- АЦП – аналого-цифровой преобразователь.
Имя параметра – набор символов, однозначно определяющий доступ к параметру в приборе.
Индекс параметра – числовое значение, отличающее параметры однотипных элементов с одинаковыми именами.
Конфигурация – совокупность значений параметров, определяющих работу прибора.
Конфигурационные параметры – параметры, определяющие конфигурацию прибора. Задаются в программе-конфигураторе.
Мастер сети – прибор (или ПК), инициирующий обмен данными в сети RS-485 между отправителем и получателем данных.
Оперативные параметры – данные, которые прибор передает по сети RS-485.
ПК – персональный компьютер.
Сетевые параметры – служебные параметры, определяющие работу прибора в сети RS-485.
Руководство по эксплуатации
Используемые аббревиатуры и термины
Введение
Настоящее руководство по эксплуатации предназначено для ознакомления обслуживающего персонала с устройством, принципом действия, конструкцией, работой и техническим обслуживанием модуля электроизмерительного МЭ110-3М (в дальнейшем по тексту именуемого «прибор»).
Подключение, регулировка и техническое обслуживание прибора должны производиться только квалифицированными специалистами после прочтения настоящего руководства по эксплуатации.
Назначение
Прибор предназначен для измерения напряжения, силы тока, частоты, мощности, фазового угла и коэффициента мощности в трехфазных сетях и передачи результатов измерений в сеть RS-485.
Прибор может быть использован в составе измерительных систем контроля и управления технологическими процессами на промышленных предприятиях.
Прибор изготавливается в соответствии с ТУ 4221-004-46526536-2011.
Технические характеристики и условия эксплуатации
Технические характеристики
Характеристики прибора
Наименование | Значение |
---|---|
Питание | |
Напряжение питания от сети переменного тока | от 90 до 264 В частотой от 45 до 65 Гц |
Потребляемая мощность, не более | 7,5 ВА |
Измерение фазного напряжения | |
Входной сигнал (действующее значение) | ~(1…400) В, от 45 до 65 Гц |
Входной сигнал (с использованием внешних трансформаторов напряжения) | ~(1 ⋅ 10–3…4000 ⋅ 103) В, от 45 до 65 Гц |
Максимальное допустимое значение, не более 1 с | 800 В |
Основная приведенная погрешность измерений | 0,25 % |
Разрешающая способность | 0,1 В |
Входное сопротивление, не менее | 500 кОм |
Время опроса входа, не более | 1 с |
Количество каналов измерения | 3 |
Измерение линейного напряжения (межфазного) | |
Входной сигнал (действующее значение) | ~(2...580) В, от 45 до 65 Гц |
Входной сигнал (с использованием внешних трансформаторов напряжения) | ~(2 ⋅ 10–3…5800 ⋅ 103) В, от 45 до 65 Гц |
Максимальное допустимое значение, не более 1 с | 800 В |
Основная приведенная погрешность измерений | 0,5 % |
Разрешающая способность | 0,1 В |
Входное сопротивление, не менее | 500 кОм |
Время опроса входа, не более | 1 с |
Количество каналов измерения | 3 |
Измерение силы тока | |
Входной сигнал (действующее значение) | от 0,005 до 5 А |
Входной сигнал (с использованием внешних трансформаторов тока) | от 0,005 ⋅ 10–3 до 50 ⋅ 103 А |
Максимальное допустимое значение, не более 1 с | 10 А |
Основная приведенная погрешность измерений | 0,25 % |
Время опроса входа, не более | 1 с |
Разрешающая способность | 0,001 А |
Входное сопротивление, не более | 0,01 Ом |
Количество каналов измерения | 3 |
Измерение полной, активной и реактивной мощности | |
Входной сигнал (действующее значение) | от 0,02 до 2,00 кВт, кВА, квар |
Входной сигнал (с использованием внешних трансформаторов (напряжения/ток) | от 0,2 ⋅ 10–6 до 200 ⋅ 109 |
Основная приведенная погрешность измерений | 0,5 % |
Время вычисления, не более | 1 с |
Разрешающая способность, Вт, ВА, вар | 1 |
Количество каналов измерения | 3 |
Измерение частоты первой гармоники | |
