Модуль аналоговых входов WB-MAI6

From Wiren Board
This is the approved revision of this page, as well as being the most recent.


Купить в интернет-магазине

WB-MAI6

Назначение

Модуль ввода аналоговый WB-MAI6 предназначен для измерения термосопротивлений, преобразования сигналов датчиков с унифицированными сигналами тока и напряжения, измерения напряжения, и т.д.

Режим каждого входа выбирается программно при конфигурировании прибора. Подключение дополнительных внешних нагрузочных/подтягивающих резисторов не требуется. Прибор позволяет подключить одновременно до 12 различных датчиков.

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

Меры безопасности

Во время монтажа, эксплуатации и технического обслуживания устройства следует соблюдать требования документов: ГОСТ 12.3.019-80, «Правила эксплуатации электроустановок потребителей», «Правила охраны труда при эксплуатации электроустановок» и других нормативных документов, действующих на объекте.

Любые подключения производить при отключенном питании. Не допускать попадание влаги на контакты клемм и внутренние элементы.

Физический доступ к устройству должен быть разрешен только квалифицированному обслуживающему персоналу.

Поддерживаемые датчики и сигналы

Таблица 1. Поддерживаемые датчики и сигналы
Параметр Значение
Термопары
Типы «K» (TXA)
Термометры сопротивления (RTD)
Схемы подключения Двухпроводная, трёхпроводная
Типы RTD Pt50, Pt100, Pt500, Pt1000,

50П, 100П, 500П, 1000П, 50М, 100М, 500М, 1000М, Ni100, Ni500, NI1000

Термисторы
Типы NTC 10k характеристика B3988
Датчики с унифицированными сигналами
Тока 4-20 мА, 0-20 мА, 0-5 мА
Напряжения 0-1 В, 0-10 В (сопротивление источника до 400 Ом), -50...+50 мВ, -2...2 В
Прочие датчики
Тока Датчики Холла с сигналом 2.5 В +/- 0.625 В (HSTS016L)
Дискретные Типа «сухой контакт»
Измерения величин
Напряжение от -2 В до 30 В
Сопротивление до 2 МОм
Ток до 20 мА

Погрешности измерения смотрите в таблице 2.

Отличия от других аналоговых модулей Wiren Board.

Технические характеристики

Таблица 2. Технические характеристики
Параметр Значение
Питание
Напряжение питания 9 – 28 В постоянного тока
Потребляемая мощность 0.2 Вт
Максимальный ток выхода 5V 150 мА
Каналы измерения
Число каналов 6 дифференциальных, либо 12 однополярных
Поддерживаемые датчики и сигналы Термометры сопротивления, NTC-термисторы, термопары K-типа, датчики тока и напряжения со стандартным выходом, датчики Холла, датчики с выходом «сухой контакт» и пользовательские измерения напряжения, тока и сопротивления.

Полный список с моделями смотрите в таблице 1

Погрешности при измерении стандартных датчиков

Популярные термометры сопротивления:

  • подключение по двум проводам:
    • Pt100 — ±0.8 °С,
    • Pt1000 — ±0.15 °С,
    • NTC 10k — ±0.2 °С.
  • подключение по трём проводам:
    • Pt100 — ±(0.33 + Rw · 0.01 Ом-1 )°С,
    • Pt1000 — ±(0.13 + Rw · 0.001 Ом-1 )°С,
    • Ni 100 (α = 0,00617 °C -1) — ±(0.23 + Rw · 0.006 Ом-1 )°С.
Rw — сопротивление каждого провода, которым подключен датчик к прибору.

Термопара K-типа: ±(0.8 °С + 0.2% · Δt), Δt — разница между измеренной температурой и температурой самого WB-MAI6.

Датчики со стандартизированным выходом:

  • 0-5 мА, 0-20 мА, 4-20 мА — ±0.25 %;
  • 0-1 В, 0-10 В, −50...50 мВ, -2...2 В — ±0.2 %;

Датчик тока на эффекте Холла: ±1 %.

