Представлены новые приборы НФП КонтрАвт для преобразования и разветвления сигналов термопар, термометров сопротивления и потенциометров в два унифицированных токовых сигнала (4…20) мА: нормирующие преобразователи НПСИ-250-УВ1.2, НПСИ-500-УВ1.2 и барьер искробезопасности KA5003Ex.
В предыдущей статье мы рассказали о недавно выпущенной Научно-производственной фирмой "КонтрАвт" группе приборов для работы с сигналами термопар, термометров сопротивления и потенциометрами: нормирующих преобразователях НПСИ-250-УВ1, НПСИ-500-УВ1 и барьере искробезопасности KA5004Ex. Данные приборы преобразует входной сигнал датчика в унифицированный токовый сигнал (4…20 мА), отдельные модификации выполняют функции параметрической сигнализации.
В данной статье мы продолжим рассказ о линейке приборов, преобразующих те же виды входных сигналов, но отличающихся тем, что являются разветвителями одного входного сигнала в два токовых сигнала (4...20) мА: нормирующих преобразователях НПСИ-250-УВ1.2, НПСИ-500-УВ1.2 и барьере искробезопасности KA5003Ex.
Рис. 1. Внешний вид нормирующих измерительных преобразователей НПСИ-250-УВ1.2, НПСИ-500-УВ1.2 и барьера искробезопасности KA5003Ex
Нормирующие преобразователи НПСИ-250-УВ1.2, НПСИ-500-УВ1.2, а также барьер искробезопасности KA5003Ex имеют следующие общие конструктивные особенности:
-
Приборы являются одноканальными по входу, имеют универсальный вход для работы с сигналами термопар, термометров сопротивления и потенциометрами (подключение по трехпроводной или четырехпроводной схеме);
-
Конфигурирование (настройка) типа и диапазона преобразования входных сигналов, а также многих других функций и параметров барьеров выполняется по интерфейсу USB с помощью программного обеспечения SetMaker;
-
Некоторые модификации данных нормирующих преобразователей и барьера имеют интерфейс RS-485 с протоколом ModBus RTU для организации обмена данными по сети, дистанционного управления выходами преобразователей, а также для конфигурирования параметров;
-
Приборы имеют гальваническую изоляцию по всем сечениям;
-
Приборы имеют компактный корпус (ширина барьера - 17.5, ширина преобразователей - 22,5 мм) и допускают плотный монтаж в полном диапазоне температур эксплуатации (в барьере реализована функция оптимизации тепловыделения);
-
Некоторые модификации преобразователей и барьера имеют возможность подключения питания по шине;
-
В приборах реализована сигнализация по уровню входного сигнала со светодиодной индикацией и с формированием выходного дискретного сигнала на электромагнитном реле (в некоторых модификациях)
Как уже было сказано, преобразователи НПСИ-250-УВ1.2, НПСИ-500-УВ1.2 и барьер искрозащиты KA5003Ex предназначены для разветвления одного сигнала в два унифицированных токовых сигнала (4…20) мА.
Отличия между двумя моделями преобразователей НПСИ в том, что НПСИ-250-УВ1.2 имеет только USB-интерфейс, а некоторые модификации преобразователя НПСИ-500-УВ1.2 в дополнение к USB имеют еще и интерфейс RS-485.
Барьер искрозащиты KA5003Ex работают с теми же типами сигналов и дополнительно, выполняют функции взрывозащиты. Барьер реализует вид взрывозащиты «искробезопасная цепь» и имеет два вида маркировки [Ex ia Ga] IIC и 2Ex nA [ia Ga] IIC Т4 Gc X.
Маркировка [Ex ia Ga] IIC означает, что источники входных сигналов могут располагаться во взрывоопасных зонах 0, 1 и 2.
Вторая маркировка 2Ex nA [ia Ga] IIC Т4 Gc X - взрывозащита вида «n» сообщает о том, что барьер KA5003Ex относится к классу неискрящего оборудования и сам может располагаться в зоне 2 во внешней оболочке со степенью защиты не ниже IP54.
Рассмотрим подробнее указанные выше характеристики данных приборов.
Универсальный вход
Преобразователи НПСИ-250-УВ1.2, НПСИ-500-УВ1.2, а также барьер KA5003Ex могут измерять следующие виды сигналов: сигналы термопар, сигналы термосопротивлений, сигналы (положение) потенциометров и потенциометрических датчиков, а также напряжение (-75...+75) мВ и сопротивление резисторов в диапазоне (0...4800) Ом. Приборы имеют высокую точность преобразования 0,1%. и высокую температурную стабильность 0.0025%/градус.
Приборы подключаются по входу по четырёхпроводной или трёхпроводной схемам подключения. Если возникает необходимость применения двухпроводной схемы, то при конфигурировании выбирается один из этих двух вариантов, а на клеммах устанавливаются соответствующие перемычки.
