Модули питания

Назначение модулей питания

Модули питания CREVIS предназначены для обеспечения работы электрических цепей систем удаленного ввода-вывода. Они не измеряют сигналы датчиков и не формируют команды для исполнительных устройств, а вводят, расширяют, секционируют, распределяют и фильтруют питание. К этой группе относятся модули расширения системного и полевого питания, клеммные модули распределения 24 В и 0 В, модули подключения экранов кабелей и фильтры питания.

В системах удаленного ввода-вывода используется:

• Системное питание для внутренней электроники: головного устройства, внутренней шины, интерфейсных схем, диагностики и индикации модулей. ПЛК или сетевой адаптер формирует напряжение внутренней шины, а каждый установленный модуль потребляет часть доступного тока. Если расчетного бюджета недостаточно, перед следующей группой устанавливают модуль расширения системного питания.
• Полевое питание для входных и выходных цепей, датчиков и исполнительных устройств. Его напряжение и ток определяются подключенной нагрузкой и характеристиками модулей. Полевую цепь можно разделить на несколько участков с отдельными источниками и аппаратами защиты. Благодаря разделению системной и полевой частей система может сохранять связь и передавать диагностику при отключенной нагрузке, если это предусмотрено конфигурацией.

Модуль питания внутри станции не следует путать с внешним блоком питания. За исключением преобразования 24 В DC в 5 В DC для внутренней шины модулями системного питания, он не создает требуемое полевое напряжение из другого напряжения. Источником энергии остается внешний блок питания или другая питающая сеть, а модуль вводит и распределяет ее в пределах своих допустимых параметров.

Основные типы модулей питания CREVIS

Системное питание и расчет токового бюджета

Системная цепь питает логику модулей, поэтому ее нагрузка определяется не количеством подключенных датчиков, а собственным потреблением каждого электронного модуля. Для участка станции складывают максимальные токи всех модулей, получающих питание от одного источника внутренней шины:

I_сист = I₁ + I₂ + … + I_n.

Полученное значение сравнивают с допустимым током головного устройства или модуля расширения с учетом температуры, условий эксплуатации и проектного резерва. Расчет выполняют по максимальному, а не по среднему потреблению. Если бюджет превышен, станцию делят на участки системного питания. Такой модуль добавляет доступную мощность, но не отменяет ограничения головного устройства по числу модулей, адресному пространству, длине внутренней шины и поддерживаемой конфигурации.

В серии G модуль GT-7511 принимает внешнее питание 24 В DC и формирует для следующего участка G-Bus до 1 А при 5 В DC. Контакты полевой цепи рассчитаны на ток до 10 А с температурным снижением, но это отдельный параметр: запас по полевому току не увеличивает допустимый ток системной шины. Горячая замена GT-7511 не поддерживается.

В серии M модели M7001 и M7002 формируют до 2 А при 5 В DC и допускают горячую замену. В технической документации M700x описаны две функции: расширение токового бюджета и резервирование системного питания. Для резервной пары один модуль назначается основным через контакты P.S., второй работает как резервный; допускается сочетание M7001 и M7002.

Электрические параметры M7001 и M7002 одинаковы, а различие связано с данными. M7001 передает в образ процесса состояния RUN, PRI, ACT и FIELD. M7002 выполняет ту же функцию питания и резервирования, но занимает 0 байт данных. Поэтому пометка «без данных» не означает отсутствие светодиодной индикации, питания полевой цепи или возможности работы в резервной конфигурации.

Секционирование полевого питания

Полевое питание обслуживает электрические цепи дискретных входов, дискретных выходов, аналоговых модулей и подключенных полевых устройств. Секционирование применяют, чтобы разделить датчики и исполнительные механизмы, подключить отдельный источник, организовать независимое отключение группы или подать на следующие модули другой допустимый номинал.

GT-7641 используется в станции серии G, а M7241 — в серии M. Согласно обозначениям моделей, через их полевые контакты можно вводить 5, 24 или 48 В DC, а также 110 или 220 В AC при токе до 10 А. Модуль не преобразует одно напряжение в другое: после него на полевой шине действует напряжение подключенного внешнего источника. Все следующие модули, клеммы, кабели и нагрузки должны быть рассчитаны именно на этот номинал и род тока.