Погрешности для всех поддерживаемых стандартных датчиков смотрите в таблице 4

Базовая погрешность при измерении напряжения ±0.2 % (< 2 В)

±1.5 % (< 30В)

Базовая погрешность при измерении тока ±0.2 %
Базовая погрешность при измерении сопротивления ±0.1 % (0...1 кОм)

±0.2 % (1 кОм...100 кОм)

Входное сопротивление при измерении напряжения > 1 МОм ( 0...2В)

4 кОм ( > 2В)

Защита
Одновременно на всех каналах, в любом режиме ± 30 В
Клеммники и сечение проводов
Рекомендуемое сечение провода с НШВИ 0.35 – 1 мм2 — одинарные, 0.35 – 0.5 мм2 – сдвоенные провода
Длина стандартной втулки НШВИ 8 мм
Момент затяжки винтов 0.2 Н∙м
Управление
Интерфейс управления RS-485
Изоляция интерфейса Гальванически развязанный от измерительных цепей
Протокол обмена данными Modbus RTU, адрес задается программно, заводские настройки указаны на наклейке
Параметры интерфейса RS-485 Задаются программно, по умолчанию:

скорость — 9600 бит/с; данные — 8 бит; бит чётности — нет (N); стоп-биты — 2

Готовность к работе после подачи питания ~3 c
Условия эксплуатации
Температура воздуха От −40 до +80 °С
Относительная влажность До 98 %, без конденсации влаги
Гарантийный срок 2 года
Срок службы 5 лет
Габариты
Ширина, DIN-юнитов 3
Габаритные размеры (Д x Ш x В) 53 x 90 x 58 мм
Масса (с коробкой) 110 г

Общий принцип работы

WB-MAI6 имеет 6 универсальных входов. Каждый вход по очереди подключается к АЦП для измерения входных сигналов.

Разрядность АЦП составляет 16 бит. Каждый канал оборудован ФНЧ первого порядка для защиты от ВЧ помех. Для повышения точности при измерении медленно меняющихся сигналов поддерживается оверсемплинг (до 50) и дополнительный цифровой ФНЧ первого порядка. Они настраиваются через веб-интерфейс контроллера Wiren Board или через регистры Modbus.

АЦП измеряет в дифференциальном режиме (например, для термопар, термометров сопротивления по трёхпроводной схеме) или в однополярном режиме (например, для сигналов 4-20 мА или 0-1 В).

Сигналы тока 4-20 мА, 0-20 мА, 0-5 мА измеряются с помощью встроенных в прибор шунтирующих резисторов в 100 Ом. Для измерения термометров сопротивления по двух- и трёхпроводной схеме используются встроенные прецизионные источники тока 250 мкА.

В устройство встроены отключаемые делители для измерения больших напряжений, например 0...10 В или 30 В. Эти делители включаются и отключаются автоматически, в зависимости от входного сигнала.

Выходы 5V и сигнальная земля всех шести каналов объединены внутри устройства. Этот выход используется для питания внешних датчиков, например, датчиков тока на эффекте Холла.

Интерфейс RS-485 и вход питания гальванически изолирован от измерительных каналов. Каналы не изолированы друг от друга.

Для корректного детектирования отсутствия термопары К-типа, входные фильтрующие конденсаторы разряжаются импульсами в несколько микросекунд 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» и при выборе одной из поддерживаемых термопар. В базовых режимах разрядка не выполняется.

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

При измерении сопротивления по трёхпроводной схеме рекомендуем подключать датчик к клеммам INxP и INxN одинаковыми проводами, чтобы их сопротивление не влияло на результат. В таком случае абсолютное влияние сопротивления проводов на конечный результат будет 0.003Rw против 2Rw в двух проводной схеме, где Rw — сопротивление одного провода до датчика. А абсолютное влияние разницы сопротивлений на конечный результат составит |Rw1-Rw2|.

Монтаж

Подключение

WB-MAI6 монтируется на стандартную DIN-рейку шириной 35 мм и занимает ширину 3 DIN-модуля.

Клеммный блок «V+ GND A B» с шагом 3.5 мм служит для подключения питания и управления по шине RS-485. Для стабильной связи с устройством важно правильно организовать подключение к шине RS-485, читайте об этом в статье Физическое подключение шины RS-485.

Если устройства, подключенные к шине RS-485, питаются от разных источников питания, их клеммы GND должны быть соединены, подробнее.

Как обжимать наконечники НШВИ

Рекомендуем для монтажа использовать гибкие многожильные провода с обжатием концов втулочными наконечниками (НШВИ — наконечник штыревой втулочный изолированный).

При снятии изоляции провод должен зачищаться ровно по длине гильзы (можно зачистить больше, а потом откусить выступающий излишек). Для обжима (опрессовывания) используйте пресс-клещи (кримпер, «обжимка»). При монтаже обжатый наконечником провод не разрушается винтовым зажимом и надежно фиксируется.

Не прикладывайте чрезмерное усилие при завинчивании клеммы — это приводит к разрушению винтового разъема.

Схемы подключения

Каналы входа можно использовать независимо друг от друга и подключить два разных входных сигнала: например, измерять ток 4...20 мА входом INxP, а входом INxN — напряжение 0...10 В.

