Технические вопросы и ответы

Необходимо учитывать все условия применения датчика

При выборе датчика и конструкции системы необходимо учитывать все условия применения датчика, уделяя особое внимание следующим:

• Электрические характеристики, включая характеристики источника питания, измерение пиковых значений, время отклика di/dt и dv/dt.
• Механические характеристики, включая размер отверстия, габариты, массу, материал, способ монтажа и уровень вибраций.
• Тепловой режим, включая зависимость силы тока от времени, максимальное среднеквадратичное значение тока, тепловое сопротивление и условия охлаждения.
• Условия эксплуатации, включая уровень вибраций, рабочий температурный диапазон и близость других проводников или магнитных полей.

Определить потенциальные ответственные элементы

Некоторые системы имеют повышенный уровень сложности и сочетают некоторые потенциально ответственные элементы, такие как:

• электромагнитные помехи
• существенные броски синфазного напряжения (dv/dt)
• механические воздействия (вибрация, удар и др.)
• особые требования к изоляции или частичному разряду
• соответствие конкретным стандартам и т. д.

Выполнение испытаний

Очевидно, что лучшим сценарием является выполнение испытаний в конкретных условиях применения. Если это не представляется возможным, предоставьте специалистам LEM схему вашей установки и подробное описание условий работы датчика (например, описание условий окружающей среды, график измеряемых сигналов, расположенные поблизости потенциальные источники помех, такие как катушки индуктивности, проводники под током и наличие магнитных материалов или размещение других датчиков).

Иногда также называемый «продолжительным или номинальным» током (напряжением), это максимальный длительный тепловой ток (напряжение), который способен выдерживать датчик.

Другое определение: максимальный среднеквадратичный ток (напряжение), который может протекать через датчик при заданных условиях, так что температура во время непрерывной работы не превышает указанное значение. Это значение измеряется с использованием синусоидального сигнала 50 Гц.

Диапазон измерения ограничен максимальным измеряемым пиковым значением в неустановившемся режиме.

• Пример для компенсационных датчиков, включая датчики, использующие технологию Fluxgate:Датчик может, по сути, измерять гораздо более высокие значения тока, при условии, что этот ток протекает однократно и в течение очень короткого времени. Поэтому этот диапазон называется динамическим диапазоном измерений и ограничивается пиковым током. В этом случае датчик работает в качестве трансформатора тока (эффект трансформатора тока).Максимальный пиковый ток будет зависеть от нагрузочного (измерительного) резистора, температуры шины и конструкции датчика. Динамический диапазон и допустимые значения длительности импульса t1…t3) не определены и не указаны в технических паспортах из-за множества параметров, которые могут взаимодействовать и влиять на эти значения. 
• Для датчиков прямого усиленияДиапазон измерения будет связан с насыщением магнитного контура или ограничением выходного каскада по напряжению

Для получения правильных результатов измерения к выходу датчиков напряжения и тока, имеющих токовый выход, должен быть подключен нагрузочный резистор (RB или RM – также называемый измерительным или нагрузочным резистором).

Компенсационные датчики имеют на выходе генератор тока, который обеспечивает выходной сигнал. Нагрузочный резистор выбирается исходя из наилучшего соотношения тока к напряжению для вашего применения. Токовые сигналы также гораздо менее чувствительны к внешним помехам, что важно при большом расстоянии между местоположением датчика и электроникой, обрабатывающей его сигнал.

Значение измерительного резистора должно находиться в определенных границах, чтобы обеспечить безопасную и оптимальную работу датчика.

• Минимальное значение резистора устанавливается исходя из предельного теплового режима выходного каскада датчика. Это может быть 0 Ом для некоторых типов датчиков (определяющим для расчета будет максимальное значение напряжения питания).
• Максимальное значение резистора определяется заданным диапазоном измерения тока/ напряжения датчика. Оно соответствует значению, которое не приведет к электрическому насыщению выходного каскада. Подключение резистора с номиналом, превышающим указанное значение, уменьшит диапазон измерения датчика (определяющим для расчета будет минимальное значение напряжения питания).

