Модули автоматического регулирования FM 455

Обзор

FM 455 является универсальным интеллектуальным 16-канальным модулем, который применяется для решения широкого круга задач автоматического регулирования. На его основе могут быть построены системы регулирования температуры, давления, потока и других параметров. Модуль выпускается в двух модификациях: FM 455С – для построения систем автоматического регулирования с аналоговыми исполнительными устройствами, подключаемыми к 16 аналоговым выходам модуля; FM 455S – для построения систем пошагового или импульсного регулирования с воздействием на процесс через 32 встроенных дискретных выхода. Оба модуля позволяют создавать программируемые структуры автоматического регулирования и использовать интерактивную систему адаптации систем регулирования температуры. Регуляторы, построенные на основе FM 455, способны продолжать свою работу даже в случае остановки центрального процессора контроллера.

Конструкция

Конструктивные особенности:

• Удобное подключение внешних цепей: датчики и исполнительные механизмы подключаются к модулю через два 48-полюсных фронтальных соединителя.
• Светодиодная индикация: красный светодиод для индикации внешних и внутренних групповых отказов; зеленые светодиоды для индикации значений входных дискретных сигналов; желтый светодиод для индикации работы.
• Шестнадцать измерительных аналоговых входов и дополнительный вход температурной компенсации.
• Возможность использования датчиков с дифференциальными выходными сигналами, термопар, термометров сопротивления Pt100, а также датчиков с унифицированными выходными сигналами силы тока и напряжения.
• 16 аналоговых выходов (FM 455C) или 32 дискретных выхода (FM 455S).
• Питание датчиков от внешнего источника =24 В.

Функции

Выполняемые функции:

• Использование готовых структур регулирования: регулятора с фиксированной настройкой, систем каскадного регулирования, регуляторов пропорционального действия, систем 3-компонентного регулирования. Выбор структуры производится на этапе конфигурирования модуля.
• Различные режимы работы: автоматический; ручной; безопасного управления; следящий; защищенный.
• Регулируемый шаг квантования, зависящий от разрядности преобразования и наличия входа температурной компенсации: для 12-разрядного преобразования – от 20 до 180мс, для 14-разрядного преобразования – от 100 до 1700мс (определяется количеством используемых аналоговых каналов).
• Два алгоритма управления: оптимальное адаптивное регулирование температуры; ПИД-регулирование.
• Удобство оптимизации: алгоритм работы адаптивной системы регулирования записан в память модуля и может вызываться автоматически при изменении уставки, более чем на 12%; оптимизация ПИД-регулятора может быть выполнена с помощью специальных экранных форм программногообеспечения модуля.
• Защищенный режим: в случае остановки центрального процессора модуль может продолжать функционировать самостоятельно.
• Обратная связь: аналоговые входы могут быть использованы для подключения цепей обратной связи, существенно повышающих точность регулирования.

Адаптивный регулятор температуры

Адаптивный терморегулятор наиболее удобен для построения систем, в которых не наблюдается больших отклонений регулируемого параметра от заданных значений. Он может быть использован в системах автоматического регулирования паровых котлов, литьевых машин и т.д.

Алгоритм не может быть использован для построения систем с большими отклонениями регулируемого параметра от заданного значения. К таким системам, например, могут быть отнесены системы регулирования температуры печей.

Настройка параметров

Для конфигурирования модуля FM 455 выпускается специальный пакет программ. Пакет конфигурирования включает в свой состав руководство и экранные формы настройки параметров, а также стандартные функциональные блоки для обмена данными с центральным процессором. Для всех экранных форм может быть вызвана детальная интерактивная помощь. После инсталляции пакета экранные формы настройки параметров FM 455 могут вызываться из STEP 7.

Пакет включает в свой состав:

• Руководство по FM 455.
• Указания по быстрому запуску FM 455.
• Экранные формы настройки параметров.
• Стандартные функциональные блоки для обмена данными с центральным процессором.