Однако, режимы измерения сопротивления по трёхпроводной схеме, режимы измерения напряжения в дифференциальном режиме, а также режим термопары занимают оба канала INxP и INxN.

Представление в веб-интерфейсе контроллера WB

Выбор шаблона

Чтобы устройство появилось на вкладке Устройства в веб-интерфейсе контроллера Wiren Board, добавьте новое serial-устройство и выберите шаблон WB-MAI6.

Управление устройством и просмотр значений

В веб-интерфейсе вы можете управлять выходами устройства и просматривать полученные с него значения. Список отображаемых каналов можно изменить через настройки устройства, доступные на странице выбора шаблона.

Набор контролов меняется в зависимости от настроек каналов измерения.

Настройка

Способы настройки

  1. Указать параметры в веб-интерфейсе контроллера Wiren Board. Перейдите на страницу настройки serial-устройств, выберите порт, найдите или добавьте устройство и измените параметры. Если нужный параметр отсутствует в шаблоне, его можно задать через пользовательские параметры.
  2. Записать настройки в Modbus-регистры модуля из консоли контроллера с помощью утилиты modbus­_client.
  3. Eсли нет контроллера Wiren Board, используйте компьютер с преобразователем интерфейсов USB-RS485.

Мы постоянно совершенствуем наши устройства, поэтому, если вы не нашли описанных в документации настроек — обновите прошивку устройства и программное обеспечение контроллера.

Выбор типа датчика или измерения

По умолчанию в WB-MAI6 все каналы отключены и перед работой нужно выбрать для каждого канала тип подключённого датчика или название типового сигнала. При указании типа датчика измеренные значения будут автоматически пересчитаны в физическую величину, а при выборе датчика с типовым сигналом (4–20 мА, 0-10 В и т.п.) вы сможете указать параметры пересчёта в настройках канала.

Ниже показаны примеры подключения и настройки датчика Pt100 и измерения напряжения 0...30 В.

Подключение двух датчиков к одному каналу

В зависимости от схемы подключения датчика вы можете подключить до двух датчиков на один канал. В списке видов измеряемых сигналов такие позиции начинаются с P — здесь указывается датчик, подключённый к клемме P выбранного канала.

После выбора значения в поле Режим, ниже появится новое поле Канал N, в котором вы можете указать тип датчика, подключённого к клемме N или отключить опрос этой клеммы, установив Отключен.

На примере ниже к четвёртому каналу подключены два датчика:

  1. Клемма P — датчик «Сухой контакт».
  2. Клемма N — датчик с резистивным выходом.

Пересчёт измеренных значений в физическую величину

Для удобства пользователя программное обеспечение WB-MAI6 может пересчитывать измеряемые значения в физическую величину.

При явном указании типа подключенного датчика (терморезистор, термопара и т.п.) измеряемое значение будет пересчитано автоматически. А при выборе одного из типовых сигналов — параметры пересчёта нужно указать в настройках канала, для этого в полях Минимальное пересчитанное значение и Максимальное пересчитанное значение указываются значения физической величины, которые соответствуют минимальному и максимальному значениям диапазона.

Пример ниже показывает подключение и настройку датчика тока SCT-013-015 с выходным сигналом 0–1 В и диапазоном измерений 0...15 А.

Так как в примере датчик подключен к клемме P и выбран режим с приставкой P, то вы можете дополнительно подключить второй датчик к клемме N, для этого установите режим в поле Канал N и выберите один из доступных датчиков. В нашем примере Канал N не используется, поэтому отключён.

Работа с датчиками тока на эффекте Холла

Инструкцию по монтажу смотрите в документации на датчик HSTS016L.

На первом этапе для входа WB-MAI6, к которому подключен датчик, необходимо выбрать режим датчик тока на эффекте Холла (2.5V±0.625V), однополярное подключение и настроить параметры:

  • Номинальный ток (А) — указать номинальный ток из документации на датчик.
  • Сдвиг нуля (А) — вписать 0.
  • Нажать кнопку Записать слева вверху страницы.

На втором этапе нужно снять показания с датчика без установки датчика на провод (или тока в измеряемой цепи быть не должно), после чего:

  • Открыть настройки устройства.
  • Вписать полученное значение в параметр Сдвиг нуля (А), изменив знак на противоположный.
  • Нажать кнопку Записать слева вверху страницы.

Измерение напряжения в дифференциальном режиме

Иногда может потребоваться проводить измерения с плавающим потенциалом, когда ни одна из линий источника не связана с потенциалом земли. Например, при подключении датчиков со стандартным выходом напряжения −50–50 мВ, −2 до +2 В.