Действующая частота первой гармоники | от 45 до 65 Гц |
Основная приведенная погрешность измерений | 0,15 % |
Время опроса входа, не более | 1 с |
Разрешающая способность | 0,01 Гц |
Количество каналов измерения (активный) | 1 |
Измерение коэффициента мощности cos φ | |
Диапазон измерения (в рабочем диапазоне мощности) | от 0 до 1 |
Основная погрешность измерений | 1,0 % |
Время вычисления, не более | 1 c |
Разрешающая способность | 0,01 |
Количество каналов измерения | 3 |
Измерение фазового угла | |
Диапазон измерения (в рабочем диапазоне напряжений) | от 10° до 170° |
Основная погрешность измерений | 0,4 % |
Время опроса входа, не более | 1 с |
Разрешающая способность | 1° |
Количество каналов измерения | 3 |
Интерфейс связи RS-485 | |
Скорости обмена | 2400, 4800, 9600, 14400, 19200, 28800, 38400, 57600, 115200 бит/с |
Протоколы связи | DCON, Modbus ASCII, Modbus RTU, ОВЕН |
Входное сопротивление | 12 кОм |
Общие сведения | |
Степень защиты корпуса | IP20 |
Габаритные размеры прибора | (96 × 73 × 110) ± 1 мм |
Масса прибора, кг | 0,5 кг |
Средняя наработка на отказ | 60 000 ч |
Средний срок службы | 10 лет |
Дополнительная погрешность измерения, вызванная изменением температуры окружающей среды относительно нормальной (на каждые 10 °С изменения температуры) – не более 0,5 предела основной погрешности.
Предел дополнительной приведенной погрешности, вызванной воздействием электромагнитных помех – не более 0,5 предела основной погрешности.
Время установления рабочего режима прибора – не более 1 минуты.
По эксплуатационной законченности приборы относятся к изделиям второго порядка.
Гальваническая изоляция
Прибор имеет следующие группы гальванически изолированных цепей:
питания прибора;
интерфейса RS-485;
измерительного входа и цепь заводских настроек.
Электрическая прочность изоляции всех групп цепей относительно друг друга – 2500 В.
Условия эксплуатация
Прибор эксплуатируется в следующих условиях:
закрытые взрывобезопасные помещения без агрессивных паров и газов;
температура окружающего воздуха от минус 20 до плюс 55 °С;
верхний предел относительной влажности воздуха 80 % при +35 °С и более низких температурах без конденсации влаги;
атмосферное давление от 84 до 106,7 кПа.
По устойчивости к климатическим воздействиям во время эксплуатации прибор соответствует группе исполнения В4 по ГОСТ 52931.
По устойчивости к воздействию атмосферного давления прибор относится к группе Р1 по ГОСТ 52931.
По устойчивости к механическим воздействиям во время эксплуатации прибор соответствует группе исполнения N2 по ГОСТ 52931.
По электромагнитной совместимости модули относятся к оборудованию класса А по ГОСТ Р 51522. Если подаются импульсные помехи, то допускается кратковременное прекращение обмена по сети RS-485. Обмен должен восстанавливаться сразу по окончании действия помехи.
Меры безопасности
По способу защиты от поражения электрическим током прибор соответствует классу II по ГОСТ 12.2.007.0.
Во время эксплуатации и технического обслуживания следует соблюдать требования следующих документов:
ГОСТ 12.3.019;
«Правила эксплуатации электроустановок потребителей»;
«Правила охраны труда при эксплуатации электроустановок».
Во время эксплуатации прибора открытые контакты клеммника находятся под опасным для жизни напряжением. Прибор следует устанавливать в специализированных шкафах, доступ внутрь которых разрешен только квалифицированным специалистам.
Любые подключения к прибору и работы по его техническому обслуживанию производить только при отключенном питании прибора и подключенных к нему устройств.
Не допускается попадание влаги на контакты выходных разъемов и внутренние элементы модулей.
Монтаж и демонтаж
Во время монтажа следует соблюдать меры безопасности из раздела.
