Gói đầu vào thiết bị nhiệt độ kháng GE IS220PRTDH1A

IS220PRTDH1A là thành viên của dòng mô-đun I/O phân tán được sử dụng trong Hệ thống điều khiển Mark VIe và Mark VIeS, được thiết kế đặc biệt để thu và xử lý tín hiệu của Máy dò nhiệt độ điện trở (RTD). Nó là thành phần I/O tích hợp đóng vai trò là giao diện quan trọng giữa các cảm biến RTD và hệ thống điều khiển cấp trên, chịu trách nhiệm chuyển đổi các thay đổi điện trở RTD thành các giá trị nhiệt độ kỹ thuật số có độ chính xác cao và truyền chúng đến bộ điều khiển Mark VIe thông qua Ethernet công nghiệp.

Chức năng cốt lõi của mô-đun này là cung cấp giải pháp đầu vào nhiệt độ ổn định, chính xác và có khả năng chẩn đoán để kiểm soát quy trình công nghiệp, đặc biệt đối với các ứng dụng yêu cầu giám sát nhiệt độ có độ tin cậy cao như tua bin khí. IS220PRTDH1A được thiết kế để sử dụng cùng với các bảng đầu cuối đầu vào RTD cụ thể (ví dụ: TRTDH1D, TRTDH2D, SRTD) để tạo thành một hệ thống con thu tín hiệu RTD hoàn chỉnh.

2. Mô tả chức năng chi tiết

1. Khả năng thu tín hiệu

• 100 Ohm Platinum (PT100, các tiêu chuẩn khác nhau: SAMA, DIN, PURE, USIND)

• Bạch kim 200 Ohm (PT200)

• Niken 120 Ohm (N120)

• 10 Ohm Copper (CU10)
  Người dùng có thể chọn loại RTD tương ứng cho từng kênh thông qua phần mềm cấu hình (ToolboxST) và mô-đun sẽ tự động thực hiện tính toán tuyến tính hóa và nhiệt độ.

• Số kênh: Mỗi mô-đun IS220PRTDH1A có thể xử lý 8 kênh đầu vào RTD độc lập. Bằng cách cài đặt hai mô-đun PRTD trên một bảng đầu cuối TRTD, hệ thống có thể được mở rộng để xử lý 16 đầu vào RTD.

• Các loại RTD được hỗ trợ: Phần sụn mô-đun hỗ trợ nhiều loại RTD phổ biến, bao gồm:

• Kết nối 3 dây: Hỗ trợ kết nối RTD 3 dây, giúp bù đắp các sai số đo do điện trở dây dẫn gây ra.

2. Giao diện điện và truyền thông

• Giao diện bảng đầu cuối: Mô-đun này cung cấp đầu nối chân DC-37 ở mặt dưới của nó để kết nối plug-in trực tiếp với bảng đầu cuối RTD tương ứng. Giao diện này truyền 8 tín hiệu RTD, tín hiệu nhận dạng ID mô-đun và nguồn điện.

• Giao tiếp mạng: Mô-đun này cung cấp các cổng Ethernet RJ-45 kép (ENET1 và ENET2) ở bên cạnh, hỗ trợ các kết nối mạng dự phòng. Đây là kênh chính để trao đổi dữ liệu giữa mô-đun và bộ điều khiển Mark VIe. Thực hành tiêu chuẩn là kết nối ENET1 với mạng được liên kết với bộ điều khiển R.

• Đầu vào nguồn: Đầu nối nguồn 3 chân ở bên cạnh mô-đun được sử dụng để kết nối nguồn điện 28V DC, cấp nguồn cho cả mô-đun I/O và bảng đầu cuối được kết nối của nó. Mô-đun này có khả năng khởi động mềm để kiểm soát dòng điện khởi động trong quá trình bật nguồn.

3. Chẩn đoán và chỉ báo trạng thái

• Giới hạn phần cứng: Việc kiểm tra dựa trên mức cao và thấp đặt trước (không thể cấu hình) được đặt gần cuối phạm vi hoạt động cho từng loại RTD. Nếu vượt quá giới hạn, tín hiệu logic sẽ được đặt và quá trình quét đầu vào đó sẽ dừng lại để tránh ảnh hưởng đến các kênh khác. Bất kỳ đầu vào đơn lẻ nào vượt quá giới hạn của nó sẽ tạo ra cảnh báo chẩn đoán tổng hợp L3DIAG_PRTD đề cập đến toàn bộ bảng.

• Giới hạn hệ thống: Kiểm tra dựa trên giới hạn nhiệt độ cao và thấp có thể định cấu hình. Chúng có thể được sử dụng trong mã ứng dụng để tạo cảnh báo quy trình và có thể được cấu hình để bật/tắt và chốt/không chốt.

• Tự kiểm tra khi bật nguồn: Kiểm tra RAM, bộ nhớ Flash, cổng Ethernet và hầu hết phần cứng bộ xử lý.

• Giám sát liên tục nguồn điện bên trong.