Для измерения таких сигналов можно использовать модуль MAI-6 в дифференциальном режиме.

В дифференциальном режиме модуль измеряет разность потенциалов между входными клеммами N и P.. Следует учитывать, что потенциал на линиях INxP и INxN относительно iGND не должен выходить за пределы (0, 5) В. Либо датчик не должен быть связан с iGND.

Длина кабеля, которым подключен источник, должна быть не более 10 м.

Внутреннее сопротивление измерительного входа чуть более 1 МОм. Чтобы измерения были точными, внутреннее сопротивление источника сигнала должны быть как минимум на два порядка меньше.

Если датчику нужно внешнее питание, можно использовать выход модуля. Максимальный ток 150 мА.

Работа по Modbus

Устройства Wiren Board управляются по протоколу Modbus RTU. На физическом уровне подключаются через интерфейс RS-485.

Поддерживаются все основные команды чтения и записи одного или нескольких регистров. Смотрите список доступных команд в описании протокола Modbus.

Настроить параметры модуля можно в веб-интерфейсе контроллера Wiren Board, или через сторонние программы.

Параметры порта по умолчанию

Значение
по умолчанию
Название параметра
в веб-интерфейсе
Параметр
9600 Baud rate Скорость, бит/с
8 Data bits Количество битов данных
None Parity Бит чётности
2 Stop bits Количество стоповых битов

В актуальной версии прошивки устанавливать параметр Stop bits необязательно — устройство будет работать без ошибок и в случае, когда количество стоповых битов не совпадает с настройками Modbus-мастер.

Для ускорения отклика устройств рекомендуем поднять скорость обмена до 115 200 бит/с, см. Настройка параметров обмена данными

Modbus-адрес

Modbus-адрес, установленный на производстве. Слева наклейка на верхней крышке устройства, справа — на боковой стенке

Каждое устройство на линии имеет уникальный адрес в диапазоне от 1 до 247. Адрес устройства, установленный на заводе, указан на наклейках, расположенных на верхней крышке и сбоку. На заводе устройствам Wiren Board в одной партии присваиваются разные адреса, поэтому в вашем заказе, скорее всего, адреса не будут повторяться.

О том, как узнать, изменить или сбросить Modbus-адрес устройства, читайте в статье Modbus-адрес устройства Wiren Board.

Расширение Быстрый Modbus

Начиная с версии прошивки 2.0.0 устройство поддерживает расширение Быстрый Modbus.

Быстрый Modbus добавляет стандартному протоколу Modbus новые полезные функции: быстрое сканирование устройств Wiren Board на шине RS-485 и опрос событий.

Дополнительные возможности активируются специальной командой с мастера. Поэтому устройства Wiren Board можно без проблем использовать с любым сторонним оборудованием.

Подробнее про расширение читайте на странице Быстрый Modbus.

Карта регистров

Таблица Modbus-регистров, режимы работы и типы стандартных датчиков

Обновление прошивки и сброс настроек

В устройствах Wiren Board можно обновлять прошивку по протоколу Modbus. Это даёт возможность устранять найденные в прошивке ошибки на месте монтажа, а иногда и добавлять новые функции, если это возможно технически.

Инструкции:

Узнать о выходе новой версии прошивки можно в Журнале изменений в прошивке.

Известные неисправности

Список известных неисправностей

Ревизии устройства

Номер партии (Batch №) указан на наклейке на боковой поверхности корпуса или на печатной плате.

Ревизия Партии Дата выпуска Отличия от предыдущей ревизии
1.5 v1.5A, v1.5A/1, v1.5B, v1.5B/1, v1.5B/2, v1.5C, v1.5C/1, v1.5D - ... 08.2023 - ...
  • На чипе АЦП ADS1120IRV
  • Четырехслойная плата
1.4 v1.4A 06.2023
  • На чипе АЦП ADS1120IPW
1.2 v1.2A, v1.2A/1, v1.2B, v1.2B/1, v1.2C, v1.2D, v1.2E 12.2022 - 05.2023
  • На чипе АЦП ADS1120IPW
1.2 v1.2A/T 11.2022
  • Первая партия - требуется обновление прошивки!

Изображения и чертежи устройства

Corel Draw 2018 (шрифт — Ubuntu): Файл:WB-Library.cdr.zip

SVG: Файл:WB-MAI6.svg.zip

Габаритный чертеж модуля (DXF): Файл:WB-MAI6.dxf.zip

Габаритный чертеж модуля (PDF): Файл:WB-MAI6.dxf.pdf

База УГО для AutoCAD Electrical: Файл:Wirenboard-AE-base.zip