WB-MAI11 Modbus Analog Inputs: различия между версиями

{{DISPLAYTITLE:Модуль аналоговых входов WB-MAI11}}  

 

'''[https://wirenboard.com/ru/product/WB-mai/ Сделать предзаказ в интернет-магазине]'''

== Назначение == <!--T:2-->

* измерения сопротивления по двухпроводной и трехпроводной схемам;

* измерения температуры с помощью термопар или термометров сопротивления;

* измерения сигнала с ратиометрических датчиков или переменных резисторов;

* подключения сигналов типа «сухой контакт» и «открытый коллектор».

Режим входа выбирается при конфигурировании прибора. Подключение дополнительных внешних нагрузочных/подтягивающих резисторов не требуется. Прибор позволяет подключить одновременно до 22 различных датчиков.

Исполнение: корпус на DIN-рейку (ширина 6 юнитов). Напряжение питания 12–24В.

Управление модулем производится с контроллера или ПК по шине RS-485 командами по протоколу MODBUS.

== Технические характеристики == <!--T:5-->

|+Таблица 1. Технические характеристики.

|11 дифференциальных либо 22 однополярных

| −2 – 2 В в дифференциальном режиме

0 – 2 В в однополярном режиме

|0 – 20 мА

|0 – 5000 Ом

|Гальванически развязанный от измерительных цепей

|Modbus RTU, адрес задается программно, заводские настройки указаны на наклейке

|По умолчанию: скорость 9600 бит/с; данные — 8 бит; четность N; стоп-биты 2.

* Скорость: 1200, 2400, 4800, 9600 (по умолчанию), 19200, 38400, 57600, 115200 бит/с <br>([[UART_Communication_Settings|Настройка параметров обмена данными по RS-485 для modbus-устройств Wiren Board]])

* Данные: 8 бит

* Проверка чётности: нет (по умолчанию), 1 — нечётный (odd), 2 — чётный (even)

* Стоповых бит: 1, 2 (по умолчанию)

|Готовность к работе после подачи питания

|106.25 × 90.2 × 57.5 мм

|от −40 °С до +80 °С

Модуль выполнен в пластмассовом корпусе и предназначен для установки в монтажную коробку на DIN рейку.

== Схемы подключения == <!--T:7-->

=== Схема 2: Измерение положительных напряжений. Датчики с выходом 0-1 В ===

На рисунке показана схема измерения напряжения относительно общего провода. Такая схема позволяет измерять только положительные напряжения от 0 до 2 В. Возможно подключение двух датчиков к одному входу.

При выборе стандартного датчика (0-1В), можно указать значения физической величины, соответствующие минимуму диапазона (0 В) и максимуму диапазона (1 В). WB-MAI11 пересчитает измеренные значения напряжения в значение физической величины.

=== Схема 3: Измерение тока до 20мА. Датчики с выходами 4-20 мА, 0-20мА, 0-5 мА ===

На рисунке показана схема подключения датчиков с токовым выходом 0–20 мА, 4–20 мА ил 0-5 мА. Нагрузочные резисторы номиналом 100 Ом встроены в прибор и включаются программно при выборе этого режима. Возможно подключение двух датчиков к одному входу: одного к клемме P, другого - к N.

При выборе одного из стандартных датчиков (4-20 мА, 0-20мА, 0-5 мА), можно указать значения физической величины, соответствующие минимуму диапазона и максимуму диапазона. WB-MAI11 пересчитает измеренные значения тока в значение физической величины.

=== Схема 4: Подключение термопар. Термопары TXA (К - типа) ===  

На рис. 4 показана схема подключения термопары К-типа. Для корректного детектирования отсутствия термопары входные фильтрующие конденсаторы разряжаются кратковременными (несколько мкс) импульсами с помощью встроенных резисторов 100 Ом. Стоит иметь это в виду, если вместо термопары будет подключаться другой источник ЭДС. Разрядка конденсаторов производится только в режиме «Стандартные датчики» при выборе одной из поддерживаемых термопар. В базовых режимах разрядка не выполняется.