Перед установкой прибора следует подготовить посадочное место в шкафу электрооборудования. Конструкция шкафа должна обеспечивать защиту прибора от попадания в него влаги, грязи и посторонних предметов.
Установка
Прибор может быть установлен на DIN-рейке 35 мм или закреплен на внутренней стенке шкафа двумя винтами М3 × 15 (винты в комплект поставки не входят).
Для установки прибора на DIN-рейку следует:
Подготовить место на DIN-рейке для установки прибора.
Установить прибор на DIN-рейку.
С усилием придавить прибор к DIN-рейке до фиксации защелки.
Для демонтажа прибора следует:
Отсоединить линии связи с внешними устройствами.
В проушину защелки вставить острие отвертки.
Защелку отжать, после чего отвести прибор от DIN-рейки.
Отсоединение клеммных колодок
Для отсоединения клеммных колодок следует:
Отключить питание модуля и подключенных к нему устройств.
Поднять крышку.
Выкрутить винты.
Снять колодку.
«Быстрая» замена
Конструкция клеммника позволяет оперативно заменить прибор без демонтажа подключенных к нему внешних линий связи.
Для замены прибора следует:
Обесточить все линии связи, подходящие к прибору, в том числе линии питания.
Открутить крепежные винты по краям обеих клеммных колодок прибора.
Отделить съемную часть каждой колодки от прибора вместе с подключенными внешними линиями связи с помощью отвертки или другого подходящего инструмента.
Снять прибор с DIN-рейки или вынуть прибор из щита.
На место снятого прибора установить другой с предварительно удаленными разъемными частями клеммных колодок.
Подсоединить к установленному прибору снятые части клеммных колодок с подключенными внешними линиями связи.
Закрутить крепежные винты по краям обеих клеммных колодок.
Подключение
Порядок подключения
Для подключения прибора следует:
- Подсоединить прибор к источнику питания.
- Подсоединить датчики к входам прибора.
- Подсоединить линии связи интерфейса RS-485.
- Подать питание на прибор.
Общие требования
Подключение к сети переменного тока следует осуществлять к сетевому фидеру, не связанному непосредственно с питанием мощного силового оборудования. Во внешней цепи рекомендуется установить выключатель, обеспечивающий отключение прибора от сети.
Питание постоянным напряжением следует осуществлять от локального источника питания или распределенной сети.
Прибор подключается к сети RS-485 по двухпроводной схеме витой парой проводов с соблюдением полярности. Провод А подключается к выводу А прибора, аналогично соединяются между собой выводы В. На концах линии рекомендуется установить резисторы с сопротивлением 120 Ом.
Для обеспечения надежности электрических соединений входных клемм рекомендуется использовать медные многожильные кабели сечением от 0,75 до 1,5 мм2, концы которых перед подключением следует зачистить и залудить или оконцевать. Жилы кабелей следует зачищать с таким расчетом, чтобы срез изоляции плотно прилегал к клеммной колодке, т. е. чтобы оголенные участки провода не выступали за ее пределы. Последовательность действий при подключении провода к клемме приведена на рисунке ниже.
Помехи и методы их подавления
На работу прибора могут оказывать влияние внешние помехи:
возникающие под действием электромагнитных полей (электромагнитные помехи), наводимые на прибор и на линии связи прибора с первичными преобразователями;
возникающие в питающей сети.
Для уменьшения влияния электромагнитных помех следует:
во время прокладки сигнальных линий от первичных преобразователей их длину следует по возможности уменьшать и выделять их в самостоятельную трассу (или несколько трасс), отделенную от силовых кабелей;
обеспечить надежное экранирование сигнальных линий. Экраны следует электрически изолировать от внешнего оборудования на протяжении всей трассы и подсоединять к заземленному контакту щита управления;
прибор рекомендуется устанавливать в металлическом шкафу, внутри которого не должно быть никакого силового оборудования. Корпус шкафа должен быть заземлен.
Для уменьшения помех, возникающих в питающей сети, следует:
подключать прибор к питающей сети отдельно от силового оборудования;
все заземляющие линии и экраны прокладывать по схеме «звезда» с обеспечением хорошего контакта к заземляемому элементу;
заземляющие цепи выполнять проводами наибольшего сечения;
фильтры сетевых помех (например, ОВЕН БСФ) следует устанавливать в линиях питания прибора.