Если вам требуется использовать значения за пределами диапазона, указанного в паспорте датчика, обратитесь в службу технической поддержки. Различные значения могут быть рассчитаны в зависимости от условий применения (температура окружающей среды, допустимые отклонения напряжения питания и максимальный ток/напряжение).

Номинальный коэффициент трансформации K представляет собой отношение номинального первичного напряжения или тока к номинальному вторичному напряжению или току. Для компенсационных датчиков тока коэффициент преобразования NP/NS приблизительно равен обратному значению KR. Например, коэффициент преобразования 1: 1000 означает примерно 1000 витков вторичной обмотки (KR = 1000) и вторичный ток 1 мА при одном витке первичной обмотки с током 1A .

Это максимальный ток, потребляемый электроникой датчика при заданном напряжении питания и нулевом входном сигнале, он добавляется к вторичному токуIS . Этот параметр применим только к датчиком с токовым выходом.

Только компенсационные датчики требуют особого подхода при подборе источника питания и его ограничения по току. Исходя из принципа работа компенсационных датчиков тока и напряжения, ток потребления делится на две части IC: приведенный в техническом паспорте ток потребления при нулевом входном сигнале, плюс выходной ток, зависящий от измеряемых токов и напряжений (IS). Вторую часть можно рассчитать следующим образом:

• Для датчиков тока: IS = пиковое значение первичного тока × коэффициент трансформации
• Для датчиков напряжения: IS = (пиковое значение первичного напряжения / номинал первичного резистора) × коэффициент трансформации

Время отклика на ступенчатый входной сигнал используется в качестве характеристики быстродействия датчика и определяется как время задержки между временем нарастания первичного тока до 90% от номинального значения и достижением 90% от установившейся амплитуды на выходе. Первичный ток представляет собой ступенчатый токовый сигнал с заданным наклоном di/dt (обычно 100 А/мкс) и с амплитудой, близкой к номинальному значению тока IPN .

Время реакции (tra) определяется как время задержки между временем нарастания выходного и входного сигналов, на уровне 10% от номинального значения IPN .

Используемое для характеристики динамического поведения датчика и его способности отслеживать быстрые изменения первичного тока, это изменение первичного тока, для которого время отклика не превышает 1 мс при 90% отIPN.

Частотный диапазон простирается от 0 Гц до частоты среза, соответствующей затуханию 3 дБ, если не указано иное. Это показатель того, насколько быстро амплитуда и фаза сигнала колеблются во времени. Следовательно, чем больше частотный диапазон, тем быстрее могут изменяться параметры сигнала.

Затухание 3 дБ соответствует уменьшению мощности сигнала в два раза или амплитуды сигнала в

Работа датчика на номинальном токе не может рассматриваться во всем диапазоне частот по причине потерь в магнитном сердечнике на высоких частотах, приводящих к нагреву сердечника. Чтобы сохранить рассеивание мощности на безопасном уровне, при увеличении рабочей частоты среднеквадратичное значение тока должно уменьшаться. Поэтому частотный диапазон, указанный в техническом паспорте, определен в малосигнальном режиме.

Уровень потерь в сердечнике определяется материалом и конструкцей магнитного сердечника датчика, а также АЧХ спектральных составляющих тока. Потери обусловлены областью внутри цикла гистерезиса, показанной на рисунке ниже.

Потери в сердечнике представляют собой сочетание вихревых токов и гистерезисных потерь.

• Потери на вихревые токи представляют собой мощность, поглощаемую магнитным материалом под действием вихревых токов, которые представляют собой циклические электрические токи, возникшие в материале под действием переменного магнитного поля, в соответствии с законом электромагнитной индукции Фарадея.. Эти потери пропорциональны квадрату: пиковой плотности магнитного потока в сердечнике, частоты и толщины ламинированного слоя сердечника.
• Гистерезисные потерипредставляют собой потерю энергии при прохождении магнитным материалом циклов гистерезиса и пропорциональны частоте, объему сердечника и квадрату пиковой плотности магнитного потока.

Потери в сердечнике становятся значительными на высоких частотах, поэтому необходимо ограничить амплитуду тока на этих частотах допустимыми уровнями (в зависимости от максимальных температур датчика). Это подразумевает не только ограничение максимальной частоты основного тока, но и гармонического спектра, поскольку даже сигнал низкой амплитуды может привести к недопустимым потерям на высоких частотах.