Канальность, выходы и схемы подключения
Данные модели приборов являются одноканальными по входу, а на выходах имеют два токовых сигнала (4...20 мА). У барьера KA5003Ex выходы активные. Выходы нормирующих преобразователей НПСИ-250-УВ1.2, НПСИ-500-УВ1.2 могут работать в активном или пассивном режиме в зависимости от схемы подключения (Рис. 2)
У некоторых модификаций всех рассматриваемых здесь приборов присутствует дискретный выход «Авария» на оптотранзисторе по шине.
У ряда модификаций нормирующих преобразователей НПСИ-250-УВ1.2 и НПСИ-500-УВ1.2 присутствует также дискретный выход «Сигнализация» на электромеханическом реле. У барьера KA5003Ex такого выхода нет.
Рис. 2. Cхемы подключения нормирующих преобразователей НПСИ-250-УВ1.2, НПСИ-500-УВ1.2 и барьера KA5003Ex
Обмен данными по сети, конфигурирование
Все модификации приборов имеют USB-интерфейс. Нормирующий преобразователь НПСИ-500-УВ1.2, а также некоторые модификации барьера KA5003Ex могут иметь еще и интерфейс RS-485, протокол MODBUS RTU. Оба интерфейса можно использовать как для конфигурирования барьеров, так и для обмена данными и управления по сети.
Используя, в частности, интерфейс RS-485 с протоколом ModBus RTU, можно организовать удаленный (до 1000 м) обмен данными между барьером и контроллерами по сети, а также осуществлять дистанционное управление выходами прибора. Эта возможность позволяет использовать рассматриваемые приборы в качестве модулей ввода-вывода.
Для конфигурирования используется сервисное программное обеспечение SetMaker. С его помощью можно не только сконфигурировать прибор (выбрать тип и границы диапазона преобразования, настроить функции сигнализации и задать пороги срабатывания сигнализации, сформировать аварийные уровни выходного токового сигнала), но и быстро копировать сохраненную конфигурацию в другие приборы и тем самым ускорять их настройку.
Рис.3. Окно конфигуратора SetMaker. Внешний вид вкладки «Параметры входа»
Гальваническая развязка
Важнейшей задачей, которую решают рассматриваемые приборы, является гальваническая изоляция входных и выходных сигнальных цепей и цепей питания между собой.
Электрическая прочность изоляции ~1500 В, 50 Гц по всем сечениям, кроме «RS-485 – питание» (~1000 В).
Гальваническая изоляция двух токовых выходов между собой позволяет подключать потребителей сигналов, расположенных удаленно и находящихся под разными потенциалами.
Для обеспечения надежной и бесперебойной работы приборов в сети, интерфейс RS-485 у них также изолирован от остальных цепей.
Размещение
Концентрация сигналов в шкафах автоматики велика, поэтому сокращение размеров приборов является для НПФ КонтрАвт приоритетной задачей.
Ширина корпуса нормирующих преобразователей НПСИ-250-УВ1.2, НПСИ-500-УВ1.2 - 22,5 мм, ширина корпуса барьера искрозащиты KA5003Ex - 17,5 мм.
Как известно, плотному монтажу приборов с узком корпусе препятствует весьма существенное тепловыделение, которое происходит при формировании сигналов (4…20) мА, особенно при малых нагрузках. Именно для борьбы с этим явлением во всех модификациях барьера KA5003Ex реализован специальный механизм снижения тепловыделения внутри прибора при малых значениях сопротивлениях нагрузки.
Пользователь при конфигурировании с помощью программного обеспечения SetMaker может указать значение сопротивления используемой нагрузки. С учетом введенного значения прибор оптимизирует режим работы блока формирования выходного токового сигнала. В результате выделение тепла происходит на нагрузке, а не внутри прибора, исключая тем самым, перегрев его корпуса.
Таким образом, при правильном конфигурировании сопротивлений нагрузки токовых выходов возможен монтаж барьеров вплотную друг к другу во всем диапазоне температур эксплуатации, то есть до + 70 ℃.
Для нормирующих преобразователей НПСИ-250-УВ1.2 и НПСИ-500-УВ1.2, имеющих ширину корпуса 22,5 мм, проблема перегрева неактуальна.
Питание по шине и шинный соединитель
В некоторых модификациях приборов присутствует шинный соединитель. Сразу отметим, что в модификациях с поддержкой интерфейса RS-485, интерфейс RS-485 подключается исключительно по шине.
Наличие шинного соединителя дает возможность организовать питание группы приборов по шине питания 24 В. Если на одной DIN-рейке рядом располагается много приборов, то из соображений удобства их питание рекомендуется организовать именно по шине.
