Модуль аналогового вывода 0-20мА WB-MAO4-20mA
Это черновик страницы. Последняя правка сделана 04.09.2024 пользователем Boris Marochkin.
Назначение
4-х канальный модуль аналогового вывода предназначен для управления устройствами с интерфейсами 0-20мА, 4-20мА: частотными преобразователями, сервоприводами, приводами воздушных заслонок, клапанов и т.д.
Модуль управляется локально с кнопок и с контроллера по шине RS-485 командами по протоколу Modbus.
Технические характеристики
Параметр | Значение |
---|---|
Питание | |
Напряжение питания | 9 В — 28 В постоянного тока |
Потребляемая мощность |
От 0.3 до 2.3 Вт |
Каналы управления | |
Кол-во каналов | 4 |
Выходной сигнал | 0 — 20mA, 4 — 20mA |
Изоляция выходов | Изолированы между собой и изолированы от внутренней схемы модуля. Напряжение изоляции 400В |
Максимальное сопротивление нагрузки | 500 Ом |
Точность | 2% +/- 100uA (при 25С), 3% +/- 100uA (при -40 до +80С) |
Входы | |
Назначение | Считывание дискретных сигналов внешних датчиков, концевиков, выключателей и т.д. |
Тип входов | «Сухой контакт», без гальванической изоляции.
Напряжение на входе около 5 В постоянного тока. Ток при замыкании входа около 5 мА |
Управление | |
Интерфейс управления | RS-485 |
Изоляция интерфейса | Неизолированный |
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 | ~2 c |
Условия эксплуатации | |
Температура воздуха | От −40 до +80 °С |
Относительная влажность | До 95 %, без конденсации влаги |
Климатическое исполнение по ГОСТ 15150-69 | O2.1* |
Гарантийный срок | 2 года |
Срок службы | 5 лет |
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 |
Габариты | |
Ширина, DIN-юнитов | 2 |
Габаритные размеры (Д x Ш x В) | 36 x 90 x 58 мм |
Масса (с коробкой) | 80 г |
Общий принцип работы
Устройство имеет 4 независимых гальванически разделенных выходных канала 20мА.
Каналы модуля — это выходы типа «генератор тока», транзисторы, регулируемые с помощью операционного усилителя по обратной связи с точного шунта. Разрешение по выходному значению примерно 12 бит. Имеются собственные источники питания на 15 вольт. Максимально сопротивление нагрузки канала 500 Ом, т.к. источник питания 15 Вольт — 5 Вольт максимальное падение напряжения на управляющем элементе канала.
Ток возможно задавть напрямую в единицах тока ХХ.ХХХ мА, либо в пересчитываемой величине (process value).
Модуль дополнительно имеет четыре аппаратных входа типа сухой контакт, состояние которых можно считать по Modbus. Входы можно гибко настраивать через назначение действий в зависимости от типа нажатия. Подробнее смотрите в разделе Настройка входов.
Индикация
В модуле есть индикаторы, которые помогут определить его состояние без подключения к контроллеру:
- S — статус обмена по Modbus: загорается при подаче низковольтного питания на модуль и мигает в момент опроса по шине RS-485. В устройствах с включенными событиями Быстрого Modbus ⚡ индикатор мигает более часто чем при стандартном опросе по очереди, так как опрос событий происходит быстрее. В режиме загрузчика редко мигает. При загрузке новой прошивки перестает менять свое состояние.
Также на передней панели модуля есть 4 светодиода индикации состояния каналов. Светодиоды привязаны к выходным каналам модуля и отражают их состояние, а также сообщают об ошибочном состоянии токового интерфейса. Они могут принимать следующие значения:
- выключен — канал не активен;
- включен — канал активен;
- мигает — ток линии не соответствует (меньше) установленного в регистрах значения. Ошибка работы.
Режимы работы
Для каждого канала доступна пара управляющих регистров выходного тока, абсолютного значения и process value (значение процесса).
Также, у каждого канала имеется регистр, задающий рабочий диапазон выходного тока, 0-20мА или 4-20мА.
Если вы хотите задавать ток выхода в абсолютном значении в микроамперах, вы можете использовать регистр абсолютного значения тока. Значения задаются в микроамперах, диапазон 0-20480 (0-20.48мА). Режим работы канала 0-20мА или 4-20мА при записи в этот регистр игнорируется, ток устанавливается в соответствии с записанным значением.
При помощи второго регистра имеется возможность управления выходным током в единицах process value. Такой режим более привычен специалистам, работающим с АСУ ТП. Process value задается в диапазоне 0-1000. В зависимости от установленного режима 0-20мА или 4-20мА значение process value будет автоматически пересчитано в значение тока соответствующего диапазона. То есть если установлен режим 0-20мА, то при process value=0 выходной ток будет 0мА, при process value=1000 выходной ток будет 20мА, если установлен режим 4-20мА, то при process value=0 выходной ток будет 4мА, при process value=1000 выходной ток будет 20мА.
