L'IPC707 è un condizionatore di segnale ad alte prestazioni e altamente configurabile della linea di prodotti VM, progettato specificamente per l'uso con sensori piezoelettrici. La sua funzione principale è quella di convertire la carica in uscita dai sensori piezoelettrici in segnali standard di corrente o tensione, rendendolo adatto per sistemi di misurazione di vibrazioni e pressione, in particolare nelle applicazioni di monitoraggio della sicurezza industriale e di monitoraggio delle condizioni. L'IPC707 non solo offre eccellenti capacità di elaborazione del segnale, ma supporta anche varie funzioni di filtraggio e diagnostica, soddisfacendo i requisiti di elevata affidabilità in ambienti industriali complessi. Come sostituto aggiornato del modello IPC704, l'IPC707 dimostra miglioramenti significativi in termini di prestazioni, funzionalità e sicurezza.
Differenze chiave tra IPC707 e IPC704
| Caratteristica |
IPC707 |
IPC704 |
| Funzione diagnostica (BITE) |
SÌ. Monitora il sensore, il cavo e lo stato automatico. Emette codici di errore tramite polarizzazione CC. Supporta la sicurezza funzionale (SIL 2, PL c). |
NO. |
| Filtri |
Butterworth di 3° ordine. Pendenza HP e LP entrambe di ~60 dB/decade. Prestazioni superiori. |
HP: 4° ordine (~24 dB/ottava ≈80 dB/decade¹). LP: 2° ordine (~12 dB/ottava ≈40 dB/decade¹). |
| Intervallo di sensibilità di trasferimento |
Più ampio. Nessun integratore: 0,1-110; Con integratore: 981-98.100. |
Più stretto. Materiale standard: 0,1-10 / 981-98.100; Materiale GaPO₄: 0,1-50. |
| Immettere la gamma dinamica |
50.000 PC (<10kHz) / 25.000 PC (10-20kHz) |
100.000 PC |
| Consumo energetico |
20 mAmassimo |
25 mAmassimo |
| Connettori |
Morsetti a vite rimovibili, 4 contatti ingresso/4 uscita. |
Morsetti a vite fissi, 3 contatti di ingresso/3 di uscita. |
| Risposta di fase |
Indica esplicitamente lo sfasamento di 180° senza integratore, 270° con integratore. |
Stati lo stesso. |
| Certificazione antideflagrante |
Un sistema di certificazione più nuovo e più completo, copre la Zona 0 (Ex ia) e più regioni (ad esempio UKEX, EAEC RU). |
Sistema di certificazione relativamente più vecchio, il più alto è la Zona 1 (Ex ib). |
| Conformità e sicurezza |
Conforme esplicitamente a IEC 61508 SIL 2 e ISO 13849 PL c Cat 1. |
Certificazioni di sicurezza funzionale non evidenziate nella documentazione. |
| Posizionamento del prodotto |
Sostituzione aggiornata per IPC704, con prestazioni, funzionalità e sicurezza. |
Prodotto della generazione precedente. |
¹ Nota: la conversione da dB/ottava a dB/decade è approssimativa a scopo di confronto.
Caratteristiche e caratteristiche principali
1 Ampia compatibilità dei sensori
L'IPC707 è progettato per l'uso con gli accelerometri piezoelettrici della serie CAxxx e i sensori di pressione dinamica della serie CPxxx, essendo compatibile anche con altri sensori piezoelettrici con caratteristiche di uscita differenziali (simmetriche). Può interfacciarsi sia con sensori con messa a terra che con sensori isolati. Sebbene simile all'IPC704 sotto questo aspetto, l'IPC707 presenta requisiti più specifici e rigorosi per le caratteristiche elettriche di ingresso, soprattutto quando si utilizzano le sue funzioni diagnostiche.
2 Configurazione flessibile della funzione di trasferimento
da PC a μA: adatto per la trasmissione di segnali di corrente a lunga distanza (sistema a 2 fili)
da PC a mV: adatto per la trasmissione di segnali di tensione a breve distanza (sistema a 3 fili)
Integratore opzionale: converte i segnali di accelerazione in segnali di velocità, ampliando l'ambito dell'applicazione
L'IPC707 offre una gamma più ampia di sensibilità di trasferimento (senza integratore: da 0,1 a 110 μA/pC o mV/pC; con integratore: da 981 a 98.100 μA/pC·s o mV/pC·s) e fornisce più opzioni di valori standard rispetto a IPC704 (materiale standard: da 0,1 a 10; materiale GaPO₄: da 0,1 a 50).
3 filtri configurabili
Filtro passa-alto (HP): filtro Butterworth di 3° ordine con frequenze di taglio selezionabili da 0,5 Hz a 20 Hz (minimo 1 Hz con diagnostica abilitata), pendenza ~60 dB/decade
Filtro passa-basso (LP): filtro Butterworth di 3° ordine con frequenze di taglio selezionabili da 200 Hz a 20 kHz, pendenza ~60 dB/decade
I filtri possono essere configurati indipendentemente dalla funzione di trasferimento, consentendo agli utenti di personalizzarli in base alle effettive esigenze. Rispetto all'IPC704 (HP come 4° ordine 24 dB/ottava, LP come 2° ordine 12 dB/ottava), l'IPC707 è dotato di filtri di ordine superiore con caratteristiche di attenuazione più ripide per prestazioni di filtraggio migliorate.