• Xác minh thông tin ID điện tử từ bảng đầu cuối, bảng thu thập và bảng xử lý để đảm bảo bộ phần cứng khớp và kiểm tra xem mã ứng dụng đã tải có chính xác cho bộ phần cứng hay không.

• Đèn chỉ báo LED: Bảng mặt trước mô-đun cung cấp một bộ đèn chỉ báo LED để chẩn đoán trực quan, bao gồm trạng thái bộ xử lý, trạng thái liên kết mạng, trạng thái nguồn và chỉ báo lỗi.

• Tự chẩn đoán toàn diện: Mô-đun thực hiện một loạt các chức năng tự kiểm tra:

• Kiểm tra giới hạn phần cứng và hệ thống:

• Phục hồi tự động: Có chức năng AutoReset để tự động khôi phục các kênh RTD đã bị xóa khỏi quá trình quét do lỗi (không phải do hư hỏng phần cứng), với thời gian khôi phục khoảng 20 giây hoặc chúng có thể được khôi phục theo cách thủ công.

3. Phân tích nguyên tắc làm việc chuyên sâu

Nguyên lý hoạt động của mô-đun IS220PRTDH1A bao gồm nhiều giai đoạn: thu tín hiệu tương tự, chuyển đổi kỹ thuật số, xử lý dữ liệu và giao tiếp mạng.

1. Kích thích và thu nhận tín hiệu

• Ở Chế độ quét thông thường 4 Hz (để loại bỏ tần số dòng 50/60 Hz), xung dài 22 mili giây được tạo ra sau mỗi 250 mili giây (4 lần mỗi giây).

• Ở Chế độ quét nhanh 25 Hz (đối với các phép đo luồng khí đặc biệt), xung dài 4 mili giây được tạo ra cứ sau 40 mili giây (25 lần mỗi giây).

• Dòng điện kích thích: Mô-đun cung cấp dòng điện kích thích đa kênh (không liên tục) 10 mA DC cho mỗi cảm biến RTD. Dòng điện này là dạng xung, với thời lượng và chu kỳ thay đổi dựa trên cài đặt chế độ quét của mô-đun.

• Cách ly và bảo vệ điện: PRTDH1A cung cấp cách ly điện cho mạch đầu vào RTD. Mạch kích thích hoạt động trên nguồn cung cấp DC cách ly ±15V. Mỗi thiết bị đầu cuối RTD được trang bị điốt kẹp lưỡng cực 15V và tụ lọc 0,001 uF để bảo vệ nhất thời. Mức dòng điện và điện áp tuân thủ hướng dẫn IEC60079-11 đối với khí Loại IIC.

• Đo điện áp: Mô-đun đo độ sụt điện áp trên RTD do dòng điện kích thích. Dải điện áp đầu vào được hỗ trợ là khoảng 0,069V đến 4,054V, tương ứng với dải điện trở RTD khoảng 7 đến 405 Ohms.

2. Chuyển đổi và xử lý tín hiệu

• Chế độ bình thường: 4 lần mỗi giây (khoảng thời gian 250 ms), lấy mẫu mỗi RTD trong 22 ms mỗi chu kỳ. Chế độ này loại bỏ hiệu quả nhiễu tần số đường truyền 50 Hz và 60 Hz.

• Chế độ nhanh: 25 lần mỗi giây (khoảng thời gian 40 ms), lấy mẫu mỗi RTD trong 4 ms mỗi chu kỳ. Chế độ này cung cấp phản hồi nhanh hơn nhưng loại bỏ tần số đường truyền.

• Chuyển đổi A/D: Tín hiệu điện áp tương tự thu được được lấy mẫu bằng bộ chuyển đổi A/D có độ phân giải 14 bit trong mô-đun.

• Tỷ lệ lấy mẫu:

• Tuyến tính hóa và tính toán: Số liệu thô từ bộ chuyển đổi A/D được xử lý bởi bộ xử lý trong mô-đun. Dựa trên tham số RTDType được chọn cho từng kênh trong ToolboxST, bộ xử lý thực thi thuật toán tương ứng để tuyến tính hóa giá trị điện trở thành giá trị nhiệt độ (Celsius hoặc Fahrenheit). Tuyến tính hóa dựa trên phần mềm này mang lại sự linh hoạt cao hơn.

3. Xử lý dữ liệu và truyền thông

• Dữ liệu nhiệt độ đã xử lý, trạng thái kênh và thông tin chẩn đoán được đóng gói.

• Thông qua bộ xử lý Board Product Pack (BPPB) và bộ điều khiển Ethernet, các gói dữ liệu này được gửi qua cổng ENET1 hoặc ENET2 đến mạng Ethernet công nghiệp được chỉ định, cuối cùng đến bộ điều khiển Mark VIe.

• Mô-đun này cũng nhận các lệnh cấu hình và truy vấn từ bộ điều khiển.

