WB-MAI Modbus Analog Inputs

From Wiren Board
Jump to: navigation, search
Other languages:
English • ‎русский

Сделать предзаказ в интернет-магазине

WB-MAI, вид сбоку

Назначение

Модуль ввода аналоговый предназначен для:

  • измерения напряжения;
  • измерения тока;
  • 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

Таблица 1. Технические характеристики.
Параметр Значение
Питание
Напряжение питания 12 В – 24 В
Каналы измерения
Число каналов 11 дифференциальных либо 22 нормальных
Измерение напряжения -5 – 5 В в дифференциальном режиме

0 – 5 В в нормальном режиме

Измерение тока 0 – 20 мА
Измерение сопротивления 0 – 5000 Ом
Типы поддерживаемых термопар K
Типы поддерживаемых термометров сопротивления Rt50, Pt100, Pt500, Pt1000, 50П, 100П, 500П, 1000П, 50М, 100М, 500М, 1000М, Ni100, Ni500, NI1000
Погрешность при измерении напряжения ±0.2%
Погрешность при измерении тока ±0.2%
Погрешность при измерении сопротивления ±0.1% для входов INxP

±1% для входов INxN

±(0.1% + 0.003·Rw) для трехпроводной схемы

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

Параметры интерфейса могут быть настроены программно:

Готовность к работе после подачи питания 1 c
Габариты
Габариты 106,25 x 90,2 x 57,5 мм
Условия эксплуатации
Температура воздуха от -40°С до +80°С
Относительная влажность воздуха до 98%, без конденсации влаги

Схемы подключения

Модуль выполнен в пластмассовом корпусе и предназначен для установки в монтажную коробку на DIN рейку.
Рис. 1. Измерение напряжения в дифференциальном режиме.
На рис. 1 показана схема подключения датчика с выходом типа "напряжение" в дифференциальном режиме. Такая схема подходит для датчиков, напряжение на выходе которых может принимать отрицательные значения. Позволяет измерять напряжения от -5 до 5 В.
Рис. 2. Измерение напряжения.

На рис. 2 показана схема измерения напряжения относительно общего провода. Такая схема позволяет измерять только положительные напряжения от 0 до 5 В. Возможно подключение двух датчиков к одному входу.

Рис. 3. Измерение тока.

На рис.3 показана схема подключения датчиков с токовым выходом 0-20 мА (4-20 мА). Нагрузочные резисторы номиналом 100 Ом встроены в прибор и подключаются программно в процессе конфигурирования устройства. Возможно подключение двух датчиков к одному входу.

Рис. 4. Подключение термопары.

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.

Рис. 5. Подключение датчиков "сухой контакт" и измерение сопротивления по двухпроводной схеме.

На рис. 5 показана схема подключения датчиков типа "сухой контакт" либо измерения сопротивления по двухпроводной схеме (показано пунктиром). При использовании двухпроводной схемы сопротивление проводов включается в результат измерения. Из-за внутренних особенностей прибора для входов INxP обеспечивается большая точность при измерении сопротивления, чем для входов INxN. Следует учитывать это при подключении датчиков. Возможно подключение двух датчиков к одному входу.

Рис. 6. Подключение ратиометрических датчиков.

На рис. 6. показана схема подключения ратиометрических датчиков либо переменных резисторов. В этом режиме сигнал с датчика измеряется в процентах - от 0% (уровень GND) до 100% (уровень +5V). Возможно подключение двух датчиков к одному входу.

Рис. 7. Измерение сопротивления по трехпроводной схеме.

На рис. 7 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.

Рис. 8. Измерение сопротивления через измерение тока.

На рис. 8 показана схема измерения сопротивления через измерение тока. Данная схема используется для подключения NTC-термистора. В данном режиме устройство может измерять сопротивления в широком диапазоне - от 150 Ом до 1 МОм. Но следует учитывать, что чем меньше сопротивление NTC, тем больше ток в цепи и самонагрев NTC (в отличие от схем на рис. 5 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 компенсации 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 рекомендуется выбирать максимально низкий data rate - 20 SPS.

