IPC707 — это высокопроизводительный преобразователь сигналов с широкими возможностями настройки из линейки продуктов VM, специально разработанный для использования с пьезоэлектрическими датчиками. Его основной функцией является преобразование выходного заряда пьезоэлектрических датчиков в стандартные сигналы тока или напряжения, что делает его пригодным для систем измерения вибрации и давления, особенно в приложениях мониторинга промышленной безопасности и мониторинга состояния. IPC707 не только предлагает превосходные возможности обработки сигналов, но также поддерживает различные функции фильтрации и диагностики, отвечая высоким требованиям надежности в сложных промышленных условиях. Являясь модернизированной заменой модели IPC704, IPC707 демонстрирует значительные улучшения в производительности, функциональности и безопасности.
Ключевые различия между IPC707 и IPC704
| Функция |
IPC707 |
IPC704 |
| Диагностическая функция (УКУС) |
Да. Контролирует датчик, кабель и самосостояние. Выводит коды неисправностей через смещение постоянного тока. Поддерживает функциональную безопасность (SIL 2, PL c). |
Нет. |
| Фильтры |
Баттерворт 3-го порядка. Наклон HP и LP ~60 дБ/декада. Превосходная производительность. |
HP: 4-й порядок (~24 дБ/октава ≈80 дБ/декада¹). LP: 2-й порядок (~12 дБ/октава ≈40 дБ/декада¹). |
| Диапазон чувствительности передачи |
Шире. Без интегратора: 0,1-110; С интегратором: 981-98100. |
Уже. Стандартный материал: 0,1-10/981-98100; Материал GaPO₄: 0,1-50. |
| Входной динамический диапазон |
50 000 пКл (<10 кГц) / 25 000 пКл (10–20 кГц) |
100 000 ПК |
| Потребляемая мощность |
20 мА макс. |
25 мА макс. |
| Разъемы |
Съемные винтовые клеммы, 4 входных/4 выходных контакта. |
Фиксированные винтовые клеммы, 3 входных/3 выходных контакта. |
| Фазовый отклик |
Явно указано смещение фазы на 180° без интегратора и на 270° с интегратором. |
Заявляет то же самое. |
| Сертификация взрывобезопасности |
Новая, более комплексная система сертификации охватывает зону 0 (Ex ia) и другие регионы (например, UKEX, EAEC RU). |
Относительно старая система сертификации, самой высокой является зона 1 (Ex ib). |
| Соответствие требованиям и безопасность |
Полностью соответствует IEC 61508 SIL 2 и ISO 13849 PL c Cat 1. |
Сертификаты функциональной безопасности не указаны в документации. |
| Позиционирование продукта |
Модернизированная замена IPC704, обеспечивающая производительность, функциональность и безопасность. |
Продукт предыдущего поколения. |
¹ Примечание. Для сравнения преобразование дБ/октава в дБ/декада является приблизительным.
Ключевые особенности и характеристики
1. Расширенная совместимость датчиков
IPC707 предназначен для использования с пьезоэлектрическими акселерометрами серии CAxxx и датчиками динамического давления серии CPxxx, а также совместим с другими пьезоэлектрическими датчиками, имеющими дифференциальные (симметричные) выходные характеристики. Он может взаимодействовать как с заземленными, так и с изолированными датчиками. Хотя в этом отношении IPC707 похож на IPC704, он предъявляет более конкретные и строгие требования к входным электрическим характеристикам, особенно при использовании его диагностических функций.
2 Гибкая конфигурация передаточной функции
от ПК до мкА: подходит для передачи токового сигнала на большие расстояния (2-проводная система).
ПК в мВ: подходит для передачи сигнала напряжения на короткие расстояния (3-проводная система).
Дополнительный интегратор: преобразует сигналы ускорения в сигналы скорости, расширяя область применения.
IPC707 предлагает более широкий диапазон чувствительности передачи (без интегратора: от 0,1 до 110 мкА/пКл или мВ/пКл; с интегратором: от 981 до 98 100 мкА/пКл·с или мВ/пКл·с) и предоставляет больше вариантов стандартных значений по сравнению с IPC704 (стандартный материал: от 0,1 до 10; материал GaPO₄: от 0,1 до 50).
3 настраиваемых фильтра
Фильтр верхних частот (HP): фильтр Баттерворта 3-го порядка с выбираемыми частотами среза от 0,5 Гц до 20 Гц (минимум 1 Гц при включенной диагностике), наклон ~60 дБ/декада
Фильтр нижних частот (LP): фильтр Баттерворта 3-го порядка с выбираемыми частотами среза от 200 Гц до 20 кГц, наклон ~60 дБ/декада.