Стандартные функциональные блоки
PID_FM	Автоматическое регулирование на основе FM 455: обеспечение интерфейса между FM 455 и программой пользователя; возможность изменения параметров настройки регулятора, а также его переменных; изменение уставок; формирование управляющих воздействий.
FUZ 455	Чтение и запись параметров всех регуляторов температуры; передача модифицированных параметров регуляторов
FORCE455	Запуск FM 455: имитация входных аналоговых и дискретных сигналов для отладки программы
READ 455	Считывание входных аналоговых и дискретных сигналов
CH_DIAG	Запуск FM 455: считывание дополнительной информации о параметрах настройки каналов модуля
PID PAR	Интерактивное изменение параметров настройки, которые не могут быть изменены с помощью блока PID_FM

Общие технические данные

Модули	FM 455
Общие технические данные
Количество каналов регулирования:
• при использовании термопар или 2-проводном подключении датчиков	16
• при использовании термометров сопротивления Pt100 или 4-проводном подключении датчиков	8
Напряжение питания нагрузки L+:
• номинальное значение	=24 В
• допустимые отклонения	20.4 ... 28.8 В
• защита от неправильной полярности входного напряжения	Есть
• защита от неправильной полярности выходного напряжения	Есть
Подключение внешних цепей
Фронтальный соединитель	2 х 48-полюсных
Дискретные входы
Количество входов	16
Количество одновременно опрашиваемых входов при температуре до +60°C	16
Входное напряжение:
• номинальное значение	=24 В
• низкого уровня	-3 ... +5 В
• высокого уровня	+13 ... +30 В
Входной ток высокого уровня, типовое значение	7 мА
Задержка распространения входного сигнала:
• настройка	Нет
• от высокого уровня к низкому	1.2 ... 4.8 мс
• от низкого уровня к высокому	1.2 ... 4.8 мс
Входная характеристика по IEC 1131	Тип 2
2-проводное подключение датчиков BERO	Возможно
Длина соединительного кабеля, не более:
• обычный кабель	600 м
• экранированный кабель	1000 м
Аналоговые входы
Количество входов	16
Диапазоны изменения входных сигналов/входное сопротивление канала:
• сигналы напряжения**	±80 мВ (-80 ... +80 мВ)***/ 10 МОм;0 ... 10 В (-1.175 ... 11.75 В)/ 100 кОм
• сигналы силы тока**	0 ... 20 мА (-3.5 ... 23.5 мА)/ 50 Ом; 4 ... 20 мА (0 ... 23.5 мА)/ 50 Ом.
• термопары**	тип B (0 ... 13.81 мВ/42.15 ... 1820.01°C)/ 10 МОм;
	тип J (-8.1 ... 69.54 мВ/ 210.02 ... 1200.02°C)/ 10 МОм;
	тип K (-6.45 ... 54.88 мВ /265.4 ... 1372.11°C)/ 10 МОм;
	тип R (-0.23 ... 21.11 мВ/51.37 ... 1767.77°C)/ 10 МОм;
	тип S (-0.24 ... 18.7 мВ/ 50.4 ... 1767.98°C)/ 10 МОм.
• термометры сопротивления**	Pt100/ 10 МОм. Ток 1.667мА: 30.82 ... 650.46 мВ/ -200.01 ... 850.05°C/ простое разрешение; 30.82 ... 499.06 мВ/ -200.01 ... 556.26°C/ двойное разрешение; 30.82 ... 254.12 мВ/ -200.01 ... 129.20°C/ четырехкратное разрешение.
Максимально допустимое входное напряжение для каналов измерения напряжения	30 В (максимум для двух входов)
Максимально допустимый входной ток для каналов измерения силы тока	40 мА
Подключаемые датчики:
• для измерения напряжения	Возможно
• для измерения силы тока, 4-проводная схема	Возможно
Линеаризация характеристик:
• термопар типов	B, J, K, R, S
• термометров сопротивления	Pt100, стандартный диапазон
Температурная компенсация:	Есть, настраивается
• внутренняя	Возможна
• внешняя с Pt100	Возможна
Длина экранированного соединительного кабеля, не более:
• каналы подключения термопар и сигналов ±80 мВ	50 м
• остальные каналы	200 м
Подавление помех, погрешности (аналоговые входы)
Подавление наводок для f = n x(f1±1%), где f1 - частота интерференции, не менее:
• режим подавления синфазного сигнала	70 ДБ (Uss < 2.5 В)
• режим последовательного подавления (пиковое значение наводок меньше максимального значения входного сигнала)	40 ДБ
Перекрестные наводки между входами, не менее	50 ДБ (при 50 и 60Гц)
Рабочая погрешность преобразования (во всем температурном диапазоне, по отношению к конечной точке шкалы):
• 80 мВ	±1.0%
• 250 ... 1000 мВ	±0.6%
• 2.5 ... 10 В	±0.8%
• 3.2 ... 20 мА	±0.7%
Базовая погрешность преобразования (рабочая погрешность преобразования при +25°C по отношению к конечной точке шкалы):
• 80 мВ	±0.6%
• 250 ... 1000 мВ	±0.4%
• 2.5 ... 10 В	±0.6%
• 3.2 ... 20 мА	±0.5%
Температурная погрешность преобразования (по отношению к конечной точке шкалы)	±0.005%/K
Нелинейность (по отношению к конечной точке шкалы)	±0.05%
Повторяемость (при +25°C, по отношению к конечной точке шкалы)	±0.05%
Параметры аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразования
Принцип измерения	Интегрирование
Разрешение, включая переполнение	12/ 14 бит, настраивается
Время преобразования на один канал:
• разрешение 12 бит	16.7 мс/ 60Гц; 20 мс/50 Гц
• разрешение 14 бит	100 мс (50 и 60 Гц)

