Aplikační poznámka KMB AppNote 0002 BC REDIS, BC 235, MIO 4410, PWR 3. Revize dokumentu Datum vydání Seznam změn

Transkript

1 KMB systems, s. r. o. Dr. M. Horákové 559, Liberec 7, Česká republika Web: Aplikační poznámka KMB AppNote 0002 Použité komponenty BC REDIS, BC 235, MIO 4410, PWR 3 Modulární měřicí a řídicí systém Revize dokumentu Datum vydání Seznam změn První vydání BC REDIS remote terminal unit + - S D1D2D3D4 C A+ B- G Pt100 Digital Inputs RS-485 L1 N L2 L3 Display DC power analyzer BC 235 MIO 4410 Inteligent IO Module PWR 3 Power Supply PWR Digital Outputs X1 X2 D1 D2 C12 D3 D4 C Aktuální revizi tohoto dokumentu najdete na stránkách výrobce na adrese

2 Obsah 1 Použité komponenty BC REDIS BC MIO PWR Sestava modulárního měřicího systému 6 2

3 1 Použité komponenty Aplikační poznámka se zabývá sestavením prototypu modulárního měřicího systému z dílčích modulů firmy KMB systems s.r.o. Sestává se z: ˆ modulu vzdáleného displeje BC REDIS, ˆ modulu konfigurovatelné měřicí platformy s modulem komunikačních rozhraní BC 235, ˆ modulu procesních vstupů a výstupů MIO 4410 ˆ a modulu variantní napájecí jednotky PWR 3. Následuje stručný popis jednotlivých komponent. 1.1 BC REDIS BC REDIS remote terminal unit Display BC REDIS je univerzální vzdálený displej (dále terminál) pro monitoring přístrojů. Je určen pro instalaci do panelu. Je vybaven barevným LCD displejem. Základní konfiguraci přístroje lze provést přímo z klávesnice terminálu nebo aplikací ENVIS.Daq v PC prostřednictvím lokálního USB rozhraní. Pro připojení ke vzdáleným přístrojům lze použít komunikační rozhraní RS-485 nebo Ethernet. Charakteristické vlastnosti ˆ určen pro montáž do panelu rozváděče ˆ barevný LCD-TFT displej s úhlopříčkou 5,3 ˆ 5 kontextových tlačítek ˆ napájecí napětí 75 ö 500 V ST Ř ˆ 4 digitální vstupy/výstupy 24 V DC ˆ rozhraní USB pro přenos dat, nastavování přístroje a aktualizaci firmware ˆ rozhraní Ethernet a RS-485 pro připojení ke vzdáleným přístrojům ˆ vestavěný obvod reálného času se záložní baterií ˆ pamět pro záznam měřených dat a událostí s kapacitou 512 MB ˆ vestavěné čidlo teploty 3