Рис.4. Пример организации группового питания барьеров искрозащиты по шине
Подача питания по шине значительно упрощает монтаж большого числа приборов. Есть два варианта организации группового питания по шине.
В первом варианте, питание подается на клеммы одного нормирующего преобразователя/барьера, а через него питание подается на шину и соответственно на другие преобразователи/барьеры. Таким способом можно запитать группу до 5 приборов.
Во втором варианте, питание нужно подать непосредственно на шину с помощью разъёмного клеммного соединителя Phoenix Contact МС1,5/5-ST-3,81. Так можно запитать до 30 преобразователей/барьеров любых модификаций.
Помимо организации питания по шине, с помощью нее также можно собрать групповой сигнал АВАРИЯ, который срабатывает при возникновении какой либо аварийной ситуации.
Обнаружение аварийных состояний
Приборы постоянно проводят диагностику и обнаруживают различные аварийные ситуации, например, обрыв соединительных линий датчиков, выход измеренного сигнала за допустимый диапазон, целостность параметров в энергонезависимой памяти и другие.
Обнаружение аварийной ситуации пользователь может наблюдать визуально на панели прибора.
Кроме того, токовые выходы принимают аварийные значения. Аварийные уровни задаются при конфигурировании, например, 22,5 мА.. Аварийное значение токового сигнала может быть зафиксировано измерительной системой и интерпретировано как авария.
Наконец, при возникновении аварийной ситуации формируется аварийный уровень выходного дискретного сигнала «Авария» на оптотранзисторе, который выводится на шинный соединитель
Параметры аварийной сигнализации конфигурируются пользователем при настройке прибора. В частности, можно задать какие именно аварийные события будут приводить к срабатыванию выхода «Авария».
Параметрическая сигнализация
В качестве дополнительной опции в приборах программно реализована параметрическая сигнализация (сигнализация при достижении выбранным измеряемым параметром заданного порога) с помощью внутреннего компаратора.
Возможные функции компаратора: больше, меньше, попадание в интервал, попадание вне интервала (см. Таблицу).
|
|
||
| Обратная функция (функция “Меньше”) с независимым заданием порогов срабатывания |
|
||
| Попадание в интервал (функция “В интервале”) с независимым заданием границ интервала и ширины зоны гистерезиса Δ |
|
||
|
|
Рис. 5. Таблица – Функции компараторов для параметрической сигнализации
Дополнительно для функций параметрической сигнализации могут быть также заданы задержка времени срабатывания (то есть времени, в течение которого должно сохраняться условие срабатывания сигнализации, чтобы она сработала) и режим отложенной сигнализации при включении.
В режиме отложенной сигнализации игнорируется первое условие срабатывания сигнализации после включения питания. Это позволяет исключить ненужное срабатывание сигнализации в процессе установления режимов работы оборудования после включения питания.
Подчеркнем еще раз, что функция компаратора реализуется программно.
Состояние компаратора всегда можно считать по интерфейсам. Если же возникает необходимость сформировать внешний сигнал сигнализации, то существует несколько вариантов.
Штатное решение - это использовать модификацию прибора с выходом сигнализации на электромеханическое реле или твердотельном реле. Данная возможность присутствует только у модификаций нормирующих преобразователей НПСИ-250-УВ1.2 и НПСИ-500-УВ1.2 с кодом “1С” в обозначении (например НПСИ-250-УВ1.2-1С-24-М). Если в обозначении модификации стоит 0С – выход сигнализации у нее отсутствует (например, НПСИ-250-УВ1.2-0С-24-М).
В барьерах KA5003Ex данный отдельный выход сигнализации отсутствует, и также отсутствует соответствующий ему светодиодный индикатор на передней панели прибора.
Однако, сигнал компаратора можно подать и на любой токовый выход, а также на выход Авария на шине. Это выполняется путем соответствующего конфигурирования. Конечно, штатное применение указанных выходов становится недоступным.
Таким образом, НПФ КонтрАвт позиционирует барьер искрозащиты KA5003Ex и нормирующие преобразователи НПСИ-250-УВ1.2 и НПСИ-500-УВ1.2 прежде всего как разветвители сигналов «1 в 2». Однако, некоторые модификации нормирующих преобразователей НПСИ-250-УВ1.2 и НПСИ-500-УВ1.2 дополнительно можно считать еще и сигнализаторами по уровню измеренного параметра.
При необходимости параметрическую сигнализацию можно вывести и в барьерах искрозащиты на выход Авария, а для обнаружения аварийных ситуаций использовать контроль аварийных уровней токовых выходов. Благодаря возможности конфигурирования рассматриваемых здесь приборов, пользователь может адаптировать их для решения широкого круга технических задач.