Из-за потерь в сердечниках, на высоких частотах ток следует уменьшать, чтобы поддерживать потери в сердечнике на приемлемом уровне. Из-за сложности геометрии сердечника, зависимости потерь сердечника от квадрата частоты, квадрата плотности магнитного потока и рассеивания тепла корпусом, чрезвычайно сложно, если не невозможно, вычислить или смоделировать снижение среднеквадратичного значения тока в зависимости от частоты.

Критерий снижения среднеквадратичного значения тока в зависимости от частоты можно получить путем измерения температуры внутри датчика, изменяя как среднеквадратичное значение первичного тока, так и частоту, и исключив превышение максимальной разрешенной температуры.

Для измерения чувствительности и линейности первичный постоянный ток циклически изменяется от 0 до IPM, затем до –IPM и обратно до 0 .

Чувствительность G определяется как наклон кривой линейной регрессии во всем диапазоне измерения тока (цикл в диапазоне ±IPM).

Погрешность вследствие нелинейности представляет собой максимальную положительную или отрицательную разность между измеренными точками и кривой линейной регрессии, выраженную в процентах от максимального измеренного значения.

ASIC (специализированная интегральная микросхема) представляет собой встроенную в датчик микросхему, которая выполняет ряд специализированных функций.

В число ее преимуществ входят:

• Высокая точность
• Низкая стоимость
• Компактный размер
• Настраиваемые функции
• Улучшенные характеристики при внешних воздействиях
• Высокое качество (надежность, срок службы)

Подавляющее большинство компенсационных датчиков LEM предназначены для использования с биполярными напряжениями питания (например, ± 15 В).  Однако, большинство датчиков могут работать от однополярных источников питания для преобразования однонаправленных токов. В этом случае, необходимо учитывать следующее (solution is not valid for DV and DVL family):

• Напряжение питания должно быть равно сумме положительного и отрицательного значений напряжения, указанных в техническом паспорте (например, датчик с напряжением ± 15 В должен иметь напряжение питания +30 В).
• Выбор значений нагрузочного сопротивления и максимального тока не должен повлечь за собой чрезмерную мощность рассеивания в выходном каскаде датчика (за помощью обращайтесь в службу техподдержки фирмы LEM).
• Так как выходной каскад предназначен для работы с биполярным источником питания, последовательно выходу датчика должны быть установлены диоды (см. рисунок ниже), чтобы обеспечить минимальное выходное напряжение смещения при отсутствии сигнала на входе.

В ассортименте LEM также представлены типы датчиков, предназначенные для работы с однополярным источником питания, и их использование рекомендуется в случае однополярного питания, так как их электроника и характеристики основаны непосредственно на ожидаемых условиях эксплуатации.

В зависимости от типа датчика и используемого магнитного материала остаточный поток (остаточная намагниченность) магнитного сердечника вызывает дополнительное смещение выходного сигнала, влияя на результат измерения. Это так называемое «магнитное смещение». Его значение зависит от предыдущей намагниченности сердечника и максимально после насыщения магнитного контура. Намагничивание может происходить в следующих случаях:

• После высокой токовой перегрузки
• В связи с прерыванием (отсутствием) питания

Смещение в результате намагничивания исчезнет в следующих случаях:

• Естественным образом, в течение определенного периода времени в зависимости от магнитного материала, который будет медленно восстанавливаться (это очень медленный процесс).
• Посредством размагничивания датчика, путем соответствующего изменения направления первичного тока или специального цикла размагничивания. Этот процесс позволяет восстановить начальные характеристики датчика.

Для устранения магнитного смещения требуется размагничивание. Для цикла размагничивания требуется провести сердечник через весь цикл петли B-H используя источник переменного тока низкой частоты, а затем постепенно уменьшать ток возбуждения, возвращая рабочую точку B-H в начало координат. Необходимо выполнить, как минимум, 5 циклов размагничивания с полной амплитудой, затем постепенно снижать амплитуду со скоростью не более, чем 4% за цикл, итого 30 циклов или 500 мс при 60 Гц.