4 1.2 BC 235 DC power analyzer BC 235 BC 235 je navržen pro vzdálený monitoring spotřeby energie a kvality napětí. Je určen pro instalaci na lištu a v základní verzi nedisponuje lokálním displejem. Tento koncept je vhodný pro široké spektrum aplikací v automatizaci budov i výrobních procesů, pro vzdálený dohled nad infrastrukturou a také pro automatické řízení zátěže. Přístroj není vybaven lokálními ovládacími prvky a nelze tudíž snadno zasahovat do jím vykonávaných funkcí zjednodušeně řečeno, neměl by upoutávat zvláštní pozornost laiků v snadno dostupných místech. Pro ochranu nastavení a sebraných dat je přístroje možné zamknout pomocí pinu. Vstupy a ýstupy lze snadno nastavit pro řízení jednoduchých kontrolních úloh. Pro spojení s nadřazeným systémem využívá komunikační linku RS-485, Ethernet nebo rozhraní USB. Přístroj měří tři napětí a pět proudů. Umožňuje měření střídavých a stejnosměrných napětí i proudů (pomocí externích hallových snímačů s výstupem X/4V). Charakteristické vlastnosti ˆ určen pro montáž na DIN lištu ˆ čtyřkvadrantní elektroměr dle požadavků PPDS ˆ možnost synchronizace času NMEA, PPS, PPM, ze sít ové frekvence ˆ modulární firmware - modul Power Quality, General Oscillogram, RCS/HDO, ModBus Master, Ethernet- Serial ˆ tři napět ové vstupy (L 1, L 2, L 3 ) měřené vůči střednímu vodiči N ˆ pět proudových vstupů (I 1, I 2, I 3, I 4, I 5 ) pro hallovy sondy schopné měřit atřídavé i stejnosměrné proudy ˆ čtyři digitální univerzální vstupy/výstupy ˆ vstup pro měření teploty externím snímačem Pt100 ˆ napájecí napětí 75 ö 275 V ST Ř ˆ 288 vzorků na periodu, kontinuální měření napět ových a proudových vstupů ˆ výpočet 128 složek harmonických napětí a proudů ˆ vyhodnocení všech běžně měřených jedno- a třífázových veličin jako např. výkony (činný, jalový, zdánlivý, deformační a fundamentální činný a jalový výkon), účiník, harmonické a THD proudů a napětí ˆ vestavěný obvod reálného času se záložní baterií ˆ pamět pro záznam měřených dat a událostí s kapacitou 512 MB 4

5 1.3 MIO S D1D2D3D4 C Pt100 Digital Inputs MIO 4410 Inteligent IO Module A+ B- G RS-485 PWR Digital Outputs X1 X2 D1 D2 C12 D3 D4 C34 MIO 4410 je modul vstupů a výstupů s konfigurovatelnou vnitřní logikou. Je určen pro instalaci na lištu a nedisponuje lokálním displejem. Tento koncept je vhodný pro široké spektrum aplikací v automatizaci budov i výrobních procesů, pro vzdálený dohled nad infrastrukturou a také pro automatické řízení zátěže ve spojení s modulárními měřicími přístroji KMB systems. Přístroj není vybaven lokálními ovládacími prvky a nelze tudíž snadno zasahovat do jím vykonávaných funkcí zjednodušeně řečeno, neměl by upoutávat zvláštní pozornost laiků v snadno dostupných místech. Pro ochranu nastavení je přístroj možné zamknout pomocí pinu. Vstupy a výstupy lze snadno nastavit pro řízení jednoduchých kontrolních úloh. Přístroj je vybaven čtveřicí digitálních vstupů, čtyřmi reléovými výstupy a vstupem pro připojení teploměru Pt100. Pro spojení s nadřazeným systémem využívá komunikační linku RS-485. Charakteristické vlastnosti ˆ určen pro montáž na DIN lištu ˆ čtyři unipolární digitální vstupy 12 ö 24 V se společnou svorkou galvanicky izolované od ostatních periferií 5 A se dvěma společnými svorkami galvanicky izolo- ˆ dvě dvojice reléových výstupů 30 V SS /250 V ST Ř vané od ostatních periferií ˆ vstup pro měření teploty externím snímačem Pt100 ˆ napájecí napětí 11 ö 28 V SS 1.4 PWR 3 L1 N L2 PWR 3 Power Supply L PWR 3 jsou zdroje určené pro napájení přístrojů s malým stejnosměrným napájecím napětím, pro vytvoření pomocného napájecího napětí pro pasivní digitální vstupy/výstupy nebo hallovy sondy. Zdroji PWR 3 je určen k připojení na třífázovou napájecí sít, přičemž pro správnou funkci stačí napájecí napětí mezi libovolnými dvěma vstupními svorkami. Napájecí napětí může být střídavé 40 Hz až 75 Hz nebo stejnosměrné. 5