GT-7641 относится к исполнению с ID и имеет индикацию состояния внутренней шины G-Bus. M7241 — модуль без ID для серии M; он выполняет электрическую функцию без отдельной идентификации в конфигурации станции. Модули серии M поддерживают горячую замену, однако это не разрешает работать под напряжением с открытыми клеммами, особенно при 110 или 220 В AC. Полевую цепь отключают и проверяют в соответствии с руководством, схемой шкафа и требованиями электробезопасности.

Секционирование само по себе не является защитой от короткого замыкания. Для каждого источника и группы нагрузки предусматривают автоматический выключатель, предохранитель или электронную защиту, выбранные по току источника, сечению проводников, пусковым токам и характеристикам нагрузки. Номинал 10 А относится к допустимому току контактов участка, а не к каждому подключенному устройству или каждой клемме.

Распределение 24 В, 0 В и подключение экранов

Клеммные модули распределения сокращают количество отдельных клемм в шкафу и позволяют подводить питание полевых устройств непосредственно рядом с сигнальными модулями. GT-7508 предоставляет десять точек 0 В, GT-7518 — десять точек 24 В, а GT-7588 — пять пар 24 В/0 В. В серии M ту же задачу с большей плотностью подключения выполняют M710F с шестнадцатью клеммами 0 В и M711F с шестнадцатью клеммами 24 В. Обе приведенные модели серии M не имеют ID.

Эти модули соединяют клеммы с общей полевой цепью и не являются многоканальными источниками питания. Токи всех ответвлений складываются, а их сумма не должна превышать допустимый ток контактов и внешнего источника. Для рассматриваемых распределительных модулей серии G в документации указано до 10 А при температуре до 50 °C и до 7 А при более высокой температуре; для моделей серии M — до 10 А при температуре до 50 °C и до 9 А при 50…60 °C. В проекте также проверяют сечение проводов, падение напряжения и защиту каждого ответвления.

GT-7408 по технической спецификации является модулем подключения экранов: он предоставляет восемь клемм Shield, одну точку 24 В и одну точку 0 В. Экран сигнального кабеля отводит высокочастотные помехи по предусмотренному проектом пути. Его нельзя автоматически считать защитным проводником PE: назначение, точка соединения с функциональной или защитной землей и подключение с одной либо с двух сторон определяются схемой заземления, требованиями оборудования и условиями электромагнитной совместимости.

Фильтрация системного и полевого питания

GT-7151 и GT-7851 предназначены для цепей 24 В DC. В системной части они обеспечивают защиту от перенапряжений, быстрых переходных процессов EFT и перегрузки по току; в полевой части предусмотрена защита от перенапряжений. Допустимый ток системной цепи составляет до 1,5 А при 5 В DC, а полевой — до 10 А. GT-7851 относится к исполнению с ID, GT-7151 — к исполнению без ID; их основная электрическая функция одинакова.

Фильтр не является стабилизатором напряжения, источником бесперебойного питания или универсальным устройством защиты всего шкафа. Он не заменяет внешние автоматические выключатели, предохранители, устройства защиты от импульсных перенапряжений и меры электромагнитной совместимости, если они требуются проектом. Тип и уровень ожидаемого воздействия сопоставляют с конкретными характеристиками фильтра, внешнего источника и подключенного оборудования.

Особенности модулей с ID и без ID

Исполнение с ID определяется внутренней шиной как отдельный модуль и может передавать предусмотренные производителем состояния. Исполнение без ID выполняет электрическую функцию без отдельной идентификации в конфигурации. Это различие важно при подготовке проекта станции, подсчете данных и диагностике, но не изменяет само назначение клемм или полевых контактов.

Термины «с ID» и «с данными» близки, но не полностью взаимозаменяемы. Например, у M7001 отдельно определена передача четырех состояний в образ процесса, а M7002 имеет нулевой размер данных. Для GT-7851 и GT-7151 документация указывает соответственно ID Type и Non ID Type. При подборе следует проверять не только название карточки, но и таблицу данных конкретной модели и поддержку в конфигурационном программном обеспечении.

