ЭЛНА - внедренческая фирма

.

Контроллер ЭЛПК-04

НАЗНАЧЕНИЕ

Контроллер предназначен для сбора, измерения и обработки электрических сигналов, поступающих с технологических объектов управления, а также выдачи электрических сигналов управления на указанные объекты, обеспечения обмена между контроллером и центральным диспетчерским пультом.

Контроллер построен по модульному принципу и представляет собой многофункциональный проектно компонуемый комплекс программно-технических средств, имеющий большую гибкость при конфигурировании, что позволяет потребителю методом проектной компоновки выбирать необходимый аппаратный состав для решения различных задач управления, а также быстро перестраивать или наращивать контроллер в случае изменения параметров объекта управления.

Все составные части контроллера являются функционально и конструктивно законченными изделиями. Конструкция контроллера позволяет встраивать его в монтажные шкафы любой конфигурации.

По электрической безопасности контроллер соответствует оборудованию класса II по ГОСТ Р МЭК 60950-2002 и ГОСТ Р 51841-2001.

По условиям эксплуатации, хранения и транспортировки контроллер соответствует требованиям ГОСТ Р 51841-2001 и ТУ 4252-001-17478251-03.


ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ И ХАРАКТЕРИСТИКИ


Функции, выполняемые контроллером:

  • запись в контроллер прикладных программ пользователя, выполненных на языках высокого уровня;
  • сбор, регистрация, измерение, хранение, обработка аналоговых, дискретных сигналов от датчиков управления и сигналов от терморезисторных датчиков (RTD) и термопар;
  • формирование и выдача на объект управления аналоговых и дискретных сигналов постоянного и переменного тока;
  • контроль, управление и автоматическое регулирование технологических процессов и объектов управления в составе автоматизированных систем управления по заданной прикладной технологической программе;
  • оперативный ввод и изменение уставок, коэффициентов и параметров управления;
  • обмен информацией с другими контроллерами или с системами высокого уровня по стандартным интерфейсам (RS–485, EТHERNET);
  • ввод данных с клавиатуры и их отображение на дисплее;
  • контроль и самодиагностику работы контроллера и составляющих модулей.

Состав контроллера

В состав контроллера входят следующие модули и узлы:

  • Блок системный LCBS-15 ЛДАР.469239.112 на 15 модулей УСО, (совмещен с модулем кроссплаты);
  • модули устройств связи с объектом (УСО):
  • модуль ввода/вывода аналоговый 4-канальный IОA-4k (ЛДАР 468155.019);
  • модуль ввода/вывода дискретный 8-канальный IОD-8k (ЛДАР 468154.024);
  • модуль вывода дискретный 5(6)-канальный ОID-5(6)k (ЛДАР 468154.030);
  • модуль измерения частоты одноканальный IF-1k (ЛДАР 468155.024);
  • модуль адаптера 4-канальный USB/RS-485-4k (ЛДАР.469239.104).

Блок системный LРBS-15-0 обеспечивает прием и обработку информации, принимаемой модулями УСО от объекта, управление работой модулей УСО по шине IDO (разработка ЭЛНА на основе USB 2.0), запись, чтение и хранение информации, в том числе пользовательских прикладных программ работы контроллера, обмен информацией с внешними устройствами, ввод данных с клавиатуры и их отображение на дисплее.


Габаритные размеры контроллера и масса блока системного и модулей УСО
ГАБАРИТНЫЙ РАЗМЕР
(ШХВХГ), мм, не более
МАССА,
кг, не более
Блок системный LРBS-15-1 35х403х84 * 1,75
Модули IОA-4k, IОD-8k, ОID-4k, ОID-5(6)k, IF-1k 85х27х135 0,35
    * Без учета креплений.