6 Zdroje se vyznačují především rozsahem napájecího napětí. Mají charakteristiku U-I, z funkce stabilizace napětí plynule přejde do funkce proudového omezení (omezení maximálního výstupního proudu). Zdroje mají zabudovanou přepět ovou ochranu, jsou zkratuvzdorné, odolné proti odpojení zátěže, mají rovněž tepelnou ochranu a ochranu proti podpětí. Charakteristické vlastnosti ˆ dva vzájemně galvanicky oddělené výstupy s možností: paralelního spojení pro 2x vyšší výstupní proud nebo redundantní zapojení (vyšší spolehlivost, výpadky) sériové spojení pro 2x vyšší výstupní napětí sériové s vyvedeným středem pro vytvoření symetrického zdroje (+/-) napětí ˆ napájecí napětí fázové 3x 50 ö 300 V ST Ř respektive sdružené 3x 85 ö 520 V ST Ř ˆ volitelná varianta výstupního napětí 5 V, 12 V, 15 V, 24 V nebo 48 V ˆ volitelná výkonová varianta 6 W nebo 50 W 2 Sestava modulárního měřicího systému Na obrázku 1 je schema zapojení prototypu měřicího systému sloužícího pro demonstraci možností kombinace dílčích modulů. Systém demonstruje využití BC 235 k: ˆ měření napětí a proudů střídavé napájecí sítě, ˆ měření napětí a proudů stejnosměrné napájecí sítě, ˆ ovládání digitálních výstupů na základě naměřených dat. Dále napájecího zdroje PWR 3 k: ˆ napájení přístroje MIO 4410, ˆ napájení hallových snímačů, ˆ vytvoření pomocného napájecího napětí pro obvody digitálních vstupů a výstupů, ˆ napájení topného elementu, ˆ napájení ventilátoru. Přístroje MIO 4410 sloužícího k: ˆ jednoduché regulaci teploty pomocí spínání topného elementu a ventilátoru, ˆ měření teploty improvizovaného systému s dopravním zpožděním, ˆ přijímání ovládacích signálů na digitálních vstupech, které ovlivňují chování regulace. A nakonec přístroje BC REDIS sloužícího jako: ˆ vzdálený displej pro zobrazování stavových a měřených veličin systému, ˆ brána mezi ethernetovým portem a vnitřní sběrnicí RS-485, ˆ agregátor měřených dat do archivů (Modbus Master). 6

7 BC REDIS Display remote terminal unit DC power analyzer BC 235 L1 N L2 L3 PWR 3 Power Supply V -15V OUT I1 + - S Pt100 D1 D2D3 D4 C Digital Inputs A+ B- G RS-485 MIO 4410 Inteligent IO Module PWR Digital Outputs D3 X1 X2 D2 C12 D4 D1 C34 +15V -15V OUT N L Ethernet 485A 485B 485G N L +15V N L I1 I2 D1 D2 +15V 485A 485B 485G +15V -15V L N +15V R1 R2 +15V Pt100+ Pt100- Pt100- D1 D2 485A 485B 485G R2 Pt V Pt100+ R1 N L I2 T 0.5A Pt100 ϑ Obrázek 1: Schema zapojení. 7