Поддерживаются термопары К-типа (TXA). Обратитесь к производителю для использования термопар других типов.

 

File:MAI Resistivity.png|Рис. 5.1. Измерение сопротивления по двухпроводной схеме.

File:MAI Dry + Resistivity.png|Рис. 5.3. Измерение сопротивления по двухпроводной схеме и подключение датчика «сухой контакт»

Возможно подключение двух датчиков к одному входу: одного к клеммам iGND и P, другого - к iGND и N.

При использовании датчиков Pt50, Pt100, 50П, 100П, 50М, 100М, Ni100 обращайте особое внимание на соединения: провода должны быть одинаковые, равной длины. Подключения к клеммам WB-MAI рекомендуется выполнять с помощью наконечников [[Wires_and_Terminals|НШВИ]]. Винты должны быть туго затянуты с моментом не более 0.2 Н∙м

При использовании двухпроводной схемы сопротивление проводов, соединений, контактов, клемм включается в результат измерения. Если это возможно, то для термисторов с низким сопротивлением рекомендуем использовать более точную трёхпроводную схему (ниже).

Вместо сопротивления можно подключить дискретные датчики «сухой контакт» или кнопки. Также можно одним входом измерять сопротивление, а к другому подключить датчик «сухой контакт».

=== Схема 6: Подключение датчиков с ратиометрическим выходом. Переменные резисторы, датчики положения заслонки, датчики влажности. ===

На рисунке показана схема подключения ратиометрических датчиков либо переменных резисторов. В этом режиме сигнал с датчика измеряется в процентах – от 0 % (уровень GND) до 100 % (уровень +5 В). Возможно подключение двух датчиков к одному входу: одного к iGND, +5V и P, другого - к iGND, +5V и N.

=== Схема 7: Измерение сопротивления по трехпроводной схеме. Термисторы RTD по трёхпроводной схеме. Pt100, Pt1000 и другие. ===

[[Файл:MAI 3 wire.png|без|мини|Рис. 7. Измерение сопротивления по трехпроводной схеме.

На рисунке показана схема измерения сопротивления по трехпроводной схеме. В этом режиме сопротивление проводов практически не влияет на результат измерения при условии, что все провода до датчика одинаковые. Абсолютное влияние сопротивления проводов на конечный результат составляет 0.003Rw в отличие от 2Rw (Rw - сопротивление одного провода до датчика) в двухпроводной схеме.

Сопротивления проводов, подключенных к INxP и INxN должны быть максимально близкими друг к другу. Разница сопротивлений проводов суммируется с измеряемым сопротивлением, т.е. абсолютное влияение разницы сопротивлений на конечный результат составляет |Rw1-Rw2|.

Сопротивление провода, подключенного к GND, не влияет на результат.

При использовании датчиков Pt50, Pt100, 50П, 100П, 50М, 100М, Ni100 обращайте особое внимание на соединения: провода должны быть одинаковые, равной длины. Подключения к клеммам WB-MAI рекомендуется выполнять с помощью наконечников [[Wires_and_Terminals|НШВИ]]. Винты должны быть туго затянуты с моментом не более 0.2 Н∙м

=== Схема 8: Измерение сопротивления через измерение тока. NTC-термисторы. ===

На рис. 8 показана схема измерения сопротивления через измерение тока. Эта схема используется для подключения NTC-термистора, т.к. при её использовании WB-MAI11 может измерять сопротивления в широком диапазоне: от 150 Ом до 1 МОм.  

Следует учитывать, что чем меньше сопротивление NTC, тем больше ток в цепи и самонагрев NTC (в отличие от схем на рис. 5.1 и рис.7, где ток в цепи постоянный независимо от сопротивления). Поэтому устройство искусственно снижает частоту опроса входа в зависимости от текущего сопротивления NTC для уменьшения самонагрева.

