IS220PRTDH1A jest członkiem rodziny rozproszonych modułów we/wy stosowanych w systemach sterowania Mark VIe i Mark VIeS, zaprojektowanych specjalnie do akwizycji i przetwarzania sygnałów rezystancyjnego czujnika temperatury (RTD). Jest to zintegrowany komponent we/wy, który służy jako krytyczny interfejs pomiędzy czujnikami RTD a systemem sterowania wyższego poziomu, odpowiedzialny za przekształcanie zmian rezystancji RTD na bardzo precyzyjne cyfrowe wartości temperatury i przesyłanie ich do sterownika Mark VIe za pośrednictwem przemysłowej sieci Ethernet.
Podstawową funkcją tego modułu jest zapewnienie stabilnego, dokładnego i diagnostycznego rozwiązania wejściowego temperatury do sterowania procesami przemysłowymi, szczególnie w zastosowaniach wymagających monitorowania temperatury o wysokiej niezawodności, takich jak turbiny gazowe. IS220PRTDH1A zaprojektowano do stosowania w połączeniu z określonymi terminalami wejściowymi RTD (np. TRTDH1D, TRTDH2D, SRTD) w celu utworzenia kompletnego podsystemu akwizycji sygnału RTD.
2. Szczegółowy opis funkcjonalny
Możliwość odbioru sygnału
100 Ohm Platinum (PT100, różne standardy: SAMA, DIN, PURE, USIND)
200 omów platyna (PT200)
120 omów nikiel (N120)
10 omów, miedź (CU10)
Użytkownicy mogą wybrać odpowiedni typ czujnika RTD dla każdego kanału za pomocą oprogramowania konfiguracyjnego (ToolboxST), a moduł automatycznie wykonuje linearyzację i obliczenia temperatury.
Liczba kanałów: Każdy moduł IS220PRTDH1A może obsługiwać 8 niezależnych kanałów wejściowych RTD. Instalując dwa moduły PRTD na jednej listwie zaciskowej TRTD, system można rozszerzyć do obsługi 16 wejść RTD.
Obsługiwane typy RTD: Oprogramowanie modułu obsługuje wiele popularnych typów RTD, w tym:
Połączenie 3-przewodowe: Obsługuje 3-przewodowe połączenie RTD, które pomaga kompensować błędy pomiaru spowodowane rezystancją przewodu.
Interfejs elektryczny i komunikacja
Interfejs terminala przyłączeniowego: Moduł posiada na spodniej stronie złącze DC-37-pin, umożliwiające bezpośrednie połączenie wtykowe z odpowiednią listwą zaciskową czujnika RTD. Interfejs ten przesyła 8 sygnałów RTD, sygnał identyfikacyjny modułu i zasilanie.
Komunikacja sieciowa: Moduł posiada z boku dwa porty Ethernet RJ-45 (ENET1 i ENET2), obsługujące redundantne połączenia sieciowe. Jest to podstawowy kanał wymiany danych pomiędzy modułem a kontrolerem Mark VIe. Standardową praktyką jest podłączenie ENET1 do sieci powiązanej z kontrolerem R.
Wejście zasilania: 3-pinowe złącze zasilania z boku modułu służy do podłączenia zasilacza 28 V DC, który zasila zarówno sam moduł we/wy, jak i podłączoną do niego listwę zaciskową. Moduł posiada funkcję miękkiego startu, która pozwala kontrolować prąd rozruchowy podczas włączania zasilania.
Diagnostyka i wskazanie stanu
Ograniczenia sprzętowe: Kontrole opierają się na wstępnie ustawionych (niekonfigurowalnych) wysokich i niskich poziomach ustawionych w pobliżu końców zakresu roboczego dla każdego typu RTD. Jeśli limit zostanie przekroczony, ustawiany jest sygnał logiczny, a skanowanie tego wejścia zostaje zatrzymane, aby zapobiec wpływowi na inne kanały. Każde pojedyncze wejście przekraczające limit generuje złożony alarm diagnostyczny L3DIAG_PRTD odnoszący się do całej płytki.
Limity systemu: Kontrole opierają się na konfigurowalnych limitach wysokiej i niskiej temperatury. Można ich używać w kodzie aplikacji do generowania alarmów procesowych i można je skonfigurować tak, aby były włączane/wyłączane oraz blokowane/nieblokowane.
Autotest po włączeniu zasilania: sprawdza pamięć RAM, pamięć Flash, porty Ethernet i większość sprzętu procesora.
Ciągły monitoring wewnętrznych zasilaczy.