Возможные комбинации датчиков для одного входа

К одному входу возможно подключение двух датчиков со следующими ограничениями:

  • Если канал INxP выключен, канал INxN также должен быть выключен
  • Если канал INxP имеет дифференциальный тип, настройки для канала INxN игнорируются
  • 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 подключения канала INxP Возможная схема подключения канала INxN
Рисунок 1 Рисунок 2 Рисунок 3 Рисунок 4 Рисунок 5 Рисунок 6 Рисунок 7 Рисунок 8
Рисунок 1

Измерение напряжения в дифференциальном режиме

Рисунок 2

Измерение напряжения

V V V
Рисунок 3

Измерение тока

V
Рисунок 4

Подключение термопары

Рисунок 5

Подключение датчиков "сухой контакт" и измерение сопротивления по двухпроводной схеме

V V V
Рисунок 6

Подключение ратиометрических датчиков

V V V
Рисунок 7

Измерение сопротивления по трехпроводной схеме

Рисунок 8

Измерение сопротивления через измерение тока

V

Описание Modbus-регистров

Все modbus-регистры устройства разделены на 3 группы:

  • Параметры устройства
  • Настройка измерительных каналов
  • Измеренные значения

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.
Адрес HEX Адрес DEC Тип Чтение/запись Значение по умолчанию Формат Назначение
Параметры устройства
0x006E 110 holding RW 96 baud rate / 100 Скорость порта RS-485, делённая на 100. Допустимые скорости: 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200
0x006F 111 holding RW 0 0, 1, 2 Настройка бита чётности порта RS-485. Допустимые значения: 0 - нет бита чётности (none), 1 - нечётный (odd), 2 - чётный (even)
0x0070 112 holding RW 2 1, 2 Количество стоп-битов порта RS-485. Допустимые значения: 1, 2
0x0078 120 holding RW 0 отличное от 0 Рестарт. Запись в регистр вызывает перезагрузку МК без сохранения состояния
0x0080 128 holding RW 1 Modbus-адрес устройства
0x00C8 - 0x00CE 200 - 206 input R {'M','A','I',0,0,0} Сигнатура
0x00DC - 0x00F1 220 - 241 input R __date__ __time__ Дата сборки прошивки
0x00FA - 0x010D 250 - 269 input R строка, null-terminated Версия прошивки
0x010A - 0x010F 266 - 271 input R Уникальный идентификатор (S/N)
Настройка измерительных каналов
0xX400 4096·X + 1024 holding RW 0 Таблица 4, таблица 5 Тип датчика, подключенного к каналу INxP либо к INx в дифференциальном режиме (см. таблицы 4 и 5)
0xX401 4096·X + 1025 holding RW 0 Таблица 4, таблица 5 Тип датчика, подключенного к каналу INxN (см. таблицы 4 и 5)
0xX402 4096·X + 1026 holding RW 0 0, 20, 45, 90, 175, 330, 600, 1000 Data rate для каналов INxP либо INx в дифференциальном режиме, SPS. 0 - канал выключен
0xX403 4096·X + 1027 holding RW 0 0, 20, 45, 90, 175, 330, 600, 1000 Data rate для каналов INxN, SPS. 0 - канал выключен
0xX404 4096·X + 1028 holding RW 0 0 - 50 Число непрерывных измерений для каналов INxP либо INx в дифференциальном режиме
0xX405 4096·X + 1029 holding RW 0 0 - 50 Число непрерывных измерений для каналов INxN
0xX406 4096·X + 1030 holding RW 0 0 - 65000 Характерное время lowpass-фильтра для каналов INxP либо INx в дифференциальном режиме, мс
0xX407 4096·X + 1031 holding RW 0 0 - 65000 Характерное время lowpass-фильтра для каналов INxN, мс
0xX408 4096·X + 1032 holding RW 0 16-bit signed int Нижняя граница диапазона измерения активного датчика для каналов INxP либо INx в дифференциальном режиме
0xX409 4096·X + 1033 holding RW 0 16-bit signed int Нижняя граница диапазона измерения активного датчика для каналов INxN
0xX40A 4096·X + 1034 holding RW 1000 16-bit signed int Верхняя граница диапазона измерения активного датчика для каналов INxP либо INx в дифференциальном режиме
0xX40B 4096·X + 1035 holding RW 1000 16-bit signed int Верхняя граница диапазона измерения активного датчика для каналов INxN
0xX40C 4096·X + 1036 holding RW 0 0 (авто), 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128 Коэффициент усиления для каналов INxP либо INx в дифференциальном режиме
0xX40D 4096·X + 1037 holding RW 0 0 (авто), 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128 Коэффициент усиления для каналов INxN
Измеренные значения
0xX500 4096·X + 1280 input R 0 32-bit signed int Измеренное значение для канала INxP либо дифференциального канала INx
0xX502 4096·X + 1282 input R 0 32-bit signed int Измеренное значение для канала INxN
0xX504 4096·X + 1284 input R 0 16-bit signed int Пересчитанное в физическую величину значение для канала INxP либо дифференциального канала INx
0xX505 4096·X + 1285 input R 0 16-bit signed int Пересчитанное в физическую величину значение для канала INxN
0xX506 4096·X + 1286 input R 1 16-bit signed int Текущий коэффициент усиления для канала INxP либо дифференциального канала INx
0xX507 4096·X + 1287 input R 1 16-bit signed int Текущий коэффициент усиления для канала INxN
0x0600 1536 input R 0 16-bit signed int Напряжение на клеммах +5V, мВ
0x0601 1537 input R 0 16-bit signed int Температура внутри устройства, °C·100