Что касается компенсационных датчиков, то необходимо удостовериться, что компенсирующая катушка не препятствует процессу размагничивания. В качестве альтернативы, возможно частичное размагничивание сердечника за счет сигнала противоположной полярности.  Сложность состоит в определении точной амплитуды и времени для получения удовлетворительного результата. Для типовых применений возможно определение требуемых значений эмпирически и последующее применение необходимой корректировки.

В ряде международных стандартов указаны требования безопасности, применимые к электрооборудованию, включенному в их сферу действия, с основной целью снизить уровень электрических, тепловых и энергетических факторов риска для оператора до приемлемого уровня.

Условия применения оборудования определяются требуемыми уровнями напряжения (номинальное напряжение, категория перенапряжения), классом изоляции (функциональная, базовая или усиленная изоляция) и условиями окружающей среды (степень загрязнения), тогда как конструкция датчика должна обеспечивать безопасное использование благодаря выбору изоляционного материала (CTI) и соблюдению минимальных расстояний изоляции.

Стандарты безопасности определяют требования к величине воздушного зазора, длине пути утечки тока по корпусу и твердой изоляции для оборудования на основе их критериев эффективности. Сюда также относятся методы электрических испытаний в отношении координации изоляции.

• Зазор dCl представляет собой кратчайшее расстояние в воздухе между двумя проводящими частями.Он должен быть выбран таким образом, чтобы выдерживать требуемое импульсное напряжение.Для использования на высоте более 2000 м над уровнем моря зазор следует умножить на поправочный коэффициент, чтобы обеспечить уровень выдерживаемого напряжения.

• Длина пути утечки тока по корпусу dCp – это кратчайшее расстояние вдоль поверхности твердого изолирующего материала между двумя проводящими частями.Это значение должно быть рассчитано таким образом, чтобы избежать отказа из-за пробоев по поверхности изоляции, и учитывать:
  • степень загрязнения системы
  • CTI материала изоляции

Длина пути утечки тока должна быть больше или равна зазору.

Частичный разряд представляет собой электрический разряд, который происходит в изоляции, часто в пустотах.

Вследствие высокой температуры и воздействия ультрафиолетового излучения, создаваемого малыми электрическими дугами в пустотах, изоляционный слой разрушается. Постепенно небольшие полости увеличиваются, и внутри этих полостей начинают образовываться дуги. Заключительным этапом является полный пробой между первичной и вторичной цепями датчика.

Если рост разрушенных участков изоляции может занимать несколько лет, последний этап длится в течение только одного или нескольких электрических периодов.

Цель теста на частичные разряды – обеспечить длительный срок службы датчиков LEM. Это гарантирует, что твердая изоляция (заливка компаундом + корпус) выдерживает высокое напряжение в долгосрочной перспективе:

• периодическое пиковое напряжение
• максимальное установившееся напряжение
• длительное временное перенапряжение

В технических паспортах LEM указывается либо значение напряжения погасания частичного разряда Ue на уровне 10pC (старые паспорта), либо испытательное напряжение частичного разряда Ut (новые датчики).

Результаты испытания сильно зависят от формы токовой шины (первичного проводника) и ее положения в отверстии датчика.

• Мы советуем избегать углов и острых форм (иначе может возникнуть риск возникновения коронного разряда)

• Шину следует центрировать в отверстии
• Размеры шины:
  • По умолчанию испытание на предприятии LEM выполняется с шиной, полностью заполняющей отверстие (контакт с внутренней стенкой), что является наихудшим возможным случаем.
  • Конкретные размеры шин могут быть запрошены у заказчика:
  • Размер и положение шин должны определяться значением Ut.

При активной радиочастотной сети сетевой шлюз сообщает в набор регистров (2–17: Active EndNode Device List bitmap) адреса Modbus всех устройств, обменивающихся данными в сети. Каждое устройство должно иметь уникальный адрес для возможности отдельного запроса полного идентификатора устройства из регистра Modbus #347. Младший байт сообщает адрес Modbus, а старший байт указывает на точный тип устройства, относящегося к следующей таблице:

В случае устройств EMN рекомендуется прочитать регистр конфигурации модели (рег. #49), в котором указана точная модель EMN и относительные коэффициенты масштабирования для применения. Приложение Modbus должно регулярно проверять любое новое активное или отключенное устройство.

