IPC707 عبارة عن مكيف إشارة عالي الأداء وقابل للتكوين بدرجة عالية من خط إنتاج VM، وهو مصمم خصيصًا للاستخدام مع أجهزة الاستشعار الكهرضغطية. وتتمثل وظيفتها الأساسية في تحويل خرج الشحنة من أجهزة الاستشعار الكهرضغطية إلى إشارات تيار أو جهد قياسية، مما يجعلها مناسبة لأنظمة قياس الاهتزاز والضغط، خاصة في تطبيقات مراقبة السلامة الصناعية ومراقبة الحالة. لا يوفر IPC707 إمكانات معالجة إشارات ممتازة فحسب، بل يدعم أيضًا وظائف التصفية والتشخيص المتنوعة، مما يلبي متطلبات الموثوقية العالية في البيئات الصناعية المعقدة. كبديل مطور لطراز IPC704، يُظهر IPC707 تحسينات كبيرة في الأداء والوظيفة والسلامة.
الاختلافات الرئيسية بين IPC707 وIPC704
| ميزة |
IPC707 |
IPC704 |
| وظيفة التشخيص (BITE) |
نعم. يراقب المستشعر والكابل والحالة الذاتية. إخراج رموز الخطأ عبر انحياز التيار المستمر. يدعم السلامة الوظيفية (SIL 2, PL c). |
لا. |
| المرشحات |
الدرجة الثالثة بتروورث. يبلغ ميل كل من HP وLP حوالي 60 ديسيبل/عقد. أداء متفوق. |
HP: الترتيب الرابع (~24 ديسيبل/أوكتاف ≈80 ديسيبل/عقد¹). LP: الترتيب الثاني (~12 ديسيبل/أوكتاف ≈40 ديسيبل/عقد¹). |
| نطاق حساسية النقل |
أوسع. لا يوجد تكامل: 0.1-110؛ مع المتكامل: 981-98,100. |
أضيق. المواد القياسية: 0.1-10 / 981-98,100؛ مادة GaPO₄: 0.1-50. |
| إدخال النطاق الديناميكي |
50,000 قطعة مئوية (<10 كيلو هرتز) / 25,000 قطعة مئوية (10-20 كيلو هرتز) |
100000 جهاز كمبيوتر |
| استهلاك الطاقة |
20 مللي أمبير كحد أقصى |
25 مللي أمبير كحد أقصى |
| موصلات |
أطراف برغي قابلة للإزالة، 4 جهات اتصال للإدخال/4 للإخراج. |
محطات المسمار الثابتة، 3 اتصالات الإدخال/3 الإخراج. |
| استجابة المرحلة |
ينص بوضوح على إزاحة الطور بمقدار 180 درجة بدون التكامل، و270 درجة مع التكامل. |
تنص على نفس الشيء. |
| شهادة مقاومة للانفجار |
نظام إصدار أحدث وأكثر شمولاً لإصدار الشهادات يغطي المنطقة 0 (Ex ia) والمزيد من المناطق (مثل UKEX وEAEC RU). |
نظام إصدار الشهادات أقدم نسبيًا، والأعلى هو المنطقة 1 (Ex ib). |
| الامتثال والسلامة |
يتوافق بشكل صريح مع IEC 61508 SIL 2 وISO 13849 PL c Cat 1. |
شهادات السلامة الوظيفية لم يتم التأكيد عليها في الوثائق. |
| تحديد موضع المنتج |
بديل مطور لـ IPC704، مع الأداء والوظيفة والسلامة. |
منتج الجيل السابق. |
¹ ملاحظة: يعتبر تحويل ديسيبل/أوكتاف إلى ديسيبل/عقد تقريبيًا للمقارنة.
الميزات والخصائص الرئيسية
1 توافق أجهزة الاستشعار واسعة النطاق
تم تصميم IPC707 للاستخدام مع أجهزة قياس التسارع الكهرضغطية من سلسلة CAxxx وأجهزة استشعار الضغط الديناميكي من سلسلة CPxxx، في حين أنه متوافق أيضًا مع أجهزة الاستشعار الكهرضغطية الأخرى التي تتميز بخصائص الإخراج التفاضلية (المتماثلة). يمكن أن تتفاعل مع كل من أجهزة الاستشعار المؤرضة والمعزولة. على الرغم من تشابهه مع IPC704 في هذا الجانب، إلا أن IPC707 لديه متطلبات أكثر تحديدًا وصرامة فيما يتعلق بالخصائص الكهربائية للإدخال، خاصة عند استخدام وظائفه التشخيصية.