Модули	FM 455
Время интегрирования/ время преобразования/ разрешение на один канал:
• время интегрирования	16.7 мс	20 мс	100 мс
• базовое время преобразования, включая обработку	17 мс	22 мс	102 мс
• дополнительное время преобразования для измерения сопротивления или дополнительное время преобразования при использовании входа опорного потенциала	1 мс 16.7 мс	1 мс 20 мс	1 мс 100 мс*
• разрешение, включая переполнение	12 бит	12 бит	14 бит
• частота подавления помех	60 Гц	50 Гц	60/50Гц

Состояния, прерывания, диагностика
Индикация состояний	Один зеленый светодиод на каждый дискретный вход
Прерывания:
• прерывания по контролю граничных значений параметров	Есть, настраиваются
• диагностические прерывания	Есть, настраиваются
Диагностические функции:	Есть, настраиваются
• индикация внутренних отказов модуля	Красный светодиод INTF
• индикация внешних отказов модуля	Красный светодиод EXTF
• считывание диагностической информации	Поддерживается
Индикация перехода в защищенный режим работы	Оранжевый светодиод
Изоляция
Испытательное напряжение изоляции	=500 В
Гальваническое разделение цепей
Гальваническое разделение:
• между каналами и внутренней шиной контроллера	Есть, оптоэлектронная
• между различными каналами	Нет
Допустимая разность потенциалов:
• между точкой заземления входов и общей точкой заземления контроллера	=75 В/ ~60 В
• между аналоговыми входами и Mana(Ucm), при нулевом входном сигнале	=2.5 В
Габариты и масса
Габариты	50 х 290 х 210 мм
Масса	1.37 кг

Примечания

1. * - Вступает в силу, если хотя бы один из входов настроен на разрешение 14 бит
2. ** - Выход параметра за указанные границы может сопровождаться формированием запроса на прерывание. Исключение: для диапазона 4 …20 мА сигнал переполнения аналогичен сигналу обрыва цепи: 1 для тока менее 3.6мА, 0 для тока более 3.8мА.
3. *** - Или более широкие пределы.