Для каждого отдельного устройства некоторые конкретные регистры Modbus предоставляют информацию о сети, такую как RSSI (индикатор мощности принятого сигнала) в регистре #204 и информацию о ретрансляции в регистрах с #201 по #203.

Эти данные очень полезны при установке и обслуживании, поскольку это позволяет визуализировать радиочастотную сеть (то есть силу радиочастотного сигнала и путь передачи данных от любого устройства к сетевому шлюзу).

Это происходит, если количество узлов превышает количество, разрешенное для определенного типа сетевого шлюза. При этом приложение MeshScape Network Monitor выводит на экран сообщение о конкретной ошибке. Проверьте тип сетевого шлюза. Скорее всего, это MG 6424-10 (ограничен 10 устройствами, включая сетевые узлы) с идентификатором устройства: 170.247.

В этом случае сетевой шлюз следует обновить до модели, позволяющей управлять большим количеством узлов (вернуться к LEM).

Каждое сетевое устройство указывает, что оно связывается с сетевым шлюзом, посредством мигания светодиодных индикаторов:

• EMN: при нормальной работе светодиод мигает один раз каждые 2 секунды. Последовательность «2 мигания с последующей паузой в 1 секунду» указывает, что радиосвязь не установлена.
• Сетевой репитер: индикатор STS мигает (обнаружен один путь) или постоянно включен (2 или более возможных пути)
• Другие модули:
  • при внешнем питании: индикатор STS мигает (один путь) или постоянно включен (2 или более возможных пути).
  • при питании от внутренних батарей информация передается светодиодами только при включении устройства (внутренний выключатель), после чего индикаторы гаснут.

Если по какой-либо причине беспроводная связь прервана, все устройства (включая сетевые репитеры) будут сканировать все каналы (11–26), чтобы синхронизировать с одним, установленным сетевым шлюзом.

Каждое устройство будет начинать сканирование с последнего доступного канала, соответствующего определенной частоте в диапазоне от 2,4 до 2,5 ГГц. После сканирования всего диапазона частот сканирование будет начинаться снова и снова. Поэтому, если сеть достаточно велика, при восстановлении питания сетевого шлюза необходимо сначала синхронизировать все репитеры Mesh Node для возможности обмена данными с любым конечным узлом, который в течение этого времени сканирует другой канал…

На практике это может занимать от нескольких минут до 1 часа.

При правильной настройке несколько сетей могут быть установлены в одном месте с устройствами в радиусе действия друг друга.

Для предотвращения перекрестных помех между сетями их соответствующие конфигурации должны удовлетворять следующим условиям:

• Каждая сеть должна иметь уникальный идентификатор группы и отличные от другой сети каналы.
• Каждое устройство, независимо от того, к какой сети оно принадлежит, должно иметь уникальный идентификатор устройства, в частности, номер сетевого шлюза и номер сетевого узла. Для сетевого шлюза, поскольку младший байт идентификатора устройства фиксирован и равен 247, а старший байт идентификатора устройства кодируется LEM для идентификации типа, это подразумевает изменение старшего байта идентификатора устройства за счет увеличения на единицу, например, текущего значения (201.247 вместо 200.247 по умолчанию).

При высоком уровне сигнала RSSI для каждого онлайн-устройства, сеть может быть нестабильной по следующим причинам: 

1. Насыщенность трафика данных из-за слишком большого количества EMN и сетевых репитеров.
Помните, что полоса частот передачи модулей EMN расширяется при увеличении количества узлов MN по формуле: Мин. интервал (сек) = 2 * MN + EMN. См. рекомендации по применению «Процедура перепрограммирования времени интервала и выборки EMN» (нажмите для загрузки). 
2. Радиочастотное возмущение от другой беспроводной сети (сетей), обменивающихся данными на той же частоте. В этом случае вы можете выбрать другой радиоканал для сети, просто изменив его для одного из сетевых шлюзов. Благодаря гибким возможностям все подчиненные устройства будут сканировать сетевой шлюз и выполнять синхронизацию с одним и тем же каналом. Просто имейте в виду, что полная синхронизация займет несколько минут. Требуемое время зависит от размера сети и топологии.

