Описание принципа действия и подключения к оборудованию силового модуля с контролем нагрузки серии um-doc fc-110-220vdc

1. НАЗНАЧЕНИЕ

Модуль UM-DOCFC-110-220VDC является модулем управления нагрузками с непрерывным контролем нагрузки на обрыв и короткое замыкание при напряжении питания нагрузки в диапазоне 85...2265 VDC. Модуль UM-DOC FC-110-220VDC предназначен для совместной работы с любыми промышленными контроллерами и системами управления, принимающими на дискретные входы сигналы с уровнями 0/+24 VDC и выдающими на дискретные выходы сигналы управления с уровнем +24 VDC при допустимом токе выхода до 30 мА.

 

2. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА МОДУЛЯ UM-DOCFC-110-220VDC (для увеличения нажмите на схему)

 

 

 

На функциональной схеме для упрощения показаны только основные связи в модуле и с внешними устройствами.

Со стороны полевого оборудования к модулю подключаются:

 источник питания нагрузки (клеммы F+/COM) с напряжением 85...265 VDC и

 нагрузка (клеммы L+/COM)

В модуле установлен встроенный держатель плавкого предохранителя стандарта 5х20 мм.

Со стороны контроллера на модуле установлены следующие клеммы:

 S1/S2 (START) - на эти клеммы подается напряжение в диапазоне 20...28 VDC для включения силового реле, подающего питание на нагрузку, в любой полярности. Ток, потребляемый входом START, равен 18 мА при напряжении на клеммах S1/S2, равном 24 VDC. При подаче сигнала START включается желтый индикатор ON;

 ОК1/ОК2 - это клеммы статуса состояния нагрузки и/или модуля. При исправной нагрузке и модуле клеммы ОК1/ОК2 замкнуты между собой и являются аналогом изолированных NO контактов электромагнитного реле. При наличии сигнала ОК включается зеленый индикатор OK. Через клеммы ОК1/ОК2 можно подключать любую нагрузку с напряжением питания 3...30 VDC при токе через клеммы ОК1/ОК2 не более 30 мА (в модуле установлен встроенный ограничитель тока). При отсутствии сигнала ОК ток утечки между клеммами ОК1/ОК2 не превышает 1 мкА при напряжении 30 VDC.

Модуль защищен от переполюсовки источника питания нагрузки. Защита от перегрузки по току или коротко- го замыкания производится с помощью плавкого предохранителя. Максимальный ток плавкой вставки не должен превышать 1 А, рекомендуется установка предохранителей со скоростью включения F (быстрый) или M (средний). Если при включении нагрузка при переходном процессе потребляет ток более 2 А в течение более 0,05 сек, следует применять плавкие вставки с характеристикой М.

 

3. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МОДУЛЯ UM-DOCFC-110-220VDC

 

3.1. Количество каналов управления нагрузкой: 1

3.2. Напряжение питания нагрузки: 85...265 VDC. Максимально допустимое напряжение на клеммах F+/COM составляет 300 VDC, при превышении этого значения начинает работать варисторная защита модуля от импульсных перенапряжений. При напряжении питания нагрузки менее 70 VDC индикатор ОК выключается.

Примечание: в модуле установлены защитные варисторы на ток разряда 2400 А (10/100 мкс, стандартный тестовый импульс), что позволяет отнести защиту модуля от импульсных перенапряжений к классу 2. Если в оборудовании пользователя ожидаются импульсные помехи и наводки с разрядными токами более 2000 А, рекомендуется установка внешнего защитного устройства (УЗИП) с напряжением ограничения 300-400 V.