4 Funzione diagnostica integrata (BITE) - Nuova caratteristica principale di IPC707
Monitora continuamente lo stato dei sensori, dei cavi e del condizionatore stesso
Indica lo stato del sistema attraverso i valori di polarizzazione CC dei segnali di uscita:
Uscita in corrente: normale a 13 mA, guasto sensore/cavo a 11 mA, guasto condizionatore a 10 mA
Uscita di tensione: normale a 8 V, guasto sensore/cavo a 6 V, guasto condizionatore a 5 V
Questa funzionalità rende l'IPC707 adatto per sistemi di sicurezza funzionale, conformi agli standard IEC 61508 SIL 2 e ISO 13849 PL c Cat 1. Questa è una funzionalità chiave assente nell'IPC704 e rappresenta uno dei vantaggi principali dell'IPC707.
5 idoneità per ambienti pericolosi
Disponibili in varie versioni certificate antideflagranti tra cui:
Ex ia: a sicurezza intrinseca, adatto per Zona 0/1/2
Ex ec/Ex nA: Sicurezza aumentata/antiscintilla, adatto per Zona 2
Le certificazioni coprono più regioni, tra cui Europa (ATEX), Internazionale (IECEx), Nord America (cCSAus), Corea del Sud, Regno Unito, Russia, Brasile e Cina. Mentre l'IPC704 offre anche versioni a prova di esplosione (Ex ib, Ex nA), il sistema di certificazione dell'IPC707 è più completo e aggiornato e copre più regioni e la più rigorosa Zona 0.
6 Progettazione meccanica e impiantistica
Custodia in alluminio stampato ad iniezione con grado di protezione IP40 (per uso interno). Il livello di protezione può essere migliorato utilizzando le custodie industriali ABA17x.
Supporta il montaggio a vite o il montaggio su guida DIN (adattatore MA130 opzionale, compatibile con IPC704).
I connettori con terminali a vite rimovibili (4 contatti di ingresso/4 contatti di uscita ciascuno) facilitano l'installazione e la manutenzione. L'IPC704 ha 3 terminali a vite fissi.
7 Caratteristiche Elettriche
Tensione di alimentazione: 18–30 VCC, tipicamente 24 VCC
Consumo energetico: max. 20 mA (IPC704: 25 mA)
Gamma dinamica di ingresso: fino a 50.000 pC (<10 kHz), leggermente più conservativa rispetto ai 100.000 pC di IPC704, ma ottimizzata per le alte frequenze (10-20 kHz) a 25.000 pC.
Segnali in uscita:
Uscita in corrente: ±5 mA di picco, impedenza >60 kΩ, corrente di riposo 12 o 13 mA (con diagnostica)
Uscita in tensione: ±5 V picco, impedenza <500 Ω, tensione di riposo 7,0 o 8,0 V (con diagnostica)
Principio di funzionamento dettagliato
La funzione principale dell'IPC707 è convertire il segnale di carica ad alta impedenza generato dai sensori piezoelettrici in segnali di tensione o corrente a bassa impedenza, condizionandoli per la trasmissione a lunga distanza ai sistemi di monitoraggio. La sua elaborazione del segnale segue una precisa catena elettronica:
1. Protezione ingresso e filtraggio RFI:
i segnali del sensore vengono trasmessi tramite cavi all'ingresso dell'IPC707. Innanzitutto, il segnale passa attraverso un filtro RFI della rete LC simmetrica. Questo filtro sopprime efficacemente le interferenze in radiofrequenza (RFI) e le interferenze elettromagnetiche (EMI) esterne, garantendo un elevato rapporto segnale-rumore per i circuiti successivi e impedendo al rumore ad alta frequenza di contaminare il segnale di carica debole. Ciò è fondamentale per una misurazione affidabile in ambienti industriali.
2. Amplificatore di carica differenziale:
il segnale filtrato viene immesso in un amplificatore di carica differenziale (simmetrico). Questo è il primo passo di conversione chiave nel condizionamento del segnale. La funzione principale dell'amplificatore di carica è convertire linearmente il segnale di carica (in picocoulomb, pC) prodotto dal sensore piezoelettrico in un segnale di tensione a bassa impedenza. Il design differenziale fornisce un eccellente rapporto di reiezione di modo comune (CMRR), sopprimendo efficacemente il rumore di modo comune (ad esempio, interferenza del loop di terra) introdotto nelle due linee di segnale durante la trasmissione, migliorando significativamente la qualità del segnale.
3. Condizionamento e filtraggio del segnale:
Il segnale di tensione proveniente dall'amplificatore di carica entra quindi nella fase di filtraggio configurabile.