Так как каждый вход поддерживает и дифференциальный (схемы на рис. 1,4,7) и нормальный режим (схемы на рис. 2,3,5,6) работы, то тип датчика задается для входов INxP и INxN в отдельности в соответствующих регистрах 0xX400 и 0xX401, где X - номер входа от 1 до 11 в шестнадцатеричной системе счисления (от 0x1 до 0xB).

Если для канала установлен автоматический коэффициент усиления, скорость опроса канала может быть снижена из-за необходимости производить несколько измерений для подбора коэффициента усиления.

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

Если для входа INxP установлен дифференциальный режим, значение регистров конфигурации входов INxN игнорируются. Для входов INxN может быть установлен только нормальный режим.

Описание режимов работы устройства

Устройство позволяет для каждого входа настроить следующие режимы работы:

  • Измерение напряжения относительно +5В (в дифференциальном или нормальном режиме)
  • Измерение напряжения (в дифференциальном или нормальном режиме)
  • Измерение сопротивления (в дифференциальном или нормальном режиме)
  • Измерение тока (только в нормальном режиме)
  • Измерение сопротивления через измерение тока (только в нормальном 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" (0xX400, 0xX401) 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.
Тип

измеряемого

сигнала

Режим входа Код

HEX

Код

DEC

Описание Коэффициент

усиления

Диапазон измерения Погрешность Формат

выходных

данных

Измерение

напряжения

относительно +5В

Нормальный 0x0000 0 Измерение напряжения с ратиометрических датчиков (схема на рис. 6)

Измерение напряжения от 0 до 5В (схема на рис. 2)

1 0...(+5V) ±0.1% % · 100
2 0...(+5V / 2)
4 0...(+5V / 4)
Дифференциальный 0x0100 256 Измерение напряжения в дифференциальном режиме от -5 до 5 В (схема на рис. 1) 1 ± (+5V) ±0.1%
2 ± (+5V / 2)
4 ± (+5V / 4)
Измерение

напряжения

Нормальный 0x0001 1 Измерение напряжения в нормальном режиме от 0 до 2 В (схема на рис. 2) 1 0...2048 мВ ±0.2% мВ · 100
2 0...1024 мВ
4 0...512 мВ
Дифференциальный 0x0101 257 Измерение напряжения в дифференциальном режиме от -2 до 2 В (схема на рис. 1)

Измерение напряжения с термопары (схема на рис. 4)

1 ± 2048 мВ ±0.2%
2 ± 1024 мВ
4 ± 512 мВ
8 ± 256 мВ ±0.25%
16 ± 128 мВ
32 ± 64 мВ
64 ± 32 мВ
128 ± 16 мВ
Измерение

