Vlastnosti modulů MicroUnit serie

Přehled základních vlastností

Následující vlastnosti jsou společné pro moduly MicroUnit serie:

komunikační linka RS-485 s přepěťovou ochranou transily
standardní protokol Modbus RTU s širokou podporou včetně programovatelných automatů; alternativně kanálově orientovaný komunikační protokol AIBus-2 (doba pro přenos dat jednoho kanálu nepřesahuje 3 ms pro rychlost 115,2 kBd)
datové přenosy až do rychlostí 230,4kBd
konfigurační paměť EEPROM se softwarovým i hardwarovým blokováním zápisu (část paměti k dipozici pro uživatelská data)
spolehlivý "watchdog" zabraňující havárii firmware vlivem vnějšího rušení
základní provedení pro rozsah okolních teplot -10÷60°C, alternativně až -40÷70°C s možností klimatického funkčního testu prováděného na každém kusu

Standardní mechanické provedení

Moduly MicroUnit serie jsou instalovány v plastových pouzdrech Modulbox určených pro montáž na DIN lištu 35mm; přednostně jsou využívána pouzdra Modulbox se šířkou 55mm nebo 105mm (viz výkresy Modulbox 3M a Modulbox 6M).

Na dolním a horním okraji pouzder jsou umístěny šroubovací svorky pro připojení napájecího napětí, komunikační linky a technologických signálů. V nevyužitých pozicích některých svorek jsou zpravidla umístěny indikační LED pro signalizaci napájecího napětí, aktivity komunikační linky nebo stavu digitálních vstupů a výstupů.

Moduly v odlišném provedení

Kromě instalace do pouzder Modulbox jsou moduly MicroUnit serie vyráběny i v odlišných provedeních.

Nejčastější alternativu lze demonstrovat na modulech digitálních portů s vysokým počtem I/O signálů (řada MU-3200) vestavěných do otevřených pouzder modulární šířky doplněných o průhledný plexi kryt zabraňujícím poškození součástek.

Speciální zakázkové typy jsou rovněž dodávány i v robustních kovovových pouzdrech nebo jako nepouzdřené desky různých rozměrů určené pro vestavbu do zařízení.

Komunikační protokoly Modbus RTU a AIBus-2

Všechny moderní typy modulů MicroUnit serie mají implementován standardní a velmi rozšířený komunikační protokol Modbus RTU umožňující realizaci sítí s architekturou "master - slave" a rozsahem do 255 jednotek. Současně je z důvodu zpětné kompatibility implementován firemní, kanálově orientovaný protokol AIBus-2; implementovány jsou současně oba typy protokolů (součástí softwarové konfigurace je tedy i volba protokolu).

V nových systémech doporučujeme používat protokol Modbus RTU.

Moduly komunikují s nadřízeným systémem prostřednictvím seriové linky RS-485 s volitelnou rychlostí od 2400Bd do 115,2kBd (všechny typy), některé typy pak již od 600Bd nebo až do 230,4kBd. Jedním segmentem linky RS-485 lze přenášet data až na vzdálenost 1200 metrů; v případě využití repeaterů RS-485 lze překlenout vzdálenost až 4800 metrů (vychází z obecného doporučení nejvýše tří repeaterů vložených do datové trasy). Značný dosah tak umožňuje efektivní výstavbu distribuovaných systémů při současném umístění modulů v bezprostřední blízkosti technologických čidel.

Napájecí napětí, volba zdroje

Všechny moduly vyvíjené od roku 2006 jsou určeny pro stejnosměrné napájecí napětí v rozsahu 10÷30V_DC. Jsou vybaveny spínaným zdrojem, jejich příkon je tedy přibližně konstantní v celém rozsahu povoleného napájecího napětí a v technických parametrech je proto udáván příkon namísto proudového odběru.

Pro výpočet proudového odběru platí jednoduchý vzorec
proud[A] = příkon[W] : napětí[V]

Například modul s příkonem 2,4W tedy odebírá při napájecím napětí 24V_DC proud 100mA, avšak při napětí 10V_DC proud dosahuje 240mA.

Výše zmíněnou obecnou vlastnost spínaných zdrojů je potřeba zohlednit při volbě napájecího zdroje - musí být schopen rozběhu do vyšší proudové zátěže. V této souvislosti je současně vhodné poznamenat, že napájecí zdroj modulů vykazuje efektivní kapacitu cca 300µF.

V technických parametrech modulů je udáván mezní příkon s rezervou cca 20%. Reálný příkon většiny typů je téměř nezávislý na konfiguraci a stavu I/O signálů, výjimkou jsou moduly analogových výstupů a reléové moduly, jejich příkon ve stavu bez zátěže, popř. s neaktivními relé, klesá i pod 50% příkonu s plně zatíženými nebo aktivovanými výstupy. Mezní příkon je proto kalkulován vždy v nejnepříznivější konfiguraci a při zatížení výstupů mezní povolenou zátěží.