Технические параметры модулей УСО (ввода-вывода)
Наименование (условное обозначение) модуля. Функциональное назначение. Входная/выходная величина. Состояние выходных контактов. Диапазон изменения физической величины, основная приведенная погрешность канала.
Модуль ввода – вывода дискретный IОD-8k (8 каналов) Регистрация дискретных сигналов постоянного тока: Uвх=(0…6)B/ Лог. «0»
Uвх=(18…30)B/Лог. «1»
=(0…24)B
Uвх=(0…50)B/ Лог. '0'
Uвх=(170…270)B/ Лог. '1'
=(0…220)B
Регистрация дискретных сигналов переменного тока: Uвх=(0…50)B/ Лог. '0'
Uвх=(170…270)B/ Лог. '1'
~(0…220) В
50 Гц
Коммутация дискретных сигналов управления (постоянный ток): Лог '0' — 'P'
Лог '1' — '3'
Нагрузочная способность: 30B/150мA
Модуль адаптера 4-канальный USB/RS-485-4k 4 канала RS-485
Модуль вывода дискретных сигналов OID-5(6)k (5(6) каналов) Коммутация дискретных сигналов управления (переменный/постоянный ток): Режим 5К – 5 гальванически изолированных каналов дискретного вывода (замыкающий контакт). Режим 6К – 3 гальванически изолированные группы контактов с общим входом, в каждой группе – 1- замыкающий и 1 – размыкающий контакты с раздельным управлением каждым контактом. Нагрузочная способность контактов: =30B/3A, ~250B/3A
Модуль аналогового ввода/вывода IОА-4k (4 канала) Вход - от 4 до 20 мА активный источник тока, токопотребляющий датчик £ ± 0,1%
Вход - от 0 до 24 В активный источник £ ± 0,1%
Измерение входных сигналов от термопреобразователей сопротивления (RTD) - медь, платина£ ± 0,1%
Измерение входных сигналов от термопар£ ± 0,1%
Выход - от 4 до 20 мА при нагрузке 50÷500 Ом £ ± 0,1%
Выход - Имитация RTD нагрузка до 1 кОм£ ± 0,1%
Модуль измерения частоты IF-1k (1 канал) Измерение частоты синусоидальных сигналов в т.ч. искаженной формы от 55 Гц до 16 кГц Точность 0,05%

Обмен информацией с совместимыми устройствами

Контроллер обеспечивает обмен информацией:

  • по сети Ethernet (скорость 10/100/1000 мБит/сек) по стандарту IEEE 802.3;
  • по последовательному асинхронному каналу связи RS-485 со следующими параметрами:
    • скорость передачи 115 кБод;
    • физическая линия - кабеля «витая пара» кат. 5Е длиной до 300 м.

Время установления рабочего режима контроллера не более 1 мин.>/p>

Условия эксплуатации и транспортировки

Рабочими условиями эксплуатации контроллера являются:

  • температура окружающего воздуха от +5°С до + 50°С;
  • относительная влажность воздуха до 95% при температурах +35°С и более низких без конденсации влаги;
  • атмосферное давление от 84 кПа до 106,7 кПа.

Контроллер устойчив к воздействию синусоидальной вибрации с частотой от 10 до 150 Гц и амплитудой смещения 0,0375 мм при постоянной, и 0,075 мм – при случайной вибрации.

Контроллер сохраняет работоспособность при отклонении напряжения питания от номинального значения ±10%. При этом пределы допускаемых значений дополнительных погрешностей не должны превышать указанных в ТУ.

Описание узлов контроллера

Блок системный (далее БС) LРBS-15-01

Внешний вид тыльной стороны LPBS-15-01 представлен на рисунке:

Тыльная сторона БС LPBS-15-01p.

Внешний вид лицевой стороны LPBS-15-01 представлен на рисунке:

Лицевая сторона БС LPBS-15-01.

В БС реализована функция внешнего управления питанием модулей УСО (минуя вычислительное ядро).

Вычислительное ядро БС запитано напряжением 12В от DC-DC преобразователя 24V/12V с гальванической развязкой, позволяющей обеспечить защиту вычислительного ядра от помех в цепи питания как со стороны модулей УСО, так и со стороны общей шины питания контроллера.

Вычислительное ядро БС – съемный процессорный модуль микроЭВМ форм-фактора nanoETXexpress, с характеристиками не хуже:

  • тактовая частота не менее – 1,6 ГГц;
  • ОЗУ не менее – 1 Гбайт;
  • флеш диск 4 Гбайт;
  • Ethernet контроллер (10/100/1000 BaseTX);
  • поддерживаемые операционные системы – WinXP emb Standart 2009, Win CE6.0.

Используемые БС интерфейсы и типы разъемов соответствуют приведенным в таблице:


НАЗНАЧЕНИЕ РАЗЪЕМАТИП РАЗЪЕМАИНТЕРФЕЙСКОЛИЧЕСТВО
Основные интерфейсы
1Модули УСОRJ-45IDO (ЭЛНА)15
2Дополнительные устройства USB клавиатура, мышь и т.д.)USB-A USB 1.0, USB2.0 3
3Сеть Ethernet – обмен по локальной сети с аналогичными БС и устройствами верхнего уровня.RJ-4510BASE-FL, 100BASE-T, 1000BASE-T (IEEE 802.3ab) 2
4МониторDVI-D (Dual link) DVI-D1
5Питание 24 ВMVSTBW-2,5/2

Интерфейс IDO предназначен для подачи питания и информационного обмена (=24 В) с модулями УСО по протоколам USB 2.0 и MicroLan (в зависимости от типа подключенного модуля УСО). Предусмотрена возможность индивидуального отключения питания от каждого из модулей УСО автоматически в случае перегрузки (ток потребления более 1,2 А) или программно для аппаратного рестарта модуля. БС фиксирует мощность потребляемую каждым из подключенных модулей УСО.