4. Hợp tác với bảng đầu cuối
   IS220PRTDH1A phải hoạt động cùng với bảng đầu cuối tương thích (ví dụ: TRTDH1D):

• TRTDH1D: Cung cấp khả năng lọc tương thích với tốc độ quét tiêu chuẩn PRTD. Nó kết hợp mạch khử nhiễu để bảo vệ mô-đun khỏi các xung đột biến và nhiễu tần số cao. Khối đầu cuối dạng rào chắn của bảng đầu cuối tạo điều kiện thuận lợi cho việc đi dây tại hiện trường và hỗ trợ việc sử dụng cáp được bảo vệ kép. Tất cả các tấm chắn phải được kết thúc ở dải đầu cuối tấm chắn ở phía bảng đầu cuối, không phải ở đầu cảm biến.

• Bảng đầu cuối cũng cung cấp thông tin ID cho mô-đun PRTD thông qua đầu nối chân DC-37 để xác thực hệ thống.

4. Cài đặt và cấu hình

1. Lắp đặt cơ khí

• IS220PRTDH1A sử dụng kiểu lắp cắm trực tiếp. Đầu nối chân DC-37 phía dưới của nó được căn chỉnh trực tiếp và cắm vào đầu nối JA1 (hoặc JA2) của bảng đầu cuối được gắn chắc chắn (ví dụ: TRTDH1D).

• Sử dụng các miếng chèn có ren liền kề với các cổng Ethernet và giá lắp dành riêng cho bo mạch đầu cuối để cố định cơ học mô-đun I/O, đảm bảo không tác dụng lực vuông góc lên đầu nối chân DC-37.

2. Kết nối điện

• Nguồn: Kết nối nguồn điện 28V DC với đầu nối nguồn 3 chân ở bên cạnh mô-đun.

• Mạng: Kết nối ít nhất một cáp Ethernet (và một cáp thứ hai để dự phòng, dựa trên yêu cầu hệ thống) với cổng ENET1 (và ENET2).

• Cảm biến RTD: Ba dây dẫn (Tín hiệu, Kích thích, Trở lại) của cảm biến RTD được kết nối với các đầu cuối rào cản tương ứng theo các dấu hiệu trên bảng đầu cuối (ví dụ: sơ đồ nối dây cho TRTDH1D). Phải sử dụng cáp có vỏ bọc kép, với vỏ bọc được nối đất ở đầu bảng đầu cuối.

3. Cấu hình phần mềm
   Sử dụng phần mềm GE ToolboxST để cấu hình mô-đun. Các thông số chính bao gồm:

• RTDType : Chọn loại cảm biến RTD tương ứng hoặc đặt thành 'Không sử dụng' cho mỗi kênh.

• GroupRate : Chọn tốc độ quét và bộ lọc tần số dòng (4 Hz/50Hz, 4 Hz/60Hz, 25 Hz).

• RTDGain : Chọn mức tăng của cảm biến, ví dụ Gain_2_0 có thể được sử dụng để có độ chính xác cao hơn khi ohms <190.

• RTDUnit : Chọn đơn vị nhiệt độ (Celsius hoặc Fahrenheit). Lưu ý: Việc thay đổi tham số này sẽ ảnh hưởng đến giá trị thực được gửi tới bộ điều khiển; đảm bảo tính nhất quán với mã ứng dụng và cài đặt HMI. Nói chung không nên thay đổi điều này một cách tùy tiện.

• SysLimitEnable , SysLimitLatch , SysLimitType , SysLimit1/2 : Định cấu hình cảnh báo giới hạn nhiệt độ hệ thống.

• AutoReset : Bật hoặc tắt tính năng tự động khôi phục các kênh RTD.

5. Chẩn đoán và cảnh báo cụ thể

Mô-đun IS220PRTDH1A báo cáo các cảnh báo chẩn đoán cụ thể để hỗ trợ khắc phục sự cố nhanh chóng:

• Cảnh báo 32-39: RTD [ ] Điện áp ngoài phạm vi - Đếm thô [ ]. Nguyên nhân có thể: Hở mạch dây RTD, trở kháng cao, sự cố kết nối bảng đầu cuối, lỗi RTD hoặc lỗi phần cứng mô-đun bên trong.

• Cảnh báo 64-71: RTD [ ] Dòng điện ngoài phạm vi - Số lượng thô [ ]. Nguyên nhân có thể: Sự cố về dây hoặc cảm biến RTD, sự cố kết nối bảng đầu cuối, lỗi nguồn dòng kích thích mô-đun hoặc lỗi thiết bị đo.

• Báo động 96-103: RTD [ ] Điện trở ngoài phạm vi ([ ] Ohms). Nguyên nhân có thể: Loại RTD được cấu hình không chính xác hoặc giá trị điện trở cao được tạo ra bởi điện áp cao và/hoặc dòng điện thấp.

• Cảnh báo 128: Tham chiếu bên trong ngoài phạm vi - Mạch điện áp. Cho biết lỗi kiểm tra phần cứng mô-đun bên trong, thường yêu cầu thay thế mô-đun.

• Cảnh báo 144: Tham chiếu nội bộ ngoài phạm vi - Mạch dòng điện. Cũng cho biết lỗi phần cứng mô-đun bên trong, yêu cầu thay thế.