Ток канала всегда выставляется в соответствии с значением, записанным при последнем обращении к любому из регистров, абсолютного значения или process value.
Сигнал ошибки выходного тока
В каждом канале имеется схема, обнаруживающая неадекватное текущее значение выходного тока, меньшее, чем было установлено в управляющих регистрах.
Недостаточное значение или отсутствие тока типично связано с обрывом выходного шлейфа, слишком высоким сопротивлением проводов или нагрузки, или недостаточным напряжением питания шлейфа.
Если значение тока не соответствовало установленному в течение более 10мс, то в регистре ошибки канала выставляется соответсвующий сигнал. Сигнал ошибки в регистре залипает на 1с с момента последнего обнаружения, чтобы имелась возможность его считать при низкой частоте опроса.
Питание выходных шлейфов
Модуль имеет активные выходы в терминологии токовых интерфейсов. Внутри устройства уже имеются источники питания для канала, на каждый канал свой. Напряжение источника питания 15 Вольт и оно определяет максимальное сопротивление проводов шлейфа в совокупности с нагрузкой канала и равняется 500 Ом. При сопротивлении нагрузки в 500 Ом гарантируется ток не менее 20 мА. Собственное падение на схеме модуля невелико, меньше 5В, что и даёт максимальную нагрузку в 500 Ом.
Изоляция и гальваническое разделение
Каждый из выходов имеет гальваническое разделение относительно других выходов, питания модуля и шины RS-485 с практически бесконечным сопротивлением. Это сделано для удобства применения в практических условиях, чтобы можно было создавать самые различные варианты токовых интерфейсов (активный выход, пассивный выход, 2 провода, 3 провода) без риска проблем с земляными петлями. Напряжение гальванического разделения до 400В. Важно отметить, что гальваническое разделение не является рабочей изоляцией с точки зрения электробезопасности и не предназначено для работы с оборудованием, находящимся под сетевым напряжением.
Распознавание типов нажатий
Модуль может распознавать четыре типа нажатий: короткое, длинное, двойное, короткое, а затем длинное.
Обработку нажатий можно использовать на контроллере, куда по Modbus передаются счётчики для каждого типа нажатий, или в самом устройстве для управления выходами.
Параметры распознавания нажатий можно изменять в настройках.
Монтаж
Устройство монтируется на стандартную DIN-рейку шириной 35 мм.
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 в статье Заземление устройств Wiren Board и подключение контактов GND и iGND.
Входы аппаратно распознают типы нажатий, на каждый из которых можно назначить своё действие. Подробно процедура настройки и список доступных действий описаны в разделе Настройка входов.
Срабатывание дискретных входов происходит при их замыкании на клеммы «−» (минус) или GND. Возникающий ток невелик (~5 мА), так что тип кнопки или выключателя может быть любым. Также не играет роли длина и сечение кабеля. Но для предотвращения наводок от близко расположенных силовых линий лучше использовать витую пару и подключать «минус» питания ленты ко второй жиле пары.
Сигналы 0-20мА/4-20мА лучше подключать к исполнительным устройствам витой парой.
Пример монтажа
Пример монтажа модуля WB-MAO4-20mA можно посмотреть на схеме 1.
В примере модуль управляет двумя димерами светодиодных лент с входом 0–10 В. Также он считывает состояние выключателя, логика которого прописывается правилами на контроллере. Модуль питается от контроллера и общается с ним по шине RS-485. Диммеры питаются от отдельного блока питания.
ВНИМАНИЕ: так как минус питания модуля WB-MAO4 неизолирован от минуса выходов, нужно обязательно соединить проводом не менее 1.5 мм2 минусовую клемму блока питания, от которого питается модуль WB-MAO4 с минусовой клеммой блока питания нагрузки.
В примере модуль питается от контроллера Wiren Board, поэтому мы соединяем минус блока питания, от которого питается контроллер с минусом блока питания нагрузки.
Представление в веб-интерфейсе контроллера Wiren Board
Выбор шаблона
Чтобы устройство появилось на вкладке Устройства в веб-интерфейсе контроллера Wiren Board, добавьте новое serial-устройство и выберите шаблон WB-MAO4-20mA.
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 в настройках драйвера wb-mqtt-serial.
Настройка
Способы настройки
- 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.
- Записать настройки в Modbus-регистры модуля из консоли контроллера с помощью утилиты modbus_client.
- 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.
Настройка аналоговых выходов
Вы можете изменить параметры:
- Outputs Mode — выберите один из режимов: 0–20mA или 4-20mA.
- Max output value — максимальное значение физической величины соответствующая току 20мА. Используется для преобразования из физической величины в ток.
Управление выходами через модуль
В WB-MAO4-20mA есть возможность управлять выходами с помощью входов модуля:
- включать или выключать каналы,
- устанавливать ток на выходе как процент от заданного диапазона.
Также добавлена возможность плавно изменять ток на выходе с заданной скоростью.
Параметры выходов:
- Нижний порог диммирования — Значение выхода в мкА, соответствующее уровню 0%.
