có tín hiệu ngõ ra dạng mV cụ thể: -177,47 đến +177,48mV hoặc -414mV đến + 414mV. Tín hiệu mV này các bộ datalogger gần như không thể đọc trực tiếp được. Bởi vì datalogger được thiết kế để đọc analog 4-20mA / 0-10V hoặc Modbus RTU.

Trong xử lý nước thải, cảm biến pH đo thang 0-14 thường xuất ra tín hiệu analog hoặc digital tùy thuộc vào loại cảm biến và hệ thống sử dụng. Cụ thể:Tín hiệu analog:Phổ biến nhất là tín hiệu điện áp (mV): Cảm biến pH dựa trên điện cực thủy tinh tạo ra hiệu điện thế tỷ lệ với nồng độ ion H⁺. Thông thường, cứ mỗi đơn vị pH thay đổi thì điện áp thay đổi khoảng 59.16 mV (ở 25°C, theo phương trình Nernst). Ví dụ:pH 7 (trung tính) ≈ 0 mV. Với cảm biến có ngõ ra -177,47 đến +177,48mV thì:

pH 4 ≈ +177.48 mV.
pH 7 ≈ 0mV
pH 10 ≈ -177.48 mV.

Một số cảm biến pH công nghiệp chuyển đổi tín hiệu này thành dòng điện 4-20 mA, là chuẩn phổ biến trong tự động hóa để truyền tín hiệu đến bộ điều khiển (PLC) hoặc hệ thống giám sát. Tuy nhiên, một số cảm biến chỉ có lựa chọn duy nhất là mV. Khi đó hãng sẽ bán kèm một bộ đọc pH để hiển thị giá trị pH và các thông số khác ( nếu có ).

Tín hiệu digital:Các cảm biến pH hiện đại (đặc biệt trong xử lý nước thải) có thể xuất tín hiệu số qua các giao thức như Modbus, HART, hoặc Profibus. Tín hiệu này thường đã được xử lý bởi bộ chuyển đổi tích hợp, cung cấp trực tiếp giá trị pH (0-14) hoặc dữ liệu đã hiệu chỉnh.

Rắc rối xảy ra khi chúng ta chỉ có đầu dò pH ra tín hiệu mV mà muốn truyền vào datalogger mà không cần phải qua bộ hiện hiển thị & điều khiển pH có giá thành khá cao. Khi đó, bộ chuyển đổi cảm biến pH sang Modbus RTU là giải pháp tối ưu nhất.

Nội Dung Chính

Tại sao lại cần bộ chuyển đổi tín hiệu pH sang Modbus RTU

Tín hiệu ngõ ra của cảm biến pH đặc thù là lưỡng cực tức vừa âm vừa dương dưới dạng mV. Một tín hiệu rất nhỏ cho thang đo pH từ 0-14. Để đọc được tín hiệu này các hãng luôn có các bộ hiển thị hoặc điều khiển đi kèm để giải mã.

Có hai lý do mà cần một bộ chuyển đổi cảm biến pH sang Modbus RTU như sau:

Giá thành bộ giải điều khiển pH quá cao

Bất kỳ một người sử dụng nào cũng mong muốn sử dụng cả bộ đo pH cùng một hãng cho đồng bộ và dễ thao tác, sửa chữa. Tất nhiên, điều đó đồng nghĩa với giá thành sẽ tăng cao. Một số hãng cung cấp các bộ điều khiển với chi phí rất cao. Đó chính là lý do mà bộ chuyển đổi pH xuất hiện.

Mua nhầm hoặc quên mua loại có ngõ ra analog 4-20mA

Mình đã xem qua rất nhiều tài liệu của cảm biến pH của các hãng. Đa số đều ghi thông số chung chung về chức năng, ứng dụng… mà lại không ghi rõ loại tín hiệu ngõ ra. Khi mua đầu dò pH rất dễ nhầm lẫn với loại tích hợp ngõ ra 4-20mA hoặc Modbus RTU sẵn.

Một số loại đầu dò pH được báo đi kèm với bộ hiển thị, khi đó tín hiệu ngõ ra thường không được ghi rõ ràng vì người mua mặc định chỉ cần kết nối đúng là hiển thị. Khi màn hình hiển thị có vấn đề hoặc không có truyền thông về datalogger. Lúc này bộ khuếch đại tín hiệu cảm biến pH là một giải pháp tối ưu nhất.