Теоретически количество репитеров в сети, используемых между конечным узлом и сетевым шлюзом, не ограничено. Однако на практике необходимо уделить внимание следующим моментам:

• Каждый сетевой узел, как и любое сетевое устройство, должен иметь уникальный адрес Modbus. Это означает, что к сетевому шлюзу можно подключить не более 246 дополнительных устройств.
• Кроме того, количество устройств зависит от типа сетевого шлюза.
• , MG-6424-10 ограничивается в общей сложности 10 устройствами, MG-6424-100 в общей сложности 100 устройствами, и MG-6424-200 в общей сложности 200 устройствами.
• Наконец, существует минимальный интервал времени между радиообменами, что может повлечь за собой еще одно ограничение для устройств по формуле: Минимальный интервал (сек) = 2 x MN + EN.

 Может потребоваться изменение настроек интервалов в конфигурациях с большим количеством узлов (MN), особенно для EMN, значение по умолчанию для которых составляет 20 секунд. См. рекомендации по применению «Процедура перепрограммирования времени интервала и выборки EMN» (нажмите для загрузки).

Количество переходов, указанное в сетевом мониторе MeshScape и в регистре Modbus #201 сетевого устройства, представляет собой количество радиосвязей («переходов между узлами») в канале радиосвязи от устройства до сетевого шлюза.

В сетевой топологии приведенного выше примера:

• EMN с идентификатором xxx.10 имеет количество переходов 2: один до устройства с идентификатором xxx.242 («первый переход», указанный в рег. 202) + один из этого устройства («последний переход», указанный в рег. 203) до сетевого шлюза. В таком случае «первый переход» и «последний переход» – это одно и то же устройство.
• Сетевой узел с идентификатором xxx.223 также имеет 2 перехода через узел с идентификатором 242.
• Wi-Pulse с идентификатором xxx.110 имеет 3 перехода: один до узла с идентификатором 223 («первый переход», указанный в рег. 202); один от узла с идентификатором 223 до узла с идентификатором 242 и последний от этого узла («последний переход», указанный в рег. 203) до сетевого шлюза.
• EMN с идентификатором xxx.120 имеет один переход, поскольку он соединен непосредственно с сетевым шлюзом.

В некоторых сетевых топологиях может присутствовать множество сетевых узлов с небольшим количеством переходов для каждого устройства. Некоторым другим может потребоваться большее количество последовательных узлов и переходов.

Программное обеспечение MeshScape Network Monitor предоставляет следующую информацию, полезную при вводе в эксплуатацию:

• список всех активных устройств с указанием их соответствующего состояния, типа, полного идентификатора устройства, индивидуального RSSI, счетчика переходов с первым и последним переходами (с указанием выбранного пути),
• Идентификатор группы сети и номер канала (информация от сетевого шлюза), …

Все эти данные теперь доступны из регистров Modbus, так что конечное приложение может сообщать или отображать топологию и конфигурацию сети. Для доступа к этой информации больше не требуется переключать связь с сетевым шлюзом из Modbus в стандартный (MACS) режим.

Скорее всего, ошибка связана с использованием неправильных коэффициентов масштабирования. Проверьте таблицы, приведенные в руководстве пользователя (§4.2.2) (нажмите для загрузки), и обратите внимание, что для моделей EMN/SP2 следует использовать другую таблицу

Необходимо устанавливать регистр UTC всякий раз при включении сетевого шлюза. Значение этого регистра не сохраняется и перезапускается с 0 после сброса питания. Кроме того, рекомендуется регулярно устанавливать его для предотвращения любой рассинхронизации, при этом сетевой шлюз отвечает за регулярную повторную синхронизацию всех сетевых устройств со своим значением UTC.

Если внутренний микропроцессор должен выполнять слишком частые опросы Modbus, это может создать затруднение и замедлить радиосвязь. Поэтому не рекомендуется проводить опрос слишком часто, а соблюдать минимальный период (например, обычно 1 секунду). По этому принципу сетевой шлюз не может буферизовать слишком много команд Modbus и разрешает всего несколько последовательных запросов Modbus, как правило, менее 10.