Технические данные модуля FM 455C

Модуль	FM 455C
Потребляемый ток
Потребляемый ток:
• от внутренней шины контроллера, типовое значение	100 мАл
• от источника питания L+:
- типовое значение	370 мА
- максимальное значение	440 мА
Потребляемая мощность:
• типовое значение	12.0 Вт
• максимальное значение	17.3 Вт
Аналоговые выходы
Количество выходов	16
Диапазоны изменения выходных сигналов	±10 В; 0 ... 10 В; ±20 мА; 0 ... 20 мА; 4 ... 20 мА
Параметры цепи нагрузки:
• выходные каналы напряжения	Не менее 1 кОм, не более 1 мкФ
• выходные каналы силы тока	Не более 0.5 кОм, не более 1 мГ н
Время установки выходного сигнала:
• при активной нагрузке	0.1 мс
• при емкостной нагрузке	3.3 мс
• при индуктивной нагрузке	0.5 мс
Выходные каналы напряжения:
• защита от короткого замыкания	Есть, электронная
• ток срабатывания защиты, не более	25 мА
Напряжение на выходе канала силы тока при размыкании внешней цепи, не более	18 В
Подключение исполнительных устройств:
• к каналам напряжения, 2-проводное	Возможно
• к каналам силы тока, 2-проводное	Возможно
Подавление помех, погрешности (аналоговые выходы)
Перекрестные наводки между выходами, не менее	40 ДБ
Рабочая погрешность преобразо-вания (во всем температурном диапазоне по отношению к конечной точке шкалы):
• сигналы напряжения	±0.5%
• сигналы силы тока	±0.6%
Базовая погрешность преобразования (рабочая погрешность преобразования при +25°C по отно-шению к конечной точке шкалы):
• сигналы напряжения	±0.2%
• сигналы силы тока	±0.3%
Температурная погрешность преобразования (по отношению к конечной точке шкалы)	±0.02%/K
Нелинейность (по отношению кконечной точке шкалы)	±0.05%
Повторяемость (при +25°C по отношению к конечной точке шкалы)	±0.05%
Выходные пульсации, диапазон 0... 50кГц (по отношению к конечной точке шкалы)	±0.05%

Технические данные модуля FM 455S

Модуль	FM 455S
Потребляемый ток
Потребляемый ток:
• от внутренней шины контроллера, типовое значение	100 мА
• от источника питания L+:
- типовое значение	330 мА
- максимальное значение	400 мА
Потребляемая мощность:
• типовое значение	10.7 Вт
• максимальное значение	16.2 Вт
Дискретные выходы
Количество выходов	32
Выходное напряжение высокогоуровня,не менее	Ul+ - 2.5 В
Выходной ток:
• высокого уровня	0.1 А (5 мА ... 0.15 А)
• низкого уровня	0.5 мА
Сопротивление нагрузки	240 Ом ... 4 кОм
Ламповая нагрузка на выход, не более	5 Вт
Параллельное включение 2 выходов:
• для выполнения логических операций	Возможно
• для повышения нагрузочной способности	Невозможно
Управление дискретным входом	Возможно
Частота переключения выходов, не более:
• при активной нагрузке	100 Гц
• при индуктивной нагрузке	0.5 Гц
Ограничение коммутационных перенапряжений, типовое значение	Ul+ - 1.5 В
Защита от короткого замыкания	Есть, электронная

Технические данные стандартных функциональных блоков

Функциональный блок (FB)	Объем, занимаемый функциональным блоком			Объем, занимаемый блоком данных
	в рабочей памяти	в загружаемой памяти	в области локальных данных	в рабочей памяти	в загружаемой памяти
PID FM	1592 байт	1976 байт	40 байт	190 байт	490 байт
FORCE455	498 байт	658 байт	100 байт	112 байт	262 байт
READ 455	526 байт	644 байт	162 байт	174 байт	280 байт
CH DIAG	302 байт	420 байт	64 байт	72 байт	178 байт
FUZ 455	356 байт	464 байт	22 байт	176 байт	268 байт
PID PAR	918 байт	1074 байт	24 байт	290 байт	410 байт
CJ T PAR	274 байт	354 байт	22 байт	58 байт	130 байт

Технические данные программного обеспечения настройки параметров модулей FM 455

Параметр	Значение
Объем памяти на жестком диске	4М байт
Объем, необходимый в памяти центрального процессора	5430 байт

Правый фронтальный соединитель модулей FM 455C и FM 455S

Левый фронтальный соединитель модуля FM 455C

Левый фронтальный соединитель модуля FM 455S