В зависимости от количества каналов модули НПСИ-200-ГРТП бывают трех видов: для одного, двух и четырех независимых каналов и несколько отличаются друг от друга по внешнему виду. Кроме того, они различаются по количеству каналов (1, 2, 4 соответственно) и конструктивному исполнению (рис. 2). Одноканальный преобразователь размещен в малогабаритном узком корпусе шириной всего 8,5 мм (габариты (91,5 × 62,5 × 8,5) мм), двухканальный и четырехканальный – в корпусе шириной 22,5 мм (габариты (115 × 105 × × 22,5) мм).
НПСИ-200-ГРТП предназначены прежде всего для трансляции 1:1 активного входного сигнала (4…20) мА в такой же активный сигнал (4…20) мА с гальванической развязкой источника и приёмника. Однако они успешно могут применяться для задачи разветвления сигналов когда требуется подать сигнал (4…20) мА на несколько гальванически изолированных приемников.
Данные задачи и некоторые важные характеристики модуля указаны на рисунке
Варианты подключения к источникам активных и пассивных сигналов показаны на рис. 3 и 4. В последнем случае требуется дополнительный источник питания.
Рис. 3. Подключение преобразователей НПСИ-200-ГРТП
к активному источнику
Рис. 4. Подключение преобразователей НПСИ-200-ГРТП
к пассивному источнику с применением дополнительного
блока питания БП
Активный входной сигнал может формироваться как непосредственно активным источником сигнала так и пассивным источником сигнала, но с внешним блоком питания. Обратим внимание на то, что для питания самого модуля отдельный источник питания не требуется. Для своей работы он использует энергию входного активного сигнала. Таким образом, модуль развязки по сути является трансформатором постоянного тока.
В связи с этим, параметры нагрузки в выходной цепи определяют требования к источнику сигнала на входе.
Источник сигнала должен обеспечивать на входе модуля напряжение не менее чем 1,7 В. Это минимальное напряжение на входе, необходимое для работы прибора.
Напряжение рассчитывается по формуле U ист > 2 х 1,7 В + 22 мА х (Rн1 + Rн2), где 1,7 В - это минимальное напряжение на входе одного канала, необходимое для работы прибора, 22 мА - максимальный ток с учетом аварийного уровня, Rн1 и Rн2 сопротивления нагрузки на выходах.
Как видно из формулы, напряжение источника сигнала зависит от сопротивления нагрузки (сопротивления приемника). Например, при нагрузке 100 Ом источник должен обеспечивать напряжение не менее 3,9 В
В системах измерения, где необходимо разделение входных сигналов, источником входного сигнала, как правило, являются измерительные датчики (ИД), а приемниками – вторичные измерительные приборы (ИП) (регуляторы, контроллеры, регистраторы и пр.).
В системах управления, где требуется разделение выходных сигналов, источниками являются управляющие устройства (УУ) (регуляторы, контроллеры, регистраторы и пр.), а приемниками – исполнительные устройства (ИУ) с токовым управлением (мембранные исполнительные механизмы (МИМ), тиристорные регуляторы, частотные преобразователи и пр.).
Примечательно, что для преобразователя НПСИ-200-ГРТП, выпускаемого НПФ «КонтрАвт», не требуется отдельное питание. Он запитывается от входного активного источника тока (4…20) мА. При этом на выходе также формируется активный сигнал (4…20) мА, и дополнительного источника в выходных цепях не требуется. Поэтому решение на базе разделителей токовой петли, которое используется в НПСИ-200-ГРТП, является весьма экономичным.
Для задач, описанных в начале, можно применить все модификации прибора. Как одноканальные преобразователи НПСИ-200-ГРТП1, так и многоканальные НПСИ-200-ГРТП2 и НПСИ-200-ГРТП4.
Применение многоканальных преобразователей НПСИ-200-ГРТП2 и НПСИ-200-ГРТП4 снижает цену канала по сравнению с одноканальным НПСИ-200-ГРТП1.