Při výběru napájecího zdroje postačuje sečíst příkon připojených modulů (v případě modulů s definovaným proudem je příkon stanoven jako součin proudu a napětí) a použít zdroj s rezervou zvolenou zejména podle klimatických podmínek a teplotní charakteristiky konkrétního zdroje.

Klimatické podmínky

Všechny standardně dodávané moduly jsou určeny pro rozsah okolních teplot -10÷60°C při relativní vlhkosti do 90%.

Celou řadu typů lze však na zakázku dodat v provedení pro rozsah okolních teplot až -40÷70°C a to včetně klimatického funkčního testu prováděného na každém dodaném kusu, případně i ověřením přesnosti v limitních teplotách.

Zpracovávané signály

Z hlediska charakteru lze zpracovávané signály rozdělit do několika skupin:

Analogové vstupní signály

Analogové vstupy modulů umožňují v závislosti na typu modulu zpracovat stejnosměrné napětí v rozsazích od 20mV do 10V, stejnosměrný proud 20mA, signály odporových čidel a teploměrů, termočlánků, tenzometrů apod. Způsob připojení je určen typem modulu a čidla a je popsán v uživatelské příručce jednotlivých modulů.

Vybrané moduly jsou schopné kromě stejnosměrných signálů měřit i signály střídavé s frekvencí 50Hz, numericky stanovovat skutečnou efektivní hodnotu a v případě třífázových soustav moduly navíc hodnoty fázových i sdružených napětí.

Analogové vstupy jsou vždy izolovány od napájecího napětí, komunikační linky a digitálních vstupů/výstupů; jednotlivé vstupy však nejsou izolovány vzájemně.

Analogové výstupní signály

Analogové výstupy jednokanálových modulů jsou řešeny jako napěťové nebo proudové; v obou případech jsou izolovány od ostatních obvodů. Výstupy vícekánálových modulů nejsou izolovány vzájemně.

Digitální vstupní signály, resp. vstupy čítačů

Digitální vstupy lze dělit na neizolované (vstupy jsou spojeny s napájecím zdrojem a komunikační linkou), samostatně izolované (každý vstup je izolován od všech dalších obvodů modulu) nebo společně izolované (skupina vstupů izolována od napájecího zdroje a komunikační linky, avšak ne vzájemně).
Podrobně viz zjednodušená schemata v tabulce níže.

Obvodové schéma	Popis
neizolované	vstupy pro signály TTL, 24V_DC nebo bezpotenciálový kontakt
samostatně izolované bipolární	samostatně izolované bipolární vstupy pro signály 24V_DC obou polarit, resp. po doplnění filtrem 50Hz i pro signály 24V_AC
samostatně izolované unipolární	samostatně izolované unipolární vstupy pro signály 24V_DC (v moderních modulech bylo nahrazeno bipolárními vstupy)
společně izolované bipolární	společně izolované bipolární vstupy pro signály 24V_DC obou polarit, resp. po doplnění filtrem 50Hz i pro signály 24V_AC
izolované unipolární se společným kladným pólem	izolované unipolární se společným kladným pólem vstupy pro signály 24V_DC (v moderních modulech bylo nahrazeno bipolárními vstupy)
izolované unipolární se společným záporným pólem	izolované unipolární se společným záporným pólem vstupy pro signály 24V_DC (v moderních modulech bylo nahrazeno bipolárními vstupy)

Poznámka: Kromě výše popsaných jsou ještě používány specifické typy vstupů, například RS-422 pro inkrementální snímače nebo optronem oddělené SSI vstupy.

Digitální výstupní signály

Digitální výstupy lze dělit na neizolované (výstupy jsou spojeny s napájecím zdrojem a komunikační linkou), samostatně izolované (každý výstup je izolován od všech dalších obvodů modulu) nebo společně izolované (skupina výstupů izolována od napájecího zdroje a komunikační linky, avšak ne vzájemně).
Podrobně viz zjednodušená schemata v tabulce níže.

Obvodové schéma	Popis
neizolované NPN	nejjednodušší výstupy určené například pro spínání relé a stykačů (typické spínací vlastnosti: 30V_DC a 300mA)
samostatně izolované	výstupy určené například pro spínání relé a stykačů oddělelně od napájecího zdroje modulu (typické spínací vlastnosti: 30V_DC a 300mA)
společně izolované NPN	výstupy určené například pro spínání relé a stykačů oddělelně od napájecího zdroje modulu, zátěže propojeny kladným pólem a spínány proti GND (typické spínací vlastnosti: 30V_DC a 300mA)
společně izolované PNP	výstupy určené například pro spínání relé a stykačů oddělelně od napájecího zdroje modulu, zátěže propojeny GND a spínány napětím +24V (typické spínací vlastnosti: 30V_DC a 300mA)
výkonové relé	výstupy určené pro přímé spínání zátěže, kontakty jsou chráněny proti přepěťovým špičkám varistory (typické spínací vlastnosti: 250V_AC a 3A, resp. 30V_DC a 3A)
výkonový triak	výstupy určené pro přímé spínání zátěže, triaky chráněny proti přepěťovým špičkám varistory (typické spínací vlastnosti: 250V_AC a 2A)

Poznámka: Kromě výše popsaných jsou ještě v některých případech používány specifické typy výstupů, například TTL.