Возможно подключение двух NTC к одному входу, но в этом случае скорость опроса снижается, т.к. во время опроса одного, ток идет через оба NTC, что влечет увеличение времени простоя для компенсации самонагрева. Для повышения точности измерения высоких сопротивлений не рекомендуется увеличивать установленный по умолчанию data rate — 20 SPS.

=== Возможные комбинации датчиков для одного входа === <!--T:8-->

К одному входу возможно подключение двух датчиков со следующими ограничениями:

* Канал INxN не может иметь дифференциальный тип

* Если канал INxP настроен на режим измерения тока, то и канал INxN также должен быть настроен на измерение тока либо отключен

* Если канал INxP настроен на режим измерения сопротивления или напряжения, канал INxN также должен быть настроен на измерение сопротивления или напряжения

* Если канал INxP настроен на режим измерения сопротивления через измерение тока, то и канал INxN также должен на этот режим или отключен

Настройки канала INxP имеют приоритет над настройками канала INxN. Если вышеперечисленные условия не выполняются, настройки канала INxN игнорируются и канал отключается. В таблице 2 приведены возможные комбинации датчиков для одного входа.

|+Таблица 2. Возможные комбинации датчиков для одного входа.

|Схема 1

|Схема 2

|Схема 3

|Схема 4

|Схема 5

|Схема 6

|Схема 7

|Схема 8

|Схема 1

Измерение напряжения в дифференциальном режиме

|Схема 2

|Схема 3

|Схема 4

|Схема 5

Подключение датчиков «сухой контакт» и измерение сопротивления по двухпроводной схеме

|Схема 6

|Схема 7

Измерение сопротивления по трехпроводной схеме

|Схема 8

== Описание режимов работы устройства == <!--T:13-->

* Измерение напряжения ратиометрического датчика (в однополярном режиме)

* Измерение напряжения (в дифференциальном или однополярном режиме)

* Измерение сопротивления (в дифференциальном или однополярном режиме)

* Измерение тока (только в однополярном режиме)

* Измерение сопротивления через измерение тока (только в однополярном режиме)

В таблице 4 приведено полное описание всех возможных режимов работы. Данные режимы являются «базовыми», измерение сигналов со стандартных датчиков основано на них.

В регистры «тип датчика» (0x'''X'''400, 0x'''X'''401) для каждого входа могут быть занесены коды из таблицы 4 либо из таблицы 5. Для измерения нестандатных величин можно выбрать тип входа и диапазон измерения вручную из таблицы 4.

|+Таблица 4. Описание режимов работы устройства.

Результат в процентах от выходного напряжения клеммы 5В.

| rowspan="3" |Измерение напряжения с ратиометрических датчиков (схема на рис. 6).  

| rowspan="3" |Измерение напряжения с ратиометрических датчиков в дифференциальном режиме от −5 до 5 В (схема на рис. 1).

| rowspan="3" |Измерение напряжения в однополярном режиме от 0 до 2 В (схема на рис. 2)

|0...2048 мВ

| rowspan="3" |±(0.2 % + 100 мкВ)

|0...1024 мВ

|0...512 мВ

| rowspan="8" |Измерение напряжения в дифференциальном режиме от −2 до 2 В (схема на рис. 1)

Измерение напряжения с термопары (схема на рис. 4)

|± 2048 мВ

| rowspan="8" |±(0.2 % + 30 мкВ)

|± 1024 мВ

|± 512 мВ

|± 256 мВ

|± 128 мВ

|± 64 мВ

|± 32 мВ

|± 16 мВ

| rowspan="6" |Измерение сопротивления по двухпроводной схеме (схема на рис. 5)