Weryfikuje informacje o identyfikatorze elektronicznym z listwy zaciskowej, płytki odbiorczej i płyty procesora, aby zapewnić dopasowanie zestawu sprzętu, a także sprawdza, czy załadowany kod aplikacji jest poprawny dla zestawu sprzętu.
Wskaźniki LED: Na panelu przednim modułu znajduje się zestaw wskaźników LED do diagnostyki wizualnej, w tym stanu procesora, stanu łącza sieciowego, stanu zasilania i sygnalizacji usterek.
Kompleksowa autodiagnostyka: Moduł wykonuje szereg funkcji autotestu:
Sprawdzanie ograniczeń sprzętowych i systemowych:
Automatyczne odzyskiwanie: posiada funkcję AutoReset , która automatycznie przywraca kanały RTD usunięte ze skanowania z powodu usterek (nie uszkodzeń sprzętu), z czasem odzyskiwania wynoszącym około 20 sekund lub można je przywrócić ręcznie.
3. Dogłębna analiza zasad działania
Zasada działania modułu IS220PRTDH1A obejmuje wiele etapów: pozyskiwanie sygnału analogowego, konwersję cyfrową, przetwarzanie danych i komunikację sieciową.
Wzbudzenie i przejęcie sygnału
W normalnym trybie skanowania 4 Hz (w przypadku tłumienia częstotliwości linii 50/60 Hz) co 250 milisekund (4 razy na sekundę) generowany jest impuls o długości 22 milisekund.
W trybie szybkiego skanowania 25 Hz (do specjalnych pomiarów przepływu powietrza) co 40 milisekund (25 razy na sekundę) generowany jest impuls o długości 4 milisekund.
Prąd wzbudzenia: Moduł dostarcza multipleksowany (nieciągły) prąd wzbudzenia 10 mA DC do każdego czujnika RTD. Prąd ten jest pulsacyjny, a jego czas trwania i częstotliwość różnią się w zależności od ustawień trybu skanowania modułu.
Izolacja elektryczna i ochrona: PRTDH1A zapewnia izolację galwaniczną obwodu wejściowego RTD. Obwód wzbudzenia działa na izolowanym zasilaniu prądem stałym ±15 V. Każdy terminal RTD jest wyposażony w bipolarne diody zaciskowe 15 V i kondensatory filtrujące 0,001 uF dla ochrony przed stanami przejściowymi. Poziomy prądu i napięcia są zgodne z wytycznymi IEC60079-11 dla gazów klasy IIC.
Pomiar napięcia: Moduł mierzy spadek napięcia na czujniku RTD wynikający z prądu wzbudzenia. Obsługiwany zakres napięcia wejściowego wynosi od około 0,069 V do 4,054 V, co odpowiada zakresowi rezystancji czujnika RTD od około 7 do 405 omów.
Konwersja i przetwarzanie sygnału
Tryb normalny: 4 razy na sekundę (odstęp 250 ms), próbkowanie każdego czujnika RTD przez 22 ms na cykl. Ten tryb skutecznie odrzuca zakłócenia częstotliwości sieciowej 50 Hz i 60 Hz.
Tryb szybki: 25 razy na sekundę (interwał 40 ms), próbkowanie każdego czujnika RTD przez 4 ms na cykl. Ten tryb zapewnia szybszą reakcję, ale eliminuje tłumienie częstotliwości linii.
Konwersja A/D: Pozyskane analogowe sygnały napięciowe są próbkowane przez przetwornik A/D o rozdzielczości 14 bitów w module.
Częstotliwość próbkowania:
Linearyzacja i obliczenia: Surowe dane z przetwornika A/D są przetwarzane przez procesor w module. Na podstawie parametru RTDType wybranego dla każdego kanału w ToolboxST, procesor wykonuje odpowiedni algorytm w celu linearyzacji wartości rezystancji na wartość temperatury (Celsjusza lub Fahrenheita). Ta linearyzacja oparta na oprogramowaniu zapewnia większą elastyczność.
Przetwarzanie danych i komunikacja
Przetworzone dane dotyczące temperatury, stanu kanału i informacji diagnostycznych są pakowane.
Za pośrednictwem procesora Board Product Pack (BPPB) i kontrolera Ethernet te pakiety danych są przesyłane przez port ENET1 lub ENET2 do wyznaczonej sieci przemysłowej Ethernet, ostatecznie docierając do kontrolera Mark VIe.
Moduł otrzymuje także polecenia i zapytania konfiguracyjne ze sterownika.