БС контроллера имеет два порта Ethernet (скорость 10/100/1000 мБит/сек), предназначенных для связи с системами верхнего уровня и организации локальной сети с аналогичными устройствами в которой БС является управляющим устройством или сборщиком информации.

На БС LPBS предустанавливаются операционные системы (ОС):

  • Windows Embedded CE 6.0 R3;
  • Windows Embedded Standart 2009.*

Блок системный контроллера обеспечивает полную поддержку языков программирования в соответствии со стандартом IEC 1131-3.

Время опроса всех модулей УСО соединенных с блоком системным – не ниже 3 мс.

Связь с модулями УСО обеспечивается:

  • в среде ОС Windows Embedded Standart 2009 - фирменной утилитой MLP (разработка фирмы ЭЛНА).
  • в среде ОС Windows Embedded CE 6.0 R3 - фирменной утилитой MLPCE (разработка фирмы ЭЛНА).*
  • *Поставляется по отдельному заказу.

Модули УСО

Модуль ввода/вывода дискретный IОD-8k

Внешний вид модуля IOD-8k представлен на рисунке:

Внешний вид модуля IOD-8k.


Модуль ввода/вывода дискретный 8-канальный IОD-8k обеспечивает прием и регистрацию дискретных сигналов постоянного и переменного тока с автоматическим контролем целостности входных цепей (обрыв) с индикацией состояния входных каналов; выдачу дискретных сигналов управления постоянного тока.

В основе модуля лежит микропроцессор STM32F (архитектура ARM Cortex M3), который выполняет 2 основные функции: с одной стороны он является согласующим элементом между системным блоком и самим устройством УСО. Связь обеспечивается через интерфейс USB 2.0, интегрированный в микропроцессор. Вторая функция: процессор принимает сигналы с дискретных входов, но поскольку они должны обеспечивать функцию контроля целостности цепи (см. рисунок 3.4), поэтому сигнал разбивается на 3 значения – нет, да, обрыв. Для реализации данного способа применяются датчики Холла, которые являются основными элементами в структурной схеме модуля.

Обеспечение контроля целостности цепи.

Принцип действия датчиков основан на эффекте Холла. Основные преимущества этих датчиков заключается в отсутствии механических движущихся частей и высоком быстродействии (до 100 кГц). Благодаря этому датчики Холла отличаются высокой надежностью, долговечностью и не требуют физического контакта с измеряемой средой. Они применяются в первую очередь потому, что измеряют не только переменный, но и постоянный ток в отличие от трансформаторов.

Тип и диапазон входных и выходных сигналов модуля ввода – вывода дискретного IОD-8k приведен в таблице, выбор режима и диапазона – программный:

РежимДиапазон изменения сигналовПараметры сигналовТипы модулей
Лог “0”Лог “1”
Вход дискретный 2 режимаот 0 до 6 Вот 18 до 30 ВПостоянный токIОD-8k, ID-8k24
от 0 до 50 Вот 170 до 270 ВПостоянный токIОD-8k
от 0 до 50 Вот 170 до 270 ВПеременный ток, 50 Гц.IОD-8k, ID-8k220AC
Выходот 0 до 0,4 ВUпит - 0,6 ВПостоянный ток, до 120 мАIОD-8k

Модуль вывода дискретный OID-5(6)k

Внешний вид модуля OID-5(6)k представлен на рисунке:

Внешний вид модуля OID-5(6)k.


Модуль вывода дискретный 5(6)-канальный) ОID-5(6)k обеспечивает выдачу дискретных сигналов постоянного и переменного тока, с индикацией состояния выходных каналов и автоматическим контролем целостности выходных цепей (обрыв, КЗ);

Структурно данный модуль мало отличается от модуля IOD-8k. Он имеет конфигуратор (определенную цоколевку), то есть выводы разбиваются на 3 группы: один общий вывод и 2 разведенных между собой реле. OID-5(6)k оснащен не только функцией контроля обрыва цепи, но и дополнительной функцией контроля КЗ (короткое замыкание). В каждом канале модуля установлен измеритель тока, через который протекает ток пропорциональный напряжению. Для измерения тока установлены чувствительные резисторы (сенсорные), для измерения напряжения в том же диапазоне тока – балансные резисторы:

Измерение тока и напряжения в канале модуля OID-5(6)k.