сопротивления

Нормальный

для входов INxP

0x0002 2 Измерение сопротивления по двухпроводной схеме (схема на рис. 5)

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

1 0...5000 Ом ±0.1% Ом · 100
2 0...2550 Ом
4 0...1275 Ом
Нормальный

для входов INxN

1 0...5100 Ом ±1% номинальная

±6% максимальная

2 0...2550 Ом
4 0...1275 Ом
Дифференциальный

(трехпроводная схема)

0x0102 258 Измерение сопротивления по трехпроводной схеме (схема на рис. 7) 1 0...5000 Ом ±0.1%
2 0...2550 Ом
4 0...1275 Ом
Измерение

тока

Нормальный 0x0003 3 Измерение тока от 0 до 20 мА (схема на рис. 3) 1 0...20.48 мА ±0.2% мА · 10000
2 0...10.24 мА
4 0...5.12 мА
Измерение сопротивления

через измерение тока в цепи

Нормальный 0x0004 4 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.

1 200 Ом .. 250 кОм ±3% в конце диапазона

±1,5% в середине диапазона

±0.5% в начале диапазона

Ом
2 500 Ом .. 500 кОм
4 1200 Ом .. 1 МОм

Типы поддерживаемых стандартных датчиков

Поддерживаемые типы стандартных датчиков приведены в таблице 5. При использовании стандартных датчиков значения регистров 0xX40A и 0xX40B (коэффициент усиления) игнорируется. Стандартные датчики имеют код 0x1XXX.

Таблица 5. Типы стандартных датчиков
Код датчика

HEX

Код датчика

DEC

Описание Коэффициент

усиления

Формат

сырых данных

Формат

пересчитанных данных

Погрешность
Термоэлектрические преобразователи

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

0x1000 4096 ТХА (K) 32 мВ · 100 °C · 10 ±0.5 °С
Термометры сопротивления по двухпроводной схеме

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

0x1100 4352 Pt 50 (α = 0,00385 °C -1) 4 Ом · 100 °C · 10 ±0.4 °С
0x1101 4353 Pt 100 (α = 0,00385 °C -1) 4
0x1102 4354 Pt 500 (α = 0,00385 °C -1) 2 ±0.25 °С
0x1103 4355 Pt 1000 (α = 0,00385 °C -1) 1
0x1110 4368 50П (α = 0,00391 °C -1) 4 ±0.4 °С
0x1111 4369 100П (α = 0,00391 °C -1) 4
0x1112 4370 500П (α = 0,00391 °C -1) 2 ±0.25 °С
0x1113 4371 1000П (α = 0,00391 °C -1) 1
0x1120 4384 50М (α = 0,00428 °C -1) 4 ±0.35 °С
0x1121 4385 100М (α = 0,00428 °C -1) 4
0x1122 4386 500М (α = 0,00428 °C -1) 4 ±0.25 °С
0x1123 4387 1000М (α = 0,00428 °C -1) 2
0x1130 4400 Ni 100 (α = 0,00617 °C -1) 4
0x1131 4401 Ni 500 (α = 0,00617 °C -1) 2 ±0.2 °С
0x1132 4402 Ni 1000 (α = 0,00617 °C -1) 1
Термометры сопротивления по трехпроводной схеме

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

0x1200 4608 Pt 50 (α = 0,00385 °C -1) 4 Ом · 100 °C · 10 ±0.4 °С
0x1201 4609 Pt 100 (α = 0,00385 °C -1) 4
0x1202 4610 Pt 500 (α = 0,00385 °C -1) 2 ±0.25 °С
0x1203 4611 Pt 1000 (α = 0,00385 °C -1) 1
0x1210 4624 50П (α = 0,00391 °C -1) 4 ±0.4 °С
0x1211 4625 100П (α = 0,00391 °C -1) 4
0x1212 4626 500П (α = 0,00391 °C -1) 2 ±0.25 °С
0x1213 4627 1000П (α = 0,00391 °C -1) 1
0x1220 4640 50М (α = 0,00428 °C -1) 4 ±0.35 °С
0x1221 4641 100М (α = 0,00428 °C -1) 4
0x1222 4642 500М (α = 0,00428 °C -1) 4 ±0.25 °С
0x1223 4643 1000М (α = 0,00428 °C -1) 2
0x1230 4656 Ni 100 (α = 0,00617 °C -1) 4
0x1231 4657 Ni 500 (α = 0,00617 °C -1) 2 ±0.2 °С
0x1232 4658 Ni 1000 (α = 0,00617 °C -1) 1
Датчики с токовым выходом