Различия модулей питания серий G и M

Модули с обозначением GT относятся к серии G и работают по G-Bus. Для системного питания используется GT-7511 с выходом до 1 А при 5 В, а рассматриваемые модули подключаются через RTB 10. Горячая замена модулей расширения серии G не поддерживается.

Модули M относятся к серии M и работают по M-Bus. M7001 и M7002 формируют до 2 А при 5 В, а модули распределения и расширения полевого питания используют RTB 18. Серия M поддерживает горячую замену электронного модуля, но состояние полевых клемм и необходимость снятия напряжения всегда проверяют отдельно.

Серии G и M имеют разную механику, внутреннюю шину и правила конфигурирования и не являются взаимозаменяемыми. Подробнее это разобрано в материалах «Совместимость модулей серии G и M» и «Что такое горячая замена и резервирование?».

Как выбрать модуль питания

• Определить функцию. Сначала устанавливают, требуется ли увеличить ток внутренней шины, ввести новый участок полевого питания, получить дополнительные клеммы 24 В/0 В, подключить экраны или отфильтровать питание. Модуль распределения не заменяет модуль расширения, а фильтр не является внешним источником.
• Проверить серию и конфигурацию станции. Модуль GT выбирают для G-Bus, модуль M — для M-Bus. Проверяют совместимость с головным устройством, допустимое место установки, число модулей и поддержку конкретного артикула в программном обеспечении.
• Рассчитать системный ток. Складывают максимальное потребление всех модулей следующего участка и сравнивают результат с доступным током: до 1 А для GT-7511 или до 2 А для M7001/M7002. Отдельно учитывают потребление модулей с ID и проектный резерв.
• Рассчитать полевую нагрузку. Суммируют постоянные и пусковые токи датчиков, клапанов, реле и других устройств. Номинал до 10 А является общим пределом участка и уменьшается при повышенной температуре. Источник и аппараты защиты также должны выдерживать расчетную нагрузку.
• Проверить напряжение и род тока. Номинал полевого источника должен поддерживаться всеми следующими модулями и нагрузками. Особенно внимательно проверяют станции с 48 В DC или 110/220 В AC: наличие такого номинала у модуля расширения не означает, что его поддерживает любой последующий модуль ввода-вывода.
• Учесть проводники и падение напряжения. Проверяют допустимое сечение, ток клемм, длину линии и напряжение на самой удаленной нагрузке. Для устройств с большим пусковым током дополнительно оценивают кратковременную просадку источника.
• Организовать защиту участков. Место секционирования согласуют с автоматами, предохранителями, электронной защитой и аварийным отключением. Разделение полевого питания полезно только тогда, когда неисправность одного участка действительно локализуется выбранной схемой защиты.
• Выбрать ID и данные. Для отображения состояний M700x в программе выбирают M7001; если электрическая функция нужна без данных в образе процесса — M7002. Аналогично различают ID- и Non ID-исполнения фильтров и распределительных модулей.
• Проверить условия эксплуатации. Температура влияет на допустимый ток контактов. Также учитывают монтажное положение, вентиляцию шкафа, влажность, вибрацию, требования сертификатов и возможность горячей замены.
• Спроектировать заземление и экранирование. Клеммы Shield используют по принятой схеме электромагнитной совместимости. Они не заменяют защитное заземление корпуса и оборудования, если оно предусмотрено нормативами и документацией.

Пример построения участка питания

В станции серии M головное устройство может питать первую группу модулей, а M7001 — формировать следующий участок M-Bus 5 В/2 А после исчерпания расчетного бюджета. M711F и M710F распределяют 24 В и 0 В между датчиками. Если исполнительные устройства должны получать питание от отдельного источника, перед их модулями устанавливают M7241 и защищают новый участок собственным аппаратом. При необходимости резервирования к M7001 добавляют второй M700x и настраивают основной модуль по схеме производителя.

Точное положение модулей, расчет токов и допустимую последовательность проверяют по руководству головного устройства, спецификациям модулей и проекту шкафа. Актуальные исполнения собраны в каталоге модулей питания CREVIS.