Для определения целостности цепи, как обрыва, так и КЗ используется программно управляемый генератор тока, который позволяет, задавая величину импульсов напряжения, определить целостность цепи без использования силового реле. При этом величина подаваемого сигнала подбирается такая, чтобы импульс не оказал активного влияния на срабатывание исполнительного механизма, за счет этого можно заранее сказать в каком состоянии находится цепь (обрыв, КЗ).

Выбор типа и количества выходных сигналов в модуле вывода дискретных сигналов OID-5(6)k и его упрощенном варианте OD-5k, OD-6k – программный.

Режим 5К – 5 гальванически изолированных каналов дискретного вывода -нормально разомкнутые контакты (1А).

Режим 6К – 3 гальванически изолированные группы контактов с общим входом, в каждой группе – 1- нормально замкнутый и 1 – нормально размыкающий контакты (1С) с раздельным управлением каждым контактом.

Параметры коммутации:

  • по постоянному току – напряжение от 0 до 30 В, коммутируемый ток при максимальном напряжении – не более 3 А;
  • по переменному току - напряжение от 0 до 250 В, коммутируемый ток при максимальном напряжении – не более 3 А;

Быстродействие модулей OID-5(6)k (время от получения значений от блока LРBS до изменения состояния выходов) не более 14 мсек. для всех 5(6) каналов.

На время перегрузки (КЗ) не возникает риска пожара, повышения температуры или электрического пробоя изоляции. Допустимая частота повторения временных перегрузок выходов – до 6 циклов/мин. В модулях вывода OD-5k, OD-6k - перегрузка не допускается.


Модуль ввода/вывода аналоговый IОА-4k

Внешний вид модуля IOA-4k представлен на рисунке:

Внешний вид модуля IOA-4k.


Модуль ввода/вывода аналоговый 4-канальный IОA-4k обеспечивает:

  • измерение и регистрацию унифицированных аналоговых сигналов следующих видов:
    • силы постоянного тока 4-20 мА по ГОСТ 26.011-80 (с возможностью запитки токопотребляющих датчиков);
    • сигналов от термометров сопротивления (RTD) с номинальной статической характеристикой (НСХ) по ГОСТ Р 8.625-2006 по трехпроводной схеме подключения: 100П (Pt 100), 0..200ºС;*
    • сигналов от термопар с НСХ по ГОСТ Р 8.585-2001 типа К (ТХА), -100…+1000°С *.
    • * По требованию заказчика возможно расширение типов термопреобразователей и термопар.
  • выдачу аналоговых сигналов постоянного тока 4-20 мА;

Основой аналоговых модулей серии IOA-4к являются коммуникационный и измерительный процессоры производства фирмы Silabs. Измерительный процессор выполняет функцию АЦП. Коммуникационный процессор занимается преобразованием низкоскоростного интерфейса SPI в высокоскоростной USB high speed. Структурная схема модуля приведена на рисунке:


Модуль ввода-вывода аналоговых сигналов IОА-4k имеет четыре гальванически развязанных канала.

Пределы допускаемой основной приведенной погрешности каналов ввода-вывода модуля IОА-4k соответствует значениям, приведенным в таблице 3.6.

За нормирующие значение принимается диапазон изменения параметра.

Тип и диапазон входных и выходных сигналов модуля IОА-4k приведены в нижеследующей таблице.

Выбор режима и диапазона – программный.

РежимФункциональное назначение. Входная/ выходная величинаПределы допускаемой основной приведенной погрешности Типы модулей
ВходОт 4 до 20 мА активный источник тока £ ± 0,1%IОА-4k, IА-4k24
От 4 до 20 мА Токопотребляющей датчик £ ± 0,1%IОА-4k
RTD£ ± 0,1%IОА-4k
термопара£ ± 0,1% *IОА-4k
ВыходОт 4 до 20 мА при нагрузке 50÷500 Ом £ ± 0,1%IОА-4k

*без учета погрешности компенсации холодного спая

Пределы допускаемых значений дополнительной погрешности при изменении температуры окружающего воздуха на каждые 10оС в пределах рабочих условий эксплуатации, указанных в п. 3.5, не более единичного значения от пределов значений основных приведенных погрешностей, указанных таблице 3.6.

Пределы допускаемой абсолютной погрешности канала компенсации холодного спая со встроенным датчиком температуры не более 3ºС в рабочем диапазоне температур.

Входное сопротивление измерительных каналов в режиме измерения:

  • постоянного напряжения в диапазоне ±100 мВ – не менее 1,8 МОм;
  • постоянного тока 4 – 20 мА – не более 10 Ом.