2 تكوين وظيفة نقل مرنة
pC إلى μA: مناسب لنقل الإشارات الحالية لمسافات طويلة (نظام ثنائي الأسلاك)
PC إلى mV: مناسب لنقل إشارة الجهد لمسافات قصيرة (نظام 3 أسلاك)
التكامل الاختياري: يحول إشارات التسارع إلى إشارات السرعة، مما يؤدي إلى توسيع نطاق التطبيق
يوفر IPC707 نطاقًا أوسع من حساسية النقل (بدون التكامل: 0.1 إلى 110 μA/pC أو mV/pC؛ مع التكامل: 981 إلى 98,100 μA/pC·s أو mV/pC·s) ويوفر المزيد من خيارات القيمة القياسية مقارنةً بـ IPC704 (المادة القياسية: 0.1 إلى 10؛ مادة GaPO₄: 0.1 إلى 50).
3 مرشحات شكلي
مرشح الترددات العالية (HP): مرشح بتروورث من الدرجة الثالثة مع ترددات قطع قابلة للتحديد من 0.5 هرتز إلى 20 هرتز (الحد الأدنى 1 هرتز عند تمكين التشخيص)، المنحدر ~ 60 ديسيبل/عقد
مرشح الترددات المنخفضة (LP): مرشح بتروورث من الدرجة الثالثة مع ترددات قطع قابلة للتحديد من 200 هرتز إلى 20 كيلو هرتز، المنحدر ~ 60 ديسيبل / عقد
يمكن تكوين المرشحات بشكل مستقل عن وظيفة النقل، مما يسمح للمستخدمين بالتخصيص وفقًا للاحتياجات الفعلية. بالمقارنة مع IPC704 (HP في المرتبة الرابعة 24 ديسيبل/أوكتاف، LP في المرتبة الثانية 12 ديسيبل/أوكتاف)، يتميز IPC707 بمرشحات ذات ترتيب أعلى مع خصائص انحدار أكثر انحدارًا لتحسين أداء الترشيح.
4 وظائف تشخيصية مدمجة (BITE) - الميزة الأساسية الجديدة لـ IPC707
يراقب باستمرار حالة أجهزة الاستشعار والكابلات والمكيف نفسه
يشير إلى حالة النظام من خلال قيم انحياز التيار المستمر لإشارات الخرج:
هذه الوظيفة تجعل IPC707 مناسبًا لأنظمة السلامة الوظيفية، ويتوافق مع معايير IEC 61508 SIL 2 وISO 13849 PL c Cat 1. وهذه وظيفة رئيسية غائبة في IPC704 وتمثل إحدى المزايا الأساسية لـ IPC707.
5 الملاءمة للبيئات الخطرة
متوفر في إصدارات مختلفة معتمدة مقاومة للانفجار بما في ذلك:
تغطي الشهادات مناطق متعددة بما في ذلك أوروبا (ATEX)، والدولية (IECEx)، وأمريكا الشمالية (cCSAus)، وكوريا الجنوبية، والمملكة المتحدة، وروسيا، والبرازيل، والصين. في حين أن IPC704 يقدم أيضًا إصدارات مقاومة للانفجار (Ex ib، Ex nA)، فإن نظام اعتماد IPC707 أكثر شمولاً وحداثة، ويغطي المزيد من المناطق والمنطقة 0 الأكثر صرامة.
6 التصميم الميكانيكي والتركيب
غلاف مصنوع من الألومنيوم المصبوب بالحقن مع تصنيف حماية IP40 (للاستخدام الداخلي). يمكن تعزيز مستوى الحماية باستخدام العلب الصناعية ABA17x.
يدعم التثبيت اللولبي أو تركيب سكة DIN (محول MA130 اختياري، متوافق مع IPC704).
تعمل الموصلات الطرفية اللولبية القابلة للإزالة (4 جهات اتصال للإدخال / 4 نقاط اتصال للإخراج) على تسهيل التثبيت والصيانة. يحتوي IPC704 على 3 أطراف لولبية ثابتة.
7 الخصائص الكهربائية
جهد الإمداد: 18-30 فولت تيار مستمر، عادةً 24 فولت تيار مستمر
استهلاك الطاقة: ماكس. 20 مللي أمبير (IPC704: 25 مللي أمبير)
النطاق الديناميكي للإدخال: ما يصل إلى 50000 بي سي (<10 كيلو هرتز)، أكثر تحفظًا قليلاً من النطاق IPC704 الذي يبلغ 100000 بي سي، ولكنه مُحسّن للترددات العالية (10-20 كيلو هرتز) عند 25000 بي سي.