Подключение датчиков типа «сухой контакт» (схема на рис. 5)

|0...5000 Ом

| rowspan="6" |(±0.05 % + 0.2 Ом)

|0...2550 Ом

|0...1275 Ом

|0...5100 Ом

|0...2550 Ом

|0...1275 Ом

| rowspan="3" |Измерение сопротивления по трехпроводной схеме (схема на рис. 7)

|0...5000 Ом

| rowspan="3" |±(0.05 % + 0.10 Ом)

|0...2550 Ом

|0...1275 Ом

| rowspan="3" |Измерение тока от 0 до 20 мА (схема на рис. 3)

|0...20.48 мА

|0...10.24 мА

|0...5.12 мА

через измерение тока в цепи

| rowspan="3" |Измерение сопротивления NTC-термистора (схема на рис. 8)

Ток в цепи идет только в момент опроса текущего входа, во время опроса остальных входов

ток не идет, в отличие от режиме «измерение тока», где ток идет всегда.

|200 Ом .. 250 кОм

| rowspan="3" |±3 % в конце диапазона

±1,5% в середине диапазона

±0.5% в начале диапазона

|500 Ом .. 500 кОм

|1200 Ом .. 1 МОм

== Типы поддерживаемых стандартных датчиков == <!--T:25-->

Поддерживаемые типы стандартных датчиков приведены в таблице 5. При использовании стандартных датчиков значения регистров 0x'''X'''40 А и 0x'''X'''40 В (коэффициент усиления) игнорируется. Стандартные датчики имеют код 0x1XXX.

|+Таблица 5. Типы стандартных датчиков

Режим работы — измерение напряжения с термопары (схема на рис. 4)

| colspan="7" |Примечание: Δt - разница между измеряемой термопарой температурой и температурой WB-MAI, если термопара подключена напрямую к входу WB-MAI11 без удлинения проводов.

! colspan="7" |Термометры сопротивления по двухпроводной схеме

Режим работы — измерение сопротивления по двухпроводной схеме (схема на рис. 5)

| colspan="7" |Примечание: без учёта сопротивления проводов и контактов

! colspan="7" |Термометры сопротивления по трехпроводной схеме

Режим работы – измерение сопротивления по трехпроводной схеме (схема на рис. 7)

|±(0.6 + Rw · 0.02 Ом^-1 )°С

|±(0.33 + Rw · 0.01 Ом^-1 )°С

|±(0.14 + Rw · 0.002 Ом^-1 )°С

|±(0.13 + Rw · 0.001 Ом^-1 )°С

|±(0.6 + Rw · 0.02 Ом^-1 )°С

|±(0.33 + Rw · 0.01 Ом^-1 )°С

|±(0.14 + Rw · 0.002 Ом^-1 )°С

|±(0.13 + Rw · 0.001 Ом^-1 )°С

|±(0.6 + Rw · 0.02 Ом^-1 )°С

|±(0.31 + Rw · 0.01 Ом^-1 )°С

|±(0.13 + Rw · 0.002 Ом^-1 )°С

|±(0.12 + Rw · 0.001 Ом^-1 )°С

|±(0.23 + Rw · 0.006 Ом^-1 )°С

|±(0.09 + Rw · 0.0013 Ом^-1 )°С

|±(0.08 + Rw · 0.0006 Ом^-1 )°С

| colspan="7" |Примечание: Rw - сопротивление каждого провода. Должны использоваться одинаковые провода одинаковой длины для подключения к клеммам P и N.