Inteligentní periferie

Některé moduly MicroUnit serie mají kromě jednoduchých I/O funkcí implementovány algoritmy pro inteligentní zpracování vstupních signálů.

Inteligentní čítače s výpočetní jednotkou

Vybrané typy čítačových modulů jsou vybaveny výpočetní jednotkou umožňující nejen běžné čítaní impulzů, ale navíc zpracování výkonným výpočetním modulem zajišťujícím po zadání impulzního čísla:

výpočet okamžitého odběru
výpočet celkového odběru
zachycení hodnot pomocí externího signálu (např. čtvrthodinové maximum)
zachycení hodnot v předem stanovený čas
zálohování údajů při výpadku napájecího napětí
alternativně obvod reálného času (RTC)

Z uvedeného přehledu funkcí je zřejmé, že tyto moduly jsou předurčeny pro nasazení s různými průtokoměry, elektroměry, apod.

Čítače pro zpracování signálů inkrementálních čidel

Tyto typy modulů jsou vybaveny programovatelným enkodérem zajišťujícím zpracování mj. kvadraturních signálů inkrementálních čidel a nasazovány jsou především ve spojení s různými rotačními nebo lineárními snímači polohy.
Moduly navíc zajišťují zálohování údajů při výpadku napájecího napětí (jsou-li napájeny společně s pohony, umožňují v řadě případů nahradit absolutní snímače levnějšími inkrementálními) a mohou být vybaveny obvodem reálného času (RTC).

Inkrementální snímače generují dva logické signály se vzájemným fázovým posunem 90° (bývají označovány A a B) zpracovávané na straně modulu kvadraturním enkodérem (ze změn signálů, resp. posloupnosti hran rozpozná směr pohybu) následovaným obousměrným čítačem. Doplňkovým signálem je tzn. index generovaný snímačem při průchodu nulovou polohou využívaným při zpracování k nulování čítače.

Inkrementální snímače s kvadraturními signály se zpravidla nabízejí ve variantách s výstupními signály standardu RS-422 (pár signálů s úrovněmi cca 5V; řešení nabízí příznivou odolnost proti rušení i schopnost přenášet vysoké frekvence signálů) nebo signály s úrovněmi 24V (výrazně omezený rozsah frekvencí). Moduly MicroUnit serie předpokládají snímače se signály RS-422, v případě typů s 24V signály je nezbytné předřadit převodník napěťových úrovní.

Moduly s rozhraním SSI (Serial Synchronous Interface)

Rozhraní SSI je využívané širokou řadou zejména polohových čidel, vzhledem k výhodným vlastnostem (nízké nároky na počet signálů, obecně definovaný datový protokol, jednoduše řešená izolace apod.) jsou však dostupné i různé inteligentní jednotky umožňující tímto rozhraním načítat naměřená data.

SSI master generuje jeden signál označovaný jako CLK (vysílač pracuje s úrovněmi RS-422) zpracovávaný na straně snímače (SSI slave) optronem. Snímač generuje v opačném směru jeden signál označovaný jako DATA, který přenáší datovou informaci synchronně se signálem CLK. Třetím párem vodičů se pak zpravidla přenáší napájecí napětí snímače.
Viz zjednodušené schema na obrázku níže.

Třetím možným typem je zařízení, které lze označit jako SSI receiver. Na rozdíl od předešlých dvou typů (tedy SSI master a SSI slave) nijak do signálů nezasahuje, nýbrž jen pasivně "odposlouchává" datové přenosy, a lze jej použít pro monitorování provozu technologie nebo k diagnostice.

Moduly MicroUnit serie nabízejí všechny tři typy SSI zařízení.

Speciální komunikační karty a konvertory

Pro moduly MicroUnit serie jsou dodávány speciální komunikační karty a konvertory řízené mikropočítačem s implementovanou podporou (protokol AIBus-2).

Ačkoliv lze s moduly komunikovat i prostřednictvím standardního sériového portu PC nebo protokol implementovat do různých automatů a mikropočítačových systémů, použití speciálních karet je výhodné zejména z důvodu výrazného zefektivnění komunikace, přesného časování a ošetření celé řady možných přenosových chyb.

Přehled vyráběných modulů, speciálních komunikačních karet a konvertorů je uveden v přehledu typů.