إشارات الإخراج:
مبدأ العمل التفصيلي
وتتمثل الوظيفة الأساسية لـ IPC707 في تحويل إشارة الشحن ذات المعاوقة العالية الناتجة عن أجهزة الاستشعار الكهرضغطية إلى إشارات جهد أو تيار منخفضة المعاوقة، وتكييفها للنقل لمسافات طويلة إلى أنظمة المراقبة. تتبع معالجة الإشارات سلسلة إلكترونية دقيقة:
1. حماية الإدخال وتصفية RFI:
يتم إرسال إشارات الاستشعار عبر الكابلات إلى مدخل IPC707. أولاً، تمر الإشارة عبر مرشح RFI لشبكة LC المتماثل. يمنع هذا الفلتر بشكل فعال تداخل تردد الراديو الخارجي (RFI) والتداخل الكهرومغناطيسي (EMI)، مما يضمن نسبة إشارة إلى ضوضاء عالية للدوائر اللاحقة ويمنع الضوضاء عالية التردد من تلويث إشارة الشحن الضعيفة. وهذا أمر بالغ الأهمية لقياس موثوق في البيئات الصناعية.
2. مضخم الشحن التفاضلي:
يتم تغذية الإشارة المفلترة إلى مضخم الشحن التفاضلي (المتماثل). هذه هي خطوة التحويل الرئيسية الأولى في تكييف الإشارة. تتمثل الوظيفة الأساسية لمضخم الشحن في تحويل إشارة الشحن (في البيكوكولوم، pC) خطيًا التي ينتجها المستشعر الكهرضغطي إلى إشارة جهد منخفضة المعاوقة. يوفر التصميم التفاضلي نسبة رفض ممتازة للوضع المشترك (CMRR)، مما يؤدي بشكل فعال إلى منع ضوضاء الوضع المشترك (على سبيل المثال، تداخل الحلقة الأرضية) التي يتم إدخالها في خطي الإشارة أثناء الإرسال، مما يحسن جودة الإشارة بشكل كبير.
3. تكييف وتصفية الإشارة:
تدخل إشارة الجهد الصادرة من مضخم الشحن مرحلة الترشيح القابلة للتكوين.
مرشح التمرير العالي (HPF): هذا هو مرشح التردد العالي من الدرجة الثالثة من بتروورث يستخدم لإزالة الضوضاء منخفضة التردد ومكونات إزاحة التيار المستمر غير المرغوب فيها من الإشارة. تردد القطع قابل للتكوين من 0.5 هرتز إلى 110 هرتز. وهذا فعال جدًا لعزل الانجرافات البطيئة الناتجة عن اهتزاز القاعدة أو تغيرات درجة الحرارة، مما يضمن أن إشارة الخرج تحتوي فقط على مكونات قياس تيار متردد صالحة.
مُدمج اختياري: إذا كان التطبيق يتطلب قياس السرعة بدلاً من التسارع، فيمكن تمكين دائرة التكامل. يقوم جهاز التكامل بدمج إشارة التسارع رياضيًا (الجهد المتناسب مع التسارع)، مما يؤدي إلى إخراج إشارة الجهد المتناسب مع السرعة.
مرشح الترددات المنخفضة (LPF): يتبع ذلك مرشح الترددات المنخفضة من الدرجة الثالثة من بتروورث يستخدم لتصفية الضوضاء عالية التردد في الإشارة وتوفير تنعيم. تردد القطع الخاص به قابل للتكوين من 200 هرتز إلى 20000 هرتز. وهذا يضمن أن عرض النطاق الترددي لإشارة الخرج يقتصر على نطاق التردد محل الاهتمام، ويتوافق مع نظرية أخذ العينات نيكويست، ويجهز الإشارة للمعالجة الرقمية اللاحقة.