 

3.3. Допустимый ток нагрузки:

 минимальный: определяется характером нагрузки с учетом того, что ток проверки выключенной нагрузки равен 0,33 мА (110 VDC) или 0,66 мА (220 VDC). Формально для устойчивой работы электро- механических нагрузок (контакторы, реле, соленоиды) требуется, чтобы ток в выключенной нагрузке был менее 10% от номинального тока нагрузки. При этом минимальным током нагрузки для модуля UM-DOCFC-110-220VDC будет 3,3 мА (110 VDC) или 6,6 мА (220 VDC). Нагрузки в виде микромощных световых индикаторов могут допускать подсветку током проверки, для устранения подсветки можно шунтировать индикатор высоковольтным конденсатором емкостью примерно 0,1 мкФ;

 максимальный: определяется возможностями контактов электромагнитного реле и (частично) характером нагрузки (активная, индуктивная). Максимальный ток нагрузки не должен превышать 0,7А (110 VDC) или 0,4А (220 VDC). При работе нагрузок с предельно допустимым током рекомендуется шунтирование нагрузки в точке е подключения диодом (на рабочий ток 1...3 А и обратное напряжение не менее 1000 V, например 1N4007). 

 

3.4. Применяемые с модулем нагрузки Модуль может коммутировать следующие нагрузки:

 активные (омические) с потребляемым током не более 0,7 А (110 VDC) или 0,4 А (220 VDC);

 лампы накаливания с рабочим током не более 0,3 А (110 VDC) или 0,2 А (220 VDC);

 индуктивные с постоянной времени не более 40 мс и потребляемым током не более 0,7 А (110 VDC) или 0,4 А (220 VDC);

 емкостные с эквивалентным входным конденсатором емкостью менее 100 мкФ.

 

3.5. Электрический ресурс работы модуля Электрический ресурс модуля составляет минимум 100000 переключений при максимальном рабочем токе. При коммутации нагрузок с током меньше предельно допустимого электрический ресурс увеличивается прямо пропорционально снижению рабочего тока нагрузки. Предельным значением электрического ресурса при минимально допустимых токах нагрузки является значение 10 миллионов коммутаций.

Примечание: окончанием электрического ресурса является повышение переходного сопротивления контактов реле до 0,3 Ом. При этом на контактах реле выделяется мощность 

3.6. Скорость переключения. Время включения и выключения нагрузки не превышает 10 мс. Максимальная частота коммутации нагрузки:

 при максимальном токе нагрузки: 1 переключение в секунду;

 при минимальном токе нагрузки: 3 переключения в секунду.

 

3.7. Управляющий сигнал START. Сигнал START подается в любой полярности на клеммы S1/S2 в виде сигнала напряжения 20...28 VDC. Ток, потребляемый входом START, не превышает 20 мА при напряжении на клеммах S1/S2, равном 24 VDC. Клеммы S1/S2 имеют гальваническую развязку с остальными клеммами модуля с напряжением изоляции 2500 V (клеммы со стороны подключения полевого оборудования) и 500 V (с клеммами ОК1/ОК2).

3.8. Диагностический сигнал ОК.

На клеммы ОК1/ОК2 выводится диагностический сигнал состояния модуля и нагрузки. Для пользователя сигнал ОК является функциональным аналогом нормально разомкнутого контакта электромагнитного реле со следующей нагрузочной способностью:

 минимальный ток через клеммы ОК1/ОК2: 1 мА

 максимальный ток через клеммы ОК1/ОК2: 30 мА

 ток утечки через клеммы ОК1/ОК2 при отсутствии сигнала ОК: менее 1 мкА при напряжении питания менее 30 VDC

 сопротивление между клеммами ОК1/ОК2 при наличии сигнала ОК: менее 15 Ом

 рабочее напряжение на клеммах ОК1/ОК2: 3...30 VDC.

ВНИМАНИЕ: При сопряжении модуля UM-DOCFC-110-220VDC с оборудованием пользователя следует учесть особенности работы модуля с индуктивными нагрузками, когда постоянная времени нагрузки превышает 5 мс.

Из-за того, что в качестве коммутатора в модуле применяется силовое электромагнитное реле, механические переходные процессы в контактах реле при подаче и снятии напряжения с катушки реле создают эффект дребезга, что проявляется в периодическом соединении и размыкании контактов с высокой частотой (до сотен Гц).