Bộ chuyển đổi cảm biến pH sang Modbus RTU – Z-4AI

Bộ chuyển đổi tín hiệu Z-4AI vốn không được thiết kế dành riêng cho cảm biến pH mà được thiết kế cho tất cả các loại cảm biến có ngõ ra Analog 4-20mA / 0-10V và cả tín hiệu mV của cảm biến pH.

Thông số kỹ thuật Z-4AI

Model: Z-4AI, sản xuất tại Seneca – Italy
Số kênh đầu vào: 4 kênh
Nguồn cấp: 10-40Vdc hoặc 19-28Vac
Cách ly 1500V giữa nguồn – tín hiệu input – output
Độ phân giải 16 bit, 2mV, 2umA
Sai số 0,1%
Lắp đặt trên DIN RAIL
Input: nhận mV, mA tiêu chuẩn hoặc tùy chỉnh
Output: Modbus RTU – RS485
Tùy tùy scales giá trị thực tương ứng tín hiệu đầu vào
Đặc biệt, có thể tùy chọn tín hiệu mV, mA đầu vào cho từng kênh
Có LED báo trạng thái nguồn – Rx-Tx truyền thông, đèn báo lỗi.
Cài đặt bằng DIP Switch hoặc phần mềm easy setup – miễn phí của hãng

Z-4AI đọc tín hiệu cảm biến pH như thế nào?

Bộ chuyển đổi tín hiệu Z-4AI không thể đọc tín hiệu tín hiệu từ cảm biến pH mà không qua cài đặt. Cụ thể, tín hiệu của cảm biến pH sẽ là tín hiệu lưỡng cực vừa âm vừa dương.

Khi đó, tín hiệu ngõ ra của pH thường là -177,47 … + 177,48 mV hoặc -414 … + 414mV tương ứng pH từ 0-14. Để đọc được giá trị này bộ chuyển đổi cảm biến pH Z-4AI phải cài đặt bằng phần mềm easy setup của hãng Seneca. May mắn là Seneca cung cấp phần mềm miễn phí.

Việc cài đặt khá đơn giản:

Chuẩn bị cáp Micro usb: 1 đầu usb – 1 đầu micro usb
Cài đặt phần mềm easy setup của Seneca, bạn có thể tải về trực tiếp từ web của Seneca.
Cấp nguồn cho Z-4AI, dùng nguồn 24Vdc

Sau khi cấp nguồn, cắm cắp từ Z-4AI vào máy tính. Chúng ta dễ dàng cài đặt input với các thông số:

Điện áp mV, zero – span
Dòng điện mV, zero – span
Scales tỉ lệ tương ứng với Zero – span
Tùy chỉnh ID – baud – speed trên phần mềm cho Z-4AI

Khi đọc qua datalogger hoặc các thiết bị khác thông qua Modbus RTU thì giá trị truyền về là số thực đã scales hoặc giá trị mV của cảm biến pH ( trong trường hợp không scales giá trị ).

Truyền thông Modbus RTU của Z-4AI

Bộ chuyển đổi cảm biến pH sang modbus RTU RS485 truyền thông qua 2 cách:

Bằng Terminal 4 ( GND ) + 5 ( B-) + 6 ( A+) ngay trên thiết bị.
Bằng DIN Rail bus nguồn bên dưới thanh DIN RAIL bằng phụ kiện Z-PC-DINAL2-17,5. Với phụ kiện Z-PC-DINAL2-17,5 có thể kết nối 2 bộ chuyển đổi Z-4AI cùng lúc.
Z-4AI cho phép giao tiếp với nhiều tốc độ baud: từ 9600 cho đến 57600, tùy chọn trong phần mềm hoặc gạt trên DIP Switch.
Về địa chỉ thì có thể tùy chọn từ 1…63 trên DIP Switch và 1…256 trên phần mềm.
Tùy chọn giao tiếp qua RS485 hoặc RS232.

Như vậy, Z-4AI nhận được 4 tín hiệu đầu vào cùng lúc và có thể truyền thông qua RS485 hoặc RS232 tùy theo thiết bị có thể nhận được tín hiệu từ Z-4AI.
Chúc các bạn thành công !