4. تضخيم وتكوين مرحلة الإخراج:
يتم إرسال الإشارة المفلترة إلى مرحلة تضخيم قابلة للتكوين، حيث يتم ضبط كسبها وفقًا لحساسية النقل التي يحددها المستخدم. وأخيرًا، تدخل الإشارة مرحلة الإخراج القابلة للتكوين:
وضع الإخراج الحالي (سلكين): تقوم مرحلة الإخراج بتحويل إشارة الجهد إلى إشارة تيار متغيرة ديناميكيًا (AC) متراكبة على انحياز تيار مباشر ثابت (DC). نطاق التيار الديناميكي هو الذروة ± 5 مللي أمبير، والتحيز الثابت عادة ما يكون 12 مللي أمبير. عند تمكين التشخيص، يتم تعديل هذا الانحياز الثابت إلى 13 مللي أمبير (عادي)، أو 11 مللي أمبير (خطأ في المستشعر/الكابل)، أو 10 مللي أمبير (خطأ في مكيف الهواء). تعتبر طريقة النقل الحالية مثالية للإرسال لمسافات طويلة (تصل إلى 1 كم) لأنها غير حساسة لمقاومة الكابلات وتتمتع بقدرات قوية ضد التداخل.
وضع إخراج الجهد (3 أسلاك): توفر مرحلة الإخراج مباشرة إشارة جهد متغيرة ديناميكيًا (AC) متراكبة على جهد متحيز للتيار المباشر الثابت (DC). يبلغ نطاق الجهد الديناميكي ذروة ±5 فولت، ويكون الانحياز الثابت عادةً 7.0 فولت. مع تمكين التشخيص، يتم تعديل هذا الانحياز الثابت إلى 8.0 فولت (عادي)، أو 6.0 فولت (خطأ في المستشعر/الكابل)، أو 5.0 فولت (خطأ في مكيف الهواء). نقل الجهد مناسب لتطبيقات المسافات القصيرة.
5. حماية الإخراج والتصفية:
قبل أن يتم إخراج الإشارة أخيرًا، فإنها تمر عبر مرشح RFI لشبكة LC متماثل آخر، مما يوفر الحماية النهائية لإشارة الإخراج ويمنع التداخل الخارجي من التأثير على سلامة الإشارة من خلال كابل الإخراج.
6. مبدأ وظيفة التشخيص (BITE):
تعد الوظيفة التشخيصية لجهاز IPC707 من أهم الميزات. تقوم دائرتها التشخيصية بمراقبة الخصائص الكهربائية لسلسلة القياس بأكملها بشكل مستمر:
مراقبة المستشعر والكابل: يراقب مقاومة العزل عند الإدخال (يجب أن تكون > 20 كيلو أوم)، وسعة الكابل (يجب أن تكون أقل من 15 نانومتر)، ومقاومة سلسلة الكابل (حدود مختلفة تعتمد على قيمة السعة)، ومقاومة اتصال الدرع (يجب أن تكون <100 متر أوم).
إشارة الخطأ: عندما تتجاوز أي معلمة النطاق المحدد مسبقًا، لا تقاطع دائرة التشخيص إشارة القياس ولكنها تشير إلى نوع الخطأ عن طريق تغيير مكون انحياز التيار المستمر لإشارة الخرج. يمكن لنظام المراقبة الأولية (على سبيل المثال، VM600) تحديد الحالة الصحية لسلسلة القياس عن بعد وتلقائيًا من خلال المراقبة المستمرة لمكون التيار المستمر هذا، وإصدار الإنذارات في الوقت المناسب، وبالتالي تمكين الصيانة التنبؤية وتلبية متطلبات السلامة الوظيفية.
7. إدارة الطاقة:
يتم تشغيل الدائرة بأكملها بواسطة مصدر طاقة خارجي 18-30 فولت تيار مستمر، مع دوائر داخلية تعمل على تثبيتها على جهد التشغيل المطلوب. في التطبيقات المتعلقة بالسلامة، يجب أن يتمتع مصدر الطاقة بعزل آمن وحد جهد يبلغ 40VDC.
مجالات التطبيق
أنظمة مراقبة الاهتزاز: لقياس الاهتزاز وحماية الآلات الدوارة (مثل التوربينات والضواغط والمضخات).
أنظمة مراقبة الضغط: مناسبة لقياس الضغط الديناميكي مثل ضغط الاحتراق والنبضات الهيدروليكية.
أنظمة السلامة الوظيفية: بفضل وظائفه التشخيصية، يمكن استخدام IPC707 في حلقات التحكم المتعلقة بالسلامة، بما يتوافق مع معايير SIL 2 وPL c. وهذا تطبيق لا يستطيع IPC704 تحقيقه بشكل مباشر.
مراقبة الحالة والصيانة التنبؤية: يعزز موثوقية النظام وكفاءة الصيانة من خلال التشخيص في الوقت الحقيقي.