Фильтры можно настроить независимо от функции передачи, что позволяет пользователям настраивать их в соответствии с фактическими потребностями. По сравнению с IPC704 (HP — 24 дБ/октава четвертого порядка, LP — 12 дБ/октава 2-го порядка), IPC707 оснащен фильтрами более высокого порядка с более крутыми характеристиками спада для улучшения характеристик фильтрации.
4 Встроенная функция диагностики (BITE) — новая основная функция IPC707
Постоянно контролирует состояние датчиков, кабелей и самого кондиционера.
Указывает состояние системы посредством значений смещения постоянного тока выходных сигналов:
Токовый выход: нормальный при 13 мА, неисправность датчика/кабеля при 11 мА, неисправность преобразователя при 10 мА.
Выходное напряжение: нормальное при 8 В, неисправность датчика/кабеля при 6 В, неисправность преобразователя при 5 В.
Эта функциональность делает IPC707 подходящим для систем функциональной безопасности, соответствующих стандартам IEC 61508 SIL 2 и ISO 13849 PL c Cat 1. Это ключевая функция, отсутствующая в IPC704, которая представляет собой одно из основных преимуществ IPC707.
5 пригодность для опасных сред
Доступны различные сертифицированные взрывозащищенные версии, включая:
Ex ia: Искробезопасный, подходит для зоны 0/1/2.
Ex ec/Ex nA: повышенная безопасность, отсутствие искр, подходит для зоны 2.
Сертификаты охватывают несколько регионов, включая Европу (ATEX), международный (IECEx), Северную Америку (cCSAus), Южную Корею, Великобританию, Россию, Бразилию и Китай. Хотя IPC704 также предлагает взрывозащищенные версии (Ex ib, Ex nA), система сертификации IPC707 является более полной и современной, охватывая больше регионов и более строгую зону 0.
6 Механическое и монтажное проектирование
Корпус из литого алюминия со степенью защиты IP40 (для использования внутри помещений). Уровень защиты можно повысить, используя промышленные корпуса ABA17x.
Поддерживается монтаж на винтах или на DIN-рейке (дополнительный адаптер MA130, совместимый с IPC704).
Съемные разъемы с винтовыми клеммами (по 4 входных/4 выходных контакта каждый) облегчают установку и обслуживание. IPC704 имеет 3 фиксированные винтовые клеммы.
7 Электрические характеристики
Напряжение питания: 18–30 В постоянного тока, обычно 24 В постоянного тока.
Потребляемая мощность: Макс. 20 мА (IPC704: 25 мА)
Входной динамический диапазон: до 50 000 пКл (<10 кГц), немного более консервативно, чем 100 000 пКл IPC704, но оптимизирован для высоких частот (10–20 кГц) при 25 000 пКл.
Выходные сигналы:
Токовый выход: пиковое ±5 мА, полное сопротивление >60 кОм, ток покоя 12 или 13 мА (с диагностикой)
Выходное напряжение: пиковое ±5 В, полное сопротивление <500 Ом, напряжение покоя 7,0 или 8,0 В (с диагностикой)
Подробный принцип работы
Основная функция IPC707 заключается в преобразовании сигнала заряда с высоким импедансом, генерируемого пьезоэлектрическими датчиками, в сигналы напряжения или тока с низким импедансом, подготавливая их для передачи на большие расстояния в системы мониторинга. Его обработка сигналов происходит по точной электронной цепочке:
1. Защита входа и фильтрация радиочастотных помех:
сигналы датчиков передаются по кабелям на вход IPC707. Сначала сигнал проходит через симметричный фильтр радиочастотных помех LC-сети. Этот фильтр эффективно подавляет внешние радиочастотные помехи (RFI) и электромагнитные помехи (EMI), обеспечивая высокое соотношение сигнал/шум для последующих цепей и предотвращая загрязнение высокочастотным шумом слабого сигнала заряда. Это имеет решающее значение для надежных измерений в промышленных условиях.
2. Усилитель дифференциального заряда.
Отфильтрованный сигнал подается в дифференциальный (симметричный) усилитель заряда. Это первый этап преобразования ключей в формировании сигнала. Основная функция усилителя заряда заключается в линейном преобразовании сигнала заряда (в пикокулонах, пКл), создаваемого пьезоэлектрическим датчиком, в сигнал напряжения с низким импедансом. Дифференциальная конструкция обеспечивает превосходный коэффициент подавления синфазного сигнала (CMRR), эффективно подавляя синфазный шум (например, помехи от контура заземления), вносимый в две сигнальные линии во время передачи, что значительно улучшает качество сигнала.
3. Формирование и фильтрация сигнала:
Затем сигнал напряжения от усилителя заряда поступает на этап настраиваемой фильтрации.