Для применяемого в модуле электромагнитного реле полное время дребезга можно считать ограниченным на уровне 1..2 мс. При подаче напряжения на катушку реле вначале происходит задержка включения из-за инерционности механической системы реле, а далее контакты реле сталкиваются и проявляется эффект дребезга контактов. После окончания времени дребезга контакты реле образуют электрическое соединение с постоянным сопротивлением. Аналогичный процесс происходит при снятии напряжения с катушки реле.

При отладке программного драйвера для работы с модулем UM-DOCFC-110-220VDC следует учесть, что за время, равное 10 мс от момента включения (выключения) реле, все переходные процессы, связанные с дребезгом контактов реле, заканчиваются.

Дребезг контактов - не единственная причина появления временных задержек в схеме диагностики модуля UM-DOCFC-110-220VDC.

При снятии напряжения с индуктивной нагрузки в катушке индуктивности вследствие явления самоиндукции возникает кратковременный импульс отрицательной полярности. Данный импульс ограничивается по амплитуде схемой защиты модуля, что вызывает дополнительную задержку появления сигнала ОК на примерно 100 мс для инерционной нагрузки с постоянной времени, равной 40 мс.

Длительность задержки нелинейно связана с постоянной времени катушки индуктивности и ее добротностью. Для упрощения расчетов при интегрировании модуля UM-DOCFC-110-220VDC в проекты можно принять эту задержку равной 100 мс. Если в проекте требуется реагировать на состояние сигнала ОК с максимальной скоростью, следует экспериментально про- верить время задержки появления сигнала ОК при коммутации нагрузки

К клеммам ОК1/ОК2 можно подключать источники питания в любой полярности, что позволяет адаптировать модуль к любой системе управления со входными сигналами типа "активная 1" или "активный 0". Защита выхода ОК по току производится с помощью самовосстанавливаемого предохранителя с порогом включения 50 мА. Клеммы ОК1/ОК2 имеют гальваническую развязку с остальными клеммами модуля с напряжением изоляции 2500 V (клеммы со стороны подключения полевого оборудования) и 500 V (с клеммами S1/S2).

3.9. Температурный режим модуля и его монтаж в шкафу Модуль UM-DOCFC-110-220VDC предназначен для эксплуатации при температуре воздуха 0...+55 С и относительной влажности не более 80% (без конденсации). При хранении температура воздуха должна находиться в диапазоне -55...+85 С. На холостом ходу тепловыделение модуля не превышает 0,4 W. При токе нагрузки тепловыделение модуля не превышает 1 W. Модули UM-DOCFC-110-220VDC можно монтировать на горизонтальной или вертикальной рейке DIN без защитных промежутков.

3.10. Пояснения по монтажу модуля в оборудование На модуле установлены разъемы с винтовыми клеммами для подключения проводов любого типа, сечением в диапазоне 0,2...2,5 кв.мм. Разъемы имеют механическое кодирование для предупреждения неправильной установки. При затягивании винтов разъемов максимальное усилие зажима не должно превышать 0,7 н/м.

 

4. ОБРАЗЕЦ МОДУЛЯ UM-DOCFC-110-220VDC ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЙ

 

На прилагаемом образце проводным монтажом собрана экспериментальная схема для проведения оценочных испытаний модуля. Для испытаний потребуются источник питания 24 VDC (100 мА) и источник питания нагрузки 110 или 220 VDC. Сигнал включения нагрузки подается от кнопки.

К диагностическому выходу OK подключена индикаторная лампа, наглядно показывающая состояние модуля. К модулю приложена активная нагрузка в виде двух резисторов 2,2 КОм мощностью 5 W каждый. С помощью этих резисторов можно создать активную нагрузку 25 или 100 мА (110 VAC) или 50 или 200 мА (220 VAC). Резисторы способны выдержать мощность более 10 W только кратковременно, для проведения испытаний.