Журнал «ИСУП» (Информатизация и системы управления в промышленности)
КИПиА, метрология, АСУ ТП, энергетика, АСКУЭ, промышленный интернет, контроллеры, экология, электротехника, автоматизации в промышленности, испытательные системы, промышленная безопасность

Разветвители сигналов температурных датчиков и потенциометров в два токовых сигнала (4…20) мА в Ех-исполнении

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.

НПФ «КонтрАвт», г. Нижний Новгород

KontrAvt_site.gif

скачать pdf >>

В предыдущей статье1 мы рассказали о недавно выпущенной научно-производственной фирмой «­Контр­Авт» группе приборов для работы с сигналами термопар, термометров сопротивления и потенциометрами: о нормирующих преобразователях НПСИ-250-УВ1, НПСИ-500-УВ1 и барьере искробезопасности KA5004Ex. Данные приборы преобразуют входной сигнал датчика в унифицированный токовый сигнал (4…20) мА, отдельные модификации выполняют функции параметрической сигнализации.

В этой статье мы продолжим рассказ и представим линейку приборов, преобразующих те же ви­ды входных сигналов, но отличающихся тем, что являются разветвителями 1 входного сигнала в 2 токовых сигнала (4…20) мА: это нормирующие преобразователи ­НПСИ-250-УВ1.2, ­НПСИ-500-УВ1.2 и барьер искробезопасности KA5003Ex.

Нормирующие преобразователи НПСИ-250-УВ1.2, ­НПСИ-500-УВ1.2, а также барьер искробезопасности KA5003Ex (рис. 1) имеют следующие общие конструктивные особенности:
- 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 снабжены интерфейсом 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;
- оснащены компактным корпусом (ширина барьера – 17,5 мм, 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 формированием выходного дискретного сигнала на электромагнитном или твердотельном реле (модификации).

Ris_1.jpg

Рис. 1. Внешний вид нормирующих измерительных преобразователей НПСИ-250-УВ1.2, НПСИ-500-УВ1.2 и барьера искробезопасности KA5003Ex

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 оснащены еще и интерфейсом RS-485.

Барьер искрозащиты KA5003Ex работает с те­ми же типами сигналов и дополнительно выполняет 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 %/°C).

Приборы подключаются по входу по четырехпроводной или трехпроводной 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 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).

Ris_2.png

Рис. 2. Cхемы подключения нормирующих преобразователей НПСИ-250-УВ1.2, НПСИ-500-УВ1.2 и барьера KA5003Ex

У некоторых модификаций всех рассматриваемых в статье 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 электромагнитном или твердотельном реле. У барьера KA5003Ex такого выхода нет.


Обмен данными по сети, конфигурирование

Все приборы 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. В частности, используя 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 (рис. 3). С его помощью можно не только конфигурировать прибор (выбрать тип и границы диапазона преобразования, настроить функции сигнализации и задать пороги срабатывания сигнализации, сформировать аварийные уровни выходного токового сигнала), но и быстро скопировать сохраненную конфигурацию в другие приборы, тем самым ускорив их настройку.

Ris_3_small.jpg

Рис. 3. Окно конфигуратора SetMaker: внешний вид вкладки «Параметры входа» (увеличить изображение)


Гальваническая развязка

Важнейшей задачей, которую решают рассматриваемые приборы, является гальваническая изоляция входных и выходных сигнальных цепей, а также 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 составляет 22,5 мм, ширина корпуса барьера искрозащиты KA5003Ex – 17,5 мм.

Как известно, плотному монтажу приборов с узким корпусом 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 сопротивления нагрузки.

При конфигурировании пользователь может с помощью программного обеспечения SetMaker 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, благодаря че­му исключен 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 °C.

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 барьеров 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).

Ris_4.png

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:
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;
питание нужно подать непосредственно на ши­ну с помощью разъемного 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, нарушение целостности параметров в энергонезависимой памяти и др.

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 приборах программно реализована параметрическая сигнализация (то есть сигнализация при достижении выбранным измеряемым параметром заданного порога) с помощью внутреннего компаратора. Возможные функции компаратора: больше, меньше, попадание в интервал, попадание вне интервала (табл. 1).

Таблица 1. Функции компараторов для параметрической сигнализации

Tab_1.png

Дополнительно для функций параметрической сигнализации могут быть также заданы задержка срабатывания и режим отложенной сигнализации при включении. Время задержки срабатывания – это время, в течение которого должно сохраняться условие срабатывания сигнализации, чтобы она сработала. 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 твердотельное 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, то выход сигнализации у прибора отсутствует (например, ­НПСИ-250-УВ1.2-0С-24-М).

В барьерах KA5003Ex данный отдельный выход сигнализации отсутствует, а также отсутствует соответствующий ему светодиодный индикатор на передней панели. 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.
____________________________________
1Костерин А.Г., Красницкий Н.В. Измерение и передача сигналов температурных датчиков и потенциометров по токовой петле (4…20) мА и по сети RS-485 // ИСУП. 2021. № 3.

Опубликовано_в журнале ИСУП № 6(96)_2021

А. Г. Костерин, генеральный директор,
Н. В. Красницкий, менеджер отдела маркетинга,
НПФ «КонтрАвт», г. Нижний Новгород,
e-mail: sales@contravt.ru,
тел.: +7 (831) 260-1308,
сайт: contravt.ru



Расходомеры ЭЛЕМЕР-РВ в исполнении для АЭС
Свидетельства об утверждении типа СИ, Ду 25…Ду 2000, срок службы 30 лет.
www.elemer.ru