Фильтр верхних частот (HPF): это фильтр высоких частот Баттерворта 3-го порядка, используемый для удаления низкочастотного шума и нежелательных компонентов смещения постоянного тока из сигнала. Частота среза настраивается от 0,5 Гц до 110 Гц. Это очень эффективно для изоляции медленных дрейфов, вызванных вибрацией основания или изменениями температуры, гарантируя, что выходной сигнал содержит только действительные компоненты измерения переменного тока.
Дополнительный интегратор: если приложение требует измерения скорости вместо ускорения, можно включить схему интегратора. Интегратор математически интегрирует сигнал ускорения (напряжение, пропорциональное ускорению), выдавая сигнал напряжения, пропорциональное скорости.
Фильтр нижних частот (LPF): за ним следует фильтр нижних частот Баттерворта 3-го порядка, используемый для фильтрации высокочастотного шума в сигнале и обеспечения сглаживания. Частота среза настраивается в диапазоне от 200 Гц до 20 000 Гц. Это гарантирует, что полоса пропускания выходного сигнала ограничена интересующим частотным диапазоном, соответствует теореме выборки Найквиста и подготавливает сигнал для последующей цифровой обработки.
4. Усиление и настройка выходного каскада.
Отфильтрованный сигнал отправляется на настраиваемый каскад усиления, где его усиление устанавливается в соответствии с выбранной пользователем чувствительностью передачи. Наконец, сигнал поступает в конфигурируемый выходной каскад:
Режим токового выхода (2-проводной): выходной каскад преобразует сигнал напряжения в динамически изменяющийся (переменный) сигнал тока, наложенный на статическое смещение постоянного тока (DC). Динамический диапазон тока составляет ±5 мА пик, а статическое смещение обычно составляет 12 мА. Когда диагностика включена, это статическое смещение модулируется до 13 мА (нормальный), 11 мА (неисправность датчика/кабеля) или 10 мА (неисправность преобразователя). Этот метод передачи тока идеально подходит для передачи на большие расстояния (до 1 км), поскольку он нечувствителен к сопротивлению кабеля и обладает сильными помехоустойчивыми свойствами.
Режим вывода напряжения (3-проводной): выходной каскад напрямую выдает динамически изменяющийся (переменный) сигнал напряжения, наложенный на статическое напряжение смещения постоянного тока (DC). Диапазон динамического напряжения составляет ±5 В пикового значения, а статическое смещение обычно составляет 7,0 В. При включенной диагностике это статическое смещение модулируется до 8,0 В (нормальное состояние), 6,0 В (неисправность датчика/кабеля) или 5,0 В (неисправность преобразователя). Передача напряжения подходит для приложений на более короткие расстояния.
5. Защита и фильтрация выхода:
прежде чем сигнал будет окончательно выведен, он проходит через другой симметричный сетевой фильтр RFI LC, обеспечивая окончательную защиту выходного сигнала и предотвращая влияние внешних помех на целостность сигнала через выходной кабель.
6. Принцип диагностической функции (BITE).
Диагностическая функция IPC707 является основным моментом. Его диагностическая схема непрерывно контролирует электрические характеристики всей измерительной цепи:
Мониторинг датчиков и кабелей: он контролирует сопротивление изоляции на входе (должно быть >20 кОм), емкость кабеля (должно быть <15 нФ), последовательное сопротивление кабеля (различные пределы в зависимости от значения емкости) и сопротивление соединения экрана (должно быть <100 мОм).
Индикация неисправности: Когда какой-либо параметр превышает заданный диапазон, диагностическая схема не прерывает сигнал измерения, а указывает тип неисправности, изменяя компонент смещения постоянного тока выходного сигнала. Вышестоящая система мониторинга (например, VM600) может удаленно и автоматически определять состояние работоспособности измерительной цепи, непрерывно контролируя этот компонент постоянного тока, выдавая своевременные сигналы тревоги, тем самым обеспечивая возможность профилактического обслуживания и удовлетворения требований функциональной безопасности.
7. Управление питанием.
Вся схема питается от внешнего источника питания 18–30 В постоянного тока, а внутренняя схема стабилизирует его до необходимого рабочего напряжения. В приложениях, связанных с безопасностью, источник питания должен иметь безопасную изоляцию и ограничение по напряжению 40 В постоянного тока.
Области применения
Системы мониторинга вибрации: для измерения вибрации и защиты вращающегося оборудования (например, турбин, компрессоров, насосов).
Системы контроля давления: подходят для измерения динамического давления, такого как давление сгорания, гидравлические импульсы.
Системы функциональной безопасности: Благодаря своим диагностическим функциям IPC707 может использоваться в контурах управления, связанных с безопасностью, соответствующих стандартам SIL 2 и PL c. Это приложение, которое IPC704 не может выполнить напрямую.
Мониторинг состояния и профилактическое обслуживание: повышает надежность системы и эффективность обслуживания за счет диагностики в реальном времени.