Максимальная допустимая перегрузка:

  • по постоянному напряжению – ± 35 В
  • по постоянному току– ±24 мА

Время преобразования сигналов от активных и пассивных датчиков по 4 каналам в модуле IОА (время от изменения сигналов на входе до выдачи значений в блок LРBS и микро монитор OLED) не более 55 мс; RTD и термопар не более 65 мс.

Максимальная нагрузка выходов ЦАП:

  • резистивная – от 50 до 500 Ом;
  • емкостная – не более 106 пФ.

Время преобразования сигналов ЦАП по 4 каналам в модуле IОА-4k (время от получения значений от блока LРBS до изменения сигналов тока на выходе и информации на микро мониторе OLED) не более 20 мс.

Модуль имеет функцию самодиагностики. При неисправности канала ввода – вывода модуля модуль выдает сообщение об ошибке.

Модуль измерения частоты IF-1k

Внешний вид модуля IF-1k представлен на рисунке:

Внешний вид модуля IF-1k.


Модуль измерения частоты одноканальный IF-1k обеспечивает измерение частоты синусоидального сигнала (в т.ч. искаженной формы) и выдача сигнала превышения заданной уставки.

Данный модуль обеспечивает измерение частоты синусоидального сигнала (в том числе искаженной формы) в диапазоне 55-16000 Гц и выдачу сигнала превышения заданной уставки.

Структурная схема:

Структурная схема модуля IF-1k


Количество каналов частотного ввода в модуле измерения частоты IF-1k – 1.

Количество гальванически изолированных каналов дискретного вывода (коммутации) - 2.

Параметры измерения частоты:

  • Тип входного сигнала – синусоидальный, неправильной формы
  • Предел допускаемой приведенной погрешности в рабочем диапазоне температур по п. 3.5, не более 0,05%.
  • Амплитуда входного сигнала - 1 - 12 В.
  • Входное сопротивление в диапазоне сигнала – не менее 1.8 МОм.

Параметры коммутации:

1 группа контактов с общим входом: 1 – нормально замкнутый и 1 – нормально размыкающий контакты (1С). Постоянное, переменное напряжение от 0 до 250 В, коммутируемый ток при максимальном напряжении не более 120 мА.

Модуль адаптера 4-канальный USB/RS-485-4k

Внешний вид модуля USB/RS-485-4k представлен на рисунке:


Модуль адаптера 4-канальный USB/RS-485-4k обеспечивает обмен информацией с совместимыми устройствами по каналу RS-485.

Количество гальванически развязанных каналов RS-485 - 4.

Цоколевка клеммника приведена в приложении 3..

Структурная схема модуля:


Максимальная скорость обмена канала RS-485 в составе ЭЛПК-04 должна быть не менее 256кБод. Максимальная длина линии связи при установленной скорости 256кБод не менее 300м (при использовании кабеля «витая пара» кат. 5Е).

ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ

Контроллер по степени защиты человека от поражения электрическим током соответствует классу II по ГОСТ Р МЭК 60950-2002.

Электрическая изоляция между внешними цепями каналов ввода/вывода всех модулей контроллера относительно общей шины источников стабилизированных напряжений питания выдерживает без пробоя и поверхностного перекрытия напряжение постоянного тока не менее 2500 В.

Электрическая изоляция между входными (выходными) цепями электрически изолированных каналов или группы каналов модулей и входными (выходными) цепями других электрически изолированных каналов или группы каналов тех же модулей должна выдерживать без пробоя и поверхностного перекрытия напряжение постоянного тока не менее 500 В.

Значение электрического сопротивления изоляции между входными (выходными) цепями электрически изолированных каналов или группы каналов модулей и входными (выходными) цепями других электрически изолированных каналов или группы каналов тех же модулей должно быть не менее 5 МОм при нормальных условиях эксплуатации и не менее 1 МОм при верхнем значении температуры эксплуатации.

Уровни радиопомех, создаваемых при работе контроллера, не превышают значений, установленных ГОСТ Р 51318.22-99.

Неметаллические материалы применяемые в БС и модулях УСО плохо подвергаются горению и удовлетворяют требованиям в отношении распространения пламени FV1 по ГОСТ Р 50695-94

К работе с контроллером должны допускаться специалисты, прошедшие специальный инструктаж, внимательно изучившие руководство по эксплуатации ЛДАР.467414.000 РЭ и имеющие допуск к работе с напряжением до 1000 В.

Помещения, где проводится работа с контроллером, должны удовлетворять всем требованиям техники безопасности и нормам ПУЭ.

+7 (499) 198-9704 многоканальный