Схемы подключения
Назначение контактов клеммной колодки
Назначение контактов клеммной колодки прибора
Номер | Наименование | Назначение |
1 | L | Питание переменного тока от 90 до 264 В |
2 | N | Питание переменного тока от 90 до 264 В |
3 | NC | Не подключен |
4 | UA | Вход 1 измерения напряжения |
5 | UN | Нейтраль (входы измерения напряжения) |
6 | UB | Вход 2 измерения напряжения |
7 | UN | Нейтраль (входы измерения напряжения) |
8 | UC | Вход 3 измерения напряжения |
9 | UN | Нейтраль (входы измерения напряжения) |
10 | A | RS-485 линия А |
11 | B | RS-485 линия В |
12 | NC | Не подключен |
13 | IA | Вход 1 измерения тока |
14 | INA | Нейтраль (вход 1 измерения тока) |
15 | IB | Вход 2 измерения тока |
16 | INB | Нейтраль (вход 2 измерения тока) |
17 | IC | Вход 3 измерения тока |
18 | INC | Нейтраль (вход 3 измерения тока) |
Примечание Контакты нейтралей 5, 7, 9 объединены между собой. |
Устройство и принцип работы
Устройство
Прибор имеет три входа для измерения:
напряжения;
силы тока;
частоты;
мощности;
фазового угла;
коэффициента мощности.
Устройство прибора:
аналого-цифровой преобразователь (АЦП);
микроконтроллер;
драйвер RS-485 с гальванической развязкой;
вторичный источник питания (ВИП) с гальванической развязкой.
Структурная схема прибора приведена на рисунке ниже:
Принцип работы
Прибор работает в сети RS-485 по протоколам:
DCON;
Modbus-ASCII;
Modbus-RTU;
ОВЕН.
Для организации обмена данными в сети по интерфейсу RS-485 необходим Мастер сети.
Мастером сети может являться:
ПК;
ПЛК;
панель оператора;
удаленный облачный сервис.
Из-за аппаратных ограничений невозможно использование в приборе следующих сочетаний сетевых параметров:
PrtY = 0, Sbit = 0, Len = 0 (контроль четности отсутствует, 1 стоп-бит, 7 бит);
PrtY = 1, Sbit = 1, Len = 1 (проверка на четность, 2 стоп-бита, 8 бит);
PrtY = 2, Sbit = 1, Len = 1 (проверка на нечетность, 2 стоп-бита, 8 бит).
В сети RS-485 предусмотрен только один Мастер сети.
Прибор конфигурируется на ПК через преобразователь интерфейса RS-485/RS-232 или RS-485/USB (например, ОВЕН АС3-М или АС4) с помощью ПО «Конфигуратор М110» (см. Руководство пользователя на сайте owen.ru).
Управление
Управление режимами работы прибора и считывание из прибора результатов измерения выполняется с использованием команд, передаваемых в сети RS-485. Прибор обеспечивает работу в сети RS-485 с использованием следующих протоколов:
Modbus RTU, чтение/запись;
Modbus ASCII, чтение/запись;
ОВЕН, чтение/запись;
DCON, только чтение.
Протоколы переключаются с помощью параметра T.pro.
Прибор не является Мастером сети, поэтому сеть RS-485 должна иметь Мастера сети, например ПК с запущенной на нем SCADA-системой, контроллер или регулятор.
К прибору предоставляется бесплатный ОРС-драйвер и библиотека стандарта Windows DLL, которые рекомендуется использовать для подключения прибора к SCADA-системам и контроллерам других производителей.
Команды управления конфигурацией прибора обеспечивают запись и чтение конфигурационных параметров, определяющих режимы работы прибора.
Конфигурационные параметры хранятся в энергонезависимой памяти прибора. Их запись выполняется в два этапа. На первом этапе параметры записываются в оперативную память. На втором этапе по специальной команде (Aply) параметры переписываются в энергонезависимую память. Если команда Aply не была подана, то в случае пропадания питания в процессе конфигурации все изменения аннулируются.