Filtro passa-alto (HPF): si tratta di un filtro passa-alto Butterworth di 3° ordine utilizzato per rimuovere il rumore a bassa frequenza e i componenti di offset CC indesiderati dal segnale. La sua frequenza di taglio è configurabile da 0,5 Hz a 110 Hz. Ciò è molto efficace per isolare derive lente causate da vibrazioni della base o variazioni di temperatura, garantendo che il segnale di uscita contenga solo componenti di misurazione CA validi.
Integratore opzionale: se l'applicazione richiede la misurazione della velocità anziché dell'accelerazione, è possibile abilitare un circuito integratore. L'integratore integra matematicamente il segnale di accelerazione (tensione proporzionale all'accelerazione), emettendo un segnale di tensione proporzionale alla velocità.
Filtro passa-basso (LPF): segue un filtro passa-basso Butterworth di 3° ordine utilizzato per filtrare il rumore ad alta frequenza nel segnale e fornire anti-aliasing. La sua frequenza di taglio è configurabile da 200 Hz a 20.000 Hz. Ciò garantisce che la larghezza di banda del segnale di uscita sia limitata all'intervallo di frequenza di interesse, sia conforme al teorema di campionamento di Nyquist e prepari il segnale per la successiva elaborazione digitale.
4. Amplificazione e configurazione dello stadio di uscita:
il segnale filtrato viene inviato a uno stadio di amplificazione configurabile, dove il suo guadagno viene impostato in base alla sensibilità di trasferimento selezionata dall'utente. Infine, il segnale entra nello stadio di uscita configurabile:
Modalità di uscita di corrente (2 fili): lo stadio di uscita converte il segnale di tensione in un segnale di corrente (CA) a variazione dinamica sovrapposto a un bias di corrente continua statica (CC). L'intervallo di corrente dinamica è di ±5 mA di picco e la polarizzazione statica è generalmente di 12 mA. Quando la diagnostica è abilitata, questa polarizzazione statica viene modulata su 13 mA (normale), 11 mA (guasto sensore/cavo) o 10 mA (guasto condizionatore). Questo metodo di trasmissione di corrente è ideale per la trasmissione a lunga distanza (fino a 1 km) poiché è insensibile alla resistenza del cavo e ha forti capacità anti-interferenza.
Modalità di uscita in tensione (3 fili): lo stadio di uscita fornisce direttamente un segnale di tensione (CA) che varia dinamicamente sovrapposto a una tensione di polarizzazione statica in corrente continua (CC). L'intervallo di tensione dinamica è ±5 V di picco e la polarizzazione statica è tipicamente 7,0 V. Con la diagnostica abilitata, questa polarizzazione statica è modulata su 8,0 V (normale), 6,0 V (guasto sensore/cavo) o 5,0 V (guasto del condizionatore). La trasmissione della tensione è adatta per applicazioni a breve distanza.
5. Protezione e filtraggio dell'uscita:
prima che il segnale venga finalmente emesso, passa attraverso un altro filtro RFI della rete LC simmetrico, fornendo protezione finale per il segnale di uscita e impedendo che interferenze esterne compromettano l'integrità del segnale attraverso il cavo di uscita.
6. Principio della funzione diagnostica (BITE):
la funzione diagnostica dell'IPC707 è una delle principali caratteristiche. Il suo circuito diagnostico monitora continuamente le caratteristiche elettriche dell'intera catena di misura:
Monitoraggio del sensore e del cavo: monitora la resistenza di isolamento all'ingresso (deve essere >20 kΩ), la capacità del cavo (deve essere <15 nF), la resistenza in serie del cavo (limiti diversi in base al valore della capacità) e la resistenza del collegamento della schermatura (deve essere <100 mΩ).
Indicazione di guasto: quando un parametro supera l'intervallo preimpostato, il circuito diagnostico non interrompe il segnale di misurazione ma indica il tipo di guasto modificando la componente di polarizzazione CC del segnale di uscita. Il sistema di monitoraggio a monte (ad esempio VM600) può determinare in remoto e automaticamente lo stato di salute della catena di misurazione monitorando continuamente questo componente CC, emettendo allarmi tempestivi, consentendo così la manutenzione predittiva e soddisfacendo i requisiti di sicurezza funzionale.
7. Gestione energetica:
l'intero circuito è alimentato da un alimentatore esterno da 18-30 V CC, con circuiti interni che lo stabilizzano alla tensione operativa richiesta. Nelle applicazioni legate alla sicurezza, l'alimentatore deve avere un isolamento sicuro e un limite di tensione di 40 V CC.
Aree di applicazione
Sistemi di monitoraggio delle vibrazioni: per la misurazione delle vibrazioni e la protezione di macchinari rotanti (ad esempio turbine, compressori, pompe).
Sistemi di monitoraggio della pressione: adatti per la misurazione della pressione dinamica, come pressione di combustione, impulsi idraulici.
Sistemi di sicurezza funzionale: grazie alle sue funzioni diagnostiche, l'IPC707 può essere utilizzato in circuiti di controllo legati alla sicurezza, conformi agli standard SIL 2 e PL c. Questa è un'applicazione che l'IPC704 non può soddisfare direttamente.
Monitoraggio delle condizioni e manutenzione predittiva: migliora l'affidabilità del sistema e l'efficienza della manutenzione attraverso la diagnostica in tempo reale.