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

0x1300 4864 от 0 до 5 мА 4 мА · 10000 0 мА = нижняя граница (регистры 0xX408 / 0xX409)

5 мА = верхняя граница (регистры 0xX40A / 0xX40B)

±0.25 %
0x1301 4865 от 0 до 20 мА 1 мА · 10000 0 мА = нижняя граница (регистры 0xX408 / 0xX409)

20 мА = верхняя граница (регистры 0xX40A / 0xX40B)

±0.25 %
0x1302 4866 от 4 до 20 мА 1 мА · 10000 4 мА = нижняя граница (регистры 0xX408 / 0xX409)

20 мА = верхняя граница (регистры 0xX40A / 0xX40B)

±0.25 %
Датчики с выходом "напряжение" в нормальном режиме

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

0x1400 5120 от 0 до 1 В 2 мВ · 100 0 В = нижняя граница(регистры 0xX408 / 0xX409)

1 В = верхняя граница (регистры 0xX40A / 0xX40B)

±0.2 %
Датчики с выходом "напряжение" в дифференциальном режиме

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

0x1500 5376 от -50 до 50 мВ 32 мВ · 100 -50 мВ = нижняя граница(регистры 0xX408 / 0xX409)

50 мВ = верхняя граница (регистры 0xX40A / 0xX40B)

±0.2 %
Датчики контактные (сухие)

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

0x1600 5632 Сухой контакт 1 Ом · 100 0 - датчик разомкнут или отсутствует

1 - датчик замкнут

NTC термисторы

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

0x1700 5888 NTC 10k (B = 3988 K) 1 - 4 (авто) Ом °C · 10 Ниже -40 °С: ±1 °С

От -40 до -20 °С: ±0.5 °С

Выше -20 °С: ±0.25 °С

Примеры конфигурации устройства

В таблице 6 приведено несколько примеров конфигурации устройства. Адреса регистров приведены для канала №1. Для использования других каналов адреса следует пересчитать в соответствии с таблицей 3.

В таблице заполнены только те ячейки, которые влияют на конфигурацию входа для измерения сигналов с указанных датчиков. В остальные регистры конфигурации следует записать "0".

Таблица 6. Примеры конфигурации устройства.
Адрес регистра Примеры конфигураций для некоторых датчиков
Измерение температуры

термопарой K-типа

(подключена к входу IN1).

Схема на рис. 4

Измерение температуры

термометров сопротивления Pt1000

по трехпроводной схеме

(подключен к входу IN1).

Схема на рис. 7

Измерение сигнала с

датчика с токовым выходом 4-20 мА

(подключен к входу IN1P).

Схема на рис. 3

Измерение температуры

NTC-термистором

10 кОм, B = 3988 K.

Схема на рис. 8

Регистры конфигурации
0x1400 0x1000 0x1203 0x1302 0x1700
0x1401
0x1402 20 20 20 20
0x1403
0x1404 0 0 0 0
0x1405
0x1406 100
0x1407
0x1408 800
0x1409
0x140A
0x140B
Регистры измеренных значений
0x1500 Напряжение на термопаре, мВ · 100 Сопротивление датчика, Ом · 100 Ток, мА · 10000 Сопротивление датчика, Ом
0x1502
0x1504 Температура спая, °C · 10 Температура датчика, °C · 10 100 - при токе 4 мА; 800 - при токе 20 мА

если значение не в диапазоне [100..800], датчик неисправен или отсутствует

Температура датчкика, °C · 10
0x1505
0x1506
0x1507