Обратим внимание: в многоканальных приборах каналы полностью независимы между собой, электрически внутри прибора они никак не связаны . Это означает, что неисправность одного из них никак не влияет на работоспособность других каналов.
Часто приводят аргумент против многоканальных приборов: «выходит из строя один канал, а перестает работать весь многоканальный прибор. Это резко снижает безопасность и устойчивость системы». В данном случае этот аргумент просто не работает.
Зато такое важное положительное свойство многоканальных систем, как более низкая «цена канала», проявляется в полной мере. Двух- и четырехканальные модификации преобразователей снабжены винтовыми разъемными соединителями, которые облегчают их монтаж, техническое обслуживание и ремонт (замену).
Модули гальванической развязки токовой петли НПСИ-200-ГРТП можно применять и для задачи разветвления сигналов. Приведем схемы реализации этой задачи.
На первой схеме показан пример размножения сигнала от одного датчика на два при помощи двух модулей гальванической развязки токовой петли НПСИ-200-ГРТП1.
На второй схеме демонстрируется такое же размножение сигнала, но уже с помощью одного модуля НПСИ-200-ГРТП2 (размножение сигнала с помощью НПСИ-200-ГРТП4 происходит аналогично). Разветвление достигается путем внешнего соединения входов нескольких каналов преобразователей.
Рис. 5. Применение одноканальных и двухканальных преобразователей для размножения сигнала «1 в 2»
Для удобства монтажа и обслуживания подключение внешних соединений в одноканальной модификации производится пружинными клеммными соединителями, а в двух- и четырехканальных – разъемными винтовыми соединителями.
Помимо ограничения на входное напряжение не менее 1,7 В, о котором мы говорили у модулей НПСИ-200-ГРТП есть еще одно.
Оно ограничение проявляется в том случае ,когда одна из выходных цепей разорвана. Хоть мы и говорили. что каналы полностью независимы между собой, при разветвлении мы их связываем между собой внешними линиями по входу. Если не предпринимать никаких мер, разрыв на выходе одного канала вызывает неработоспособность и другого канала. В самом деле, разрыв означает, что сопротивление нагрузки становится бесконечным и требование к уров
На практике разрыв на выходе возможен в двух случаях:
-
Плановое отключение (нагрузка не подключается вообще.
-
Отключение нагрузки под воздействие внешних условий (аварийная ситуация - обрыв соединительной линии).
В первом случае (когда отключение одного канала происходит планово) на его место ставится либо перемычка либо сопротивление нагрузки.
Во втором случае (в случае случайного аварийного обрыва цепи) необходимо предпринимать специальные меры. Нарушение работы разветвителя в случае непреднамеренного разрыва выходной линии можно избежать, если на выходе канала поставить стабилитрон.
При таком подключении стабилитрон должен иметь напряжение стабилизации больше, чем максимально возможное напряжение на нагрузке. При разрыве цепи ток течет через стабилитрон и цепи остаются замкнутыми.
Однако, возможна ситуация, когда разрывается входная внутренняя цепь самого канала. Протекание тока по входам каналов нарушается и разветвитель также перестает работать.
Поэтому с точки зрения общей надежности стабилитрон лучше подключать не к выходу, а ко входу.
Условие на уровень напряжения стабилизация стабилитрона изменится. При подключенных стабилитронах необходимо скорректировать и условие на уровень напряжения источника сигнала.
Подключение стабилитрона как к выходу, так и ко входу может привести к дополнительной погрешности измерения, за счет того, что часть тока будет протекать через стабилитроны.
Чтобы погрешность измерения и преобразования оставалась в пределах основной погрешности модуля , ток утечки стабилитрона в закрытом состоянии не должен превышать 1-5 мкА.
Мы обсудили реализацию разветвления унифицированных сигналов 4…20 мА в 4…20 мА сигналов с помощью модуля гальванической развязки токовой петли НПСИ-200-ГРТП. Это решение компактное, экономичное, в ряде случаев позволяет минимизирует номенклатуру применяемых приборов.
Тем не менее, применение этого решения имеет некоторые ограничения, которые нужно учитывать для повышения надежности работы разветвителя.