Współpraca z listwą zaciskową
IS220PRTDH1A musi współpracować z kompatybilną listwą zaciskową (np. TRTDH1D):
TRTDH1D: Zapewnia filtrowanie zgodne ze standardową szybkością skanowania PRTD. Zawiera układ tłumienia szumów, który chroni moduł przed przepięciami i szumami o wysokiej częstotliwości. Listwy zaciskowe z barierą w listwie zaciskowej ułatwiają okablowanie w miejscu instalacji i umożliwiają stosowanie kabli podwójnie ekranowanych. Wszystkie ekrany muszą być zakończone na listwie zaciskowej ekranu po stronie listwy zaciskowej, a nie na końcu czujnika.
Płyta zaciskowa dostarcza również informacje identyfikacyjne do modułu PRTD poprzez 37-pinowe złącze DC-37 w celu sprawdzenia systemu.
4. Instalacja i konfiguracja
Instalacja mechaniczna
IS220PRTDH1A wykorzystuje bezpośredni sposób montażu wtykowego. Jego dolne złącze DC-37 jest bezpośrednio dopasowane i podłączone do złącza JA1 (lub JA2) bezpiecznie zamontowanej listwy zaciskowej (np. TRTDH1D).
Użyj gwintowanych wkładek sąsiadujących z portami Ethernet i wspornikiem montażowym dostosowanym do płytki zaciskowej, aby mechanicznie zabezpieczyć moduł we/wy, upewniając się, że na 37-pinowe złącze DC-37 nie jest przykładana siła kątowa.
Połączenia elektryczne
Zasilanie: Podłącz zasilacz 28 V DC do 3-pinowego złącza zasilania z boku modułu.
Sieć: Podłącz co najmniej jeden kabel Ethernet (i drugi w celu zapewnienia nadmiarowości, w zależności od wymagań systemowych) do portów ENET1 (i ENET2).
Czujniki RTD: Trzy przewody (sygnał, wzbudzenie, powrót) czujników RTD są podłączone do odpowiednich zacisków bariery zgodnie z oznaczeniami na listwie zaciskowej (np. schemat połączeń dla TRTDH1D). Należy zastosować kabel podwójnie ekranowany, z ekranem uziemionym na końcu listwy zaciskowej.
Konfiguracja oprogramowania
Do skonfigurowania modułu należy użyć oprogramowania GE ToolboxST. Kluczowe parametry obejmują:
RTDType : Wybierz odpowiedni typ czujnika RTD lub ustaw opcję „Nieużywany” dla każdego kanału.
GroupRate : Wybierz częstotliwość skanowania i filtr częstotliwości linii (4 Hz/50 Hz, 4 Hz/60 Hz, 25 Hz).
RTDGain : Wybierz wzmocnienie czujnika, np. Gain_2_0 może być użyte dla większej dokładności, gdy rezystancja <190.
RTDUnit : Wybierz jednostkę temperatury (Celsjusz lub Fahrenheit). Uwaga: Zmiana tego parametru wpływa na wartość rzeczywistą wysyłaną do sterownika; zapewnić spójność z kodem aplikacji i ustawieniami HMI. Generalnie nie zaleca się arbitralnej zmiany tego ustawienia.
SysLimitEnable , SysLimitLatch , SysLimitType , SysLimit1/2 : Skonfiguruj alarmy limitów temperatury systemu.
AutoReset : Włącz lub wyłącz automatyczne przywracanie kanałów RTD.
5. Diagnostyka i specyficzne alarmy
Moduł IS220PRTDH1A zgłasza określone alarmy diagnostyczne, aby pomóc w szybkim rozwiązywaniu problemów:
Alarmy 32-39: RTD [ ] Napięcie poza zakresem - Surowe liczniki [ ]. Możliwa przyczyna: przerwa w okablowaniu RTD, wysoka impedancja, problem z podłączeniem do listwy zaciskowej, awaria RTD lub wewnętrzna usterka sprzętowa modułu.
Alarmy 64-71: RTD [ ] Prąd poza zakresem - Surowe liczniki [ ]. Możliwa przyczyna: problemy z okablowaniem lub czujnikiem RTD, problem z podłączeniem listwy zaciskowej, awaria źródła prądu wzbudzenia modułu lub awaria urządzenia pomiarowego.
Alarmy 96-103: RTD [ ] Rezystancja poza zakresem ([ ] Omy). Możliwa przyczyna: Nieprawidłowo skonfigurowany typ czujnika RTD lub wysokie wartości rezystancji spowodowane wysokim napięciem i/lub niskim prądem.
Alarm 128: Wartość zadana wewnętrzna poza zakresem – Obwód napięciowy. Wskazuje niepowodzenie wewnętrznych testów sprzętowych modułu, zwykle wymagające wymiany modułu.
Alarm 144: Wartość zadana wewnętrzna poza zakresem – Obwód prądowy. Wskazuje również wewnętrzną awarię sprzętową modułu wymagającą wymiany.