Команда Aply кроме перезаписи изменений конфигурационных параметров в энергонезависимую память обеспечивает применение изменений сетевых настроек, что вызывает переход работы прибора на новые сетевые настройки.
Управление прибором по протоколу ОВЕН реализовано в ПО «Конфигуратор М110».
Для работы прибора в составе SCADA-систем по протоколам Modbus и ОВЕН на сайте owen.ru следует скачать бесплатный OPC-сервер.
Индикация
На лицевой панели прибора размещены светодиодные индикаторы:
Индикация
Светодиод | Свечение | Значение |
Питание | Зеленое | Подача на прибор питающего тока |
RS-485 | Погашен | Нет обмена по сети RS-485 |
Мерцает в такт принятым/переданным данным | Выполняется обмен данными | |
Мигает с частотой 1 Гц | Работа в режиме «Заводские сетевые настройки» (см. раздел) | |
Авария | Красное | Возникновение нештатной ситуации (см. таблицу) |
UA, UB, UC, IA, IB, IC | Горит | На входе есть сигнал, сигнал находится в допустимом диапазоне измеряемых значений |
Мигает с частотой 1 Гц | Сигнал вышел за допустимый диапазон измеряемых значений или сигнал на входе отсутствует |
Описание ошибок
Индикатор | Описание ошибки | |
Авария | RS-485 | |
Мигает с частотой 1 Гц | – |
|
Засвечен | Погашен | Отсутствие связи с ПК в течение времени указанного в параметре t.out** в секундах (по умолчанию 600 секунд) |
Примечание * Ошибка «отсутствие связи с АЦП» является более приоритетной, чем ошибка «нарушение чередования фаз». ** Полный перечень параметров прибора приведен в Приложении Команды управления прибором по сети RS-485. |
На лицевой панели прибора под крышкой с маркировкой «ЗАВ. НАСТР. RS-485» расположена кнопка, предназначенная для входа в режим «Заводские сетевые настройки».
Измерение параметров
Действующее напряжение
Входной сигнал, поступающий на клеммы прибора, преобразуется делителем напряжения, реализованным на прецизионных резисторах, и поступает на фильтр нижних частот со срезом на частоте 70 кГц и подавлением 20 дБ/дек. Последующая обработка сигнала выполняется специализированным ΣΔ-АЦП и микроконтроллером, где рассчитывается действующее значение напряжения Vrms по следующей формуле:
где V – значение фазного напряжения;
Т – период;
KV – коэффициент трансформации по напряжению.
Действующий ток
Входной сигнал, поступающий на клеммы прибора, проходит через токовый шунт и поступает на фильтр нижних частот со срезом на частоте 70 кГц и подавлением 20 дБ/дек. Последующая обработка сигнала выполняется специализированным ΣΔ-АЦП и микроконтроллером, где действующий ток Irms рассчитывается по следующей формуле:
где I – значение фазного тока;
KI – коэффициент трансформации по току.
Полная, активная и реактивная мощности
Значения полной, активной и реактивной мощности получают вычислением по формулам, описанным ниже:
Полная мощность
Активная мощность
где φ – угол смещения между V и I.
Реактивная мощность
Соотношение мощностей показано на рисунке ниже:
Частота первой гармоники
Для измерения частоты первой гармоники используется функция специализированного АЦП «пересечение сигналом нулевого уровня». Тогда, в первом канале напряжения, АЦП формирует сигналы для микроконтроллера, разница между которыми по времени пересчитывается в частоту, при этом значение частоты должно попадать в диапазон от 45 до 65 Гц.
Коэффициент мощности
Значения коэффициента мощности cos φ получают вычислением по следующей формуле:
Коэффициент мощности вычисляется в диапазоне измерения мощности – от 0,02 до 2 кВт.
Использование согласующих трансформаторов
Допускается подключение канала напряжения или канала тока через согласующие трансформаторы, в этом случае необходимо установить в параметрах N.u или N.i значения коэффициентов трансформации внешних трансформаторов. По умолчанию подразумевается, что трансформатор не используется, и значение этого параметра равно «1». Параметры могут принимать значения от 0,001 до 9999,000.