8 Obrázek 2: Snímek obrazovky BC REDIS se sledováním měřených a stavových veličin. Obrázek 3: Snímek obrazovky webserveru BC REDIS se zobrazením aktuálních dat ModbusMaster. Celý demonstrační systém je napájen ze střídavé napájecí sítě přes pojistkový odpojovač. Sít ové napětí se využívá k napájení přístrojů BC REDIS, BC 235 a PWR 3. Přístroj MIO 4410 je napájen z kladné větve symetrického stejnosměrného napětí vytvořeného sériovým spojením dvou 15 V výstupů zdroje PWR 3. Symetrické napětí ±15 V je využito pro napájení hallových sond. Kladná větev +15 V je dále vložena do obvodu digitálních signálů D1 a D2 mezi přístroji BC 235 a MIO 4410, jejichž vstupy a výstupy jsou pasivní. Dále je z +15 V napájen přes réleový výstup R1 24 V ventilátor, který má díky tomu omezenou hlučnost a spotřebu. Réleový výstup R2 spíná topný element, který je zapojen mezi napájecí větve +15 V a 15 V. Efektivně je tedy připojován na napětí 30 V. Tím se lépe využije výkon zdroje PWR 3 a zatěžují se symetricky oba výstupy. S topným elementem tvořeným výkonovým 10 W keramickým rezistorem 560 Ω je tepelně svázán platinový snímač Pt100, který je dvouvodičově připojen na měřicí vstupy přístroje MIO Protože není využito třívodičové připojení, musí být propojeny svorky a S přímo na konektoru. Výstupy hallových snímačů jsou přivedeny na svorky S1 prvního a druhého proudového měřicího vstupu na přístroji BC 235. Svorky S2 jsou připojeny na střed symetrického stejnosměrného napájecího napětí označený. Kladná větev stejnosměrného napětí +15 V a signál jsou připojeny na svorky N a L1 napět ového konektoru přístroje BC 235. Díky tomu je možné měřit napětí na prvním výstupu zdroje PWR 3 a díky měření proudu kladnou napájecí větví hallovou sondou označenou I1 je měřen i stejnosměrný výkon na této napájecí větvi. Na svorky L2 a L3 je připojeno sít ové napájecí napětí. Díky tomu je možné měřit napětí střídavé napájecí sítě jako sdružené napětí U 23. Rovněž proud odebíraný ze střídavé napájecí sítě je měřen pomocí hallova snímače označeného I2. V tomto případě není možné přímo v přístroje měřit odebíraný výkon, ale je možné ho později vypočítat pomocí virtuálních veličin. Vzhledem k tomu, že vstupní impedance napět ových vstupů je vysoká (2 MΩ), galvanické propojení sít ového napětí se stejnosměrnou napájecí sítí neznamená, že by se stejnosměrné napájecí napětí stalo nebezpečným dotyku, protože je impedancí napět ových vstupů omezen dotykový proud. Je však nutné dodat, že mezi svorkami napět ových vstupů je pouze pracovní izolace pro 300 V CAT IV (5,5 mm pracovní izolace) a pro zajištění zesílené izolace mezi sít ovým napětím a stejnosměrným napětím je nutné demonstrační systém provozovat pouze v síti 300 V CAT II (3 mm zesílená izolace). Nakonec jsou všechny přístroje (kromě zdroje PWR 3) propojeny komunikační sběrnicí RS-485. Omezená délka sběrnice nevyžaduje aplikaci ukončovacích rezistorů i při využití vysokých rychlostí. 8

9 Obrázek 4: Snímek obrazovky aktuálních hodnot v softwaru ENVIS.Daq pro BC 235. Obrázek 5: Snímek obrazovky nastavení I/O v BC

10 Obrázek 6: Snímek obrazovky nastavení I/O v MIO Obrázek 7: Snímek obrazovky nastavení ModbusMaster v BC REDIS. 10

11 Obrázek 8: BC 235 Průběhy napětí, proudu a výkonu na střídavém napájecím napětí. Obrázek 9: BC 235 Průběhy napětí, proudu a výkonu na stejnosměrné větvi +15 V. 11

12 Obrázek 10: BC 235 Oscilogramy napětí a proudu na stejnosměrné větvi +15 V při zátěži topným elementem. Obrázek 11: BC 235 Oscilogramy napětí a proudu na stejnosměrné větvi +15 V při zátěži ventilátorem. 12

13 Obrázek 12: BC 235 Oscilogramu průběhu napětí a proudu střídavé napájecí sítě. Obrázek 13: MIO 4410 Průběh měřené teploty, stavu digitálních vstupů a výstupů. 13

14 Obrázek 14: Fotografie demonstračního systému. 14