! colspan="7" |Датчики с токовым выходом

Режим работы — измерение тока от 0 до 20 мА (схема на рис. 3)

|от 0 до 5 мА

|0 мА = нижняя граница (регистры 0x'''X'''408 / 0x'''X'''409)

5 мА = верхняя граница (регистры 0x'''X'''40A / 0x'''X'''40B)

|от 0 до 20 мА

|0 мА = нижняя граница (регистры 0x'''X'''408 / 0x'''X'''409)

20 мА = верхняя граница (регистры 0x'''X'''40A / 0x'''X'''40B)

|от 4 до 20 мА

|4 мА = нижняя граница (регистры 0x'''X'''408 / 0x'''X'''409)

20 мА = верхняя граница (регистры 0x'''X'''40A / 0x'''X'''40B)

! colspan="7" |Датчики с выходом «напряжение» в однополярном режиме

Режим работы — измерение напряжения в однополярном режиме от 0 до 2 В (схема на рис. 2)

|от 0 до 1 В

|0 В = нижняя граница(регистры 0x'''X'''408 / 0x'''X'''409)

1 В = верхняя граница (регистры 0x'''X'''40A / 0x'''X'''40B)

| colspan="7" |Примечание: входы WB-MAI в этом режиме имеют низкий импеданс (50мкА подтяжку к верху), чтобы обнаруживать входы, к которым ничего не подключено. Обратитесь к производителю для отключения.

! colspan="7" |Датчики с выходом «напряжение» в дифференциальном режиме

Режим работы — измерение напряжения в дифференциальном режиме от −2 до 2 В (схема на рис. 1)

|от -50 до 50 мВ

| -50 мВ = нижняя граница(регистры 0x'''X'''408 / 0x'''X'''409)

50 мВ = верхняя граница (регистры 0x'''X'''40A / 0x'''X'''40B)

Режим работы — измерение сопротивления по двухпроводной схеме (схема на рис. 5)

Режим работы — измерение сопротивления через измерение тока (схема на рис. 8)

От -40 до -20 °С: ±0.5 °С

== Описание Modbus-регистров == <!--T:9-->

Все modbus-регистры устройства разделены на 3 группы:

Карта регистров приведена в таблице 3. ''''X' в адресе регистра — номер входа от 1 до 11 (от 0x1 до 0xB).'''

|+Таблица 3. Описание управляющих Modbus-регистров.

!Значение по умолчанию

|Скорость порта RS-485, '''делённая на 100'''. Допустимые скорости: 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200

|отличное от 0

|Рестарт. Запись в регистр вызывает перезагрузку МК без сохранения состояния

|Таблица 4, таблица 5

|Тип датчика, подключенного к каналу INxP либо к INx в дифференциальном режиме (см. таблицы 4 и 5)

|Таблица 4, таблица 5

|Тип датчика, подключенного к каналу INxN (см. таблицы 4 и 5)

|Data rate для каналов INxP либо INx в дифференциальном режиме, SPS. 0 — канал выключен

|Число непрерывных измерений для каналов INxP либо INx в дифференциальном режиме

|Характерное время lowpass-фильтра для каналов INxP либо INx в дифференциальном режиме, мс

|Нижняя граница диапазона измерения активного датчика для каналов INxP либо INx в дифференциальном режиме

|Верхняя граница диапазона измерения активного датчика для каналов INxP либо INx в дифференциальном режиме

|Коэффициент усиления для каналов INxP либо INx в дифференциальном режиме

|Пересчитанное в физическую величину значение для канала INxP либо дифференциального канала INx

|Пересчитанное в физическую величину значение для канала INxN

|Напряжение на клеммах +5V, мВ

| colspan="6" | Регистры настроек и данных служебного канала, закороченного на землю. Описание см. в таблице выше.

Так как каждый вход поддерживает и дифференциальный (схемы на рис. 1,4,7) и однополярный режим (схемы на рис. 2,3,5,6) работы, то тип датчика задается для входов INxP и INxN в отдельности в соответствующих регистрах 0x'''X'''400 и 0x'''X'''401, где '''X''' - номер входа от 1 до 11 в шестнадцатеричной системе счисления (от 0x1 до 0xB).

Для однополярного режима работы канала доступны только коэффициенты усиления 1, 2 и 4.

 

{| class="wikitable"

 

 

<!--T:30-->

 

 

 

 

10 кОм, B = 3988 K.

 

<!--T:37-->

|0x140A

|

|