- Верхний порог диммирования — Значение выхода в мкА, соответствующее уровню 100%.
- Скорость возрастания уровня при плавных переходах. Задается период времени, за который уровень изменится на 1%.
- Скорость убывания уровня при плавных переходах. Задается период времени, за который уровень изменится на 1%.
- Длительность периода повторения действий. Продолжительные действия будут выполняться с указанным периодом в миллисекундах.
Верхний порог диммирования, может быть меньше нижнего. В таком случае напряжение на выходе будет изменяться в заданном диапазоне, но будет обратно пропорционально уровню.
Например: верхний порог = 0 мВ
, нижний порог = 20000 мкА
. Тогда при заданном уровне 70%, на выходе будет 6 мА.
Скорость возрастания/убывания может быть нулевой. Тогда плавные переходы будут отключены и значение уровня будет применяться мгновенно.
Привязка событий с кнопок к выходам
В WB-MAO4-20mA для подключения кнопок доступно 4 дискретных входа, для каждой кнопки обрабатывается 4 типа нажатий: короткое, длинное, двойное, короткое и затем длинное. Таким образом получаем 16 различных событий, для каждого из них существует два параметра для привязки: выход к которому привязано событие и тип действия.
Параметр «Номер выхода» определяет выход модуля, с которым произойдет действие, вызванное событием. Можно выбрать один или сразу все выходы модуля. Также можно не привязывать ни один из выходов, тогда событие будет проигнорировано.
Параметр «Действие с выходом» выбирает действие над выходом, вызываемое событием:
- Включение канала
- Выключение канала
- Переключение состояния канала
- Увеличение выходного уровня
- Уменьшение выходного уровня
- Увеличение/уменьшение выходного уровня
Некоторые комбинации событий и действий, не имеют практического смысла и будут проигнорированы.
Доступные комбинации событий и действий | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|
Тип нажатия | Отключить выход | Включить выход | Переключить состояние выхода | Увеличить уровень | Уменьшить уровень | Увеличить/уменьшить уровень |
Одиночное нажание | Один / все выходы | Один / все выходы | Один выход | Один / все выходы | Один / все выходы | Недоступно |
Долгое нажание | Один / все выходы | Один / все выходы | Один выход | Один / все выходы | Один / все выходы | Один выход |
Двойное нажатие | Один / все выходы | Один / все выходы | Один выход | Один / все выходы | Один / все выходы | Недоступно |
Короткое, затем долгое нажатие | Один / все выходы | Один / все выходы | Один выход | Один / все выходы | Один / все выходы | Один выход |
Поддержка выключателей с фиксацией
В WB-MAO4-20mA есть поддержка выключателей с фиксацией. Для выключателей доступны только действия "Выключить", "Включить", "Переключить".
Необходимо выбрать режим работы входа "Выключатель". Далее настройка привязки действий и каналов в режиме выключателя выполняется аналогичных образом.
Если перечисленных выше параметров нет в веб-интерфейсе контроллера — вы используете одну из предыдущих версий ПО. Смотрите другие варианты настройки модуля в разделе Способы настройки.
Безопасный режим и действия при включении питания
В WB-MAO4-20mA имеется «Безопасный режим» — устройство переходит в него, если отсутствует обмен по Modbus в течение заданного периода времени.
Можно настроить действия для каждого канала при переходе в безопасный режим и изменить режим работы входов.
Также в WB-MAO4-20mA имеется «Действия при включении питания» — можно отдельно для каждого канала задать начальное состояние при включении питания диммера.
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
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
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.
Не все регистры устройства поддерживают генерацию событий, смотрите карту регистров. Регистры с событиями отмечены молнией ⚡. Подробнее читайте на странице Быстрый Modbus.
Карта регистров
Обновление прошивки и сброс настроек
При обновлении прошивки устройства пользовательские настройки удаляются. Если вы задавали настройки в веб-интерфейсе контроллера, то они будут автоматически восстановлены при первом опросе устройства. В устройствах Wiren Board, выпущенных с 2019 года, 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:
- Обновление прошивки
- Настройка параметров подключения
- Modbus-адрес: узнать, сбросить или изменить
- Обновление загрузчика
Узнать о выходе новой версии прошивки можно в Журнале изменений в прошивке.
Известные неисправности
Нет 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 |
---|---|---|---|
1.2 | v1.2A - ... | 09.2024 - ... |
|
Изображения и чертежи устройства
Corel Draw 2018 (шрифт — Ubuntu): Файл:WB-Library.cdr.zip
Visio:
- Устройства Wiren Board: Файл:WB-Visio-Lib.cdr.zip.
- Щиты, автоматы, контакторы и прочее от стороннего разработчика.
SVG: Файл:WB-MAO4.svg.zip
Габаритный чертеж модуля (DXF): Файл:WB-MAO4.dxf.zip
Габаритный чертеж модуля (PDF): Файл:WB-MAO4.dxf.pdf
База УГО для AutoCAD Electrical: Файл:Wirenboard-AE-base.zip