С другой стороны, всякий раз при отсутствии доступа Modbus к сетевому шлюзу в течение 30 минут все внутренние регистры очищаются. Конечно, большинство из них будут обновлены новыми данными, передаваемыми по радио, но в случае периода опроса, близкого к 30 минутам, можно просто прочитать некоторые данные как 0.

Можно ли это выполнить с помощью любого бесплатного программного обеспечения, предоставляемым LEM (EMN Monitor, MeshScape Network Monitor, ...)?

Счётчики могут быть сброшены только путем доступа к соответствующим регистрам Modbus, которые доступны только через приложение Modbus, но ни через MeshScape Network Monitor, ни через программное обеспечение MeshScape.

Тем не менее, монитор EMN не предоставляет никаких «автоматических» процедур для выполнения этого сброса. Это приложение представляет собой простое бесплатное демонстрационное программное обеспечение, позволяющее визуально сообщать о потреблении энергии.

Некоторые базовые программные средства, такие как Modbus Poll, работающие под управлением ОС Windows, позволяют напрямую обращаться к регистрам Modbus и выполнять команду «Write Multiple» для записи данных 0x01 в регистр с адресом #52.

Просто обратите внимание, что если вы используете «интеллектуальный ПЛК», который автоматически преобразует Modbus Write Multiple Registers (код 0x10) в одну команду Write Single Register (код 0x6), последняя не будет принята сетевым шлюзом. Поэтому вы можете принудительно выполнить команду Modbus Write Multiple Registers в два последовательных регистра #52 (командное слово) и #53 (время интервала записи) для отправки команды сброса и перезаписи интервала времени (по умолчанию 5 минут).

Запись Modbus сначала подтверждается сетевым шлюзом посредством кода исключения «05», чтобы исключить любую ошибку таймаута. Он сигнализирует, что устройство обрабатывает команду, передавая ее в соответствующий EMN по радиочастотному каналу. Для этого требуется полный обмен по радиосвязи, который займет несколько минут. Поэтому обычно рекомендуется опросить регистр, чтобы определить, завершен ли процесс.

Все устройства EMN сертифицированы по классу точности 1 в соответствии с IEC 62053 для активной энергии, что означает, что общая точность выше 99% в диапазоне от 10% до 120% от номинального значения тока (Ipn). Для реактивной энергии устройства сертифицированы по Классу 3 (макс. погрешность 3%).

Если индикатор не мигает, устройство EMN не включено.

За исключением исполнения EMN D3/SP2, который требует внешнего источника питания 24 В постоянного тока, все стандартные устройства EMN автономно питаются от входных линий L1 и N. Следовательно, подключены должны быть, как минимум L1 и нейтральная линия.

Для питания устройства EMN как минимум две линии – L1 и нейтраль –должны быть подключены.

Кроме того, в качестве измерителя энергии EMN требует значений тока и напряжения. Ток измеряется по показаниям датчиков - трансформатором тока или катушек Роговского, каждый из которых предназначен для одной электрической фазы, а напряжение – по напряжению от линий L1, L2, L3, N (3 фазы и нейтраль), которые должны быть подключены к соответствующим фазам.

Светодиод мигает 3 раза, если частота EMN не находится в диапазоне 50–60 Гц. Поскольку измерение частоты выполняется на линии L1, проверьте ее, не выходит ли частота за пределы диапазона (45–65 Гц) или если среднеквадратичное значение напряжения ниже 70 В.

Светодиод мигает 5 раз, чтобы сообщить об ошибке контрольной суммы EEPROM во время последнего отключения EMN. Основной причиной является некорректное изменение параметров во время попытки записи Modbus при выключенном питании. Такая ошибка временная, и сигнал ошибки исчезнет после выполнения нового правильного цикла включения/выключения питания.

Во избежание таких проблем, рекомендуется, чтобы EMN всегда находился во включенном состоянии. В идеале лучше предусмотреть бесперебойный источник питания (ИБП), чтобы EMN контролировал низкое или нулевое потребление во время отключений сети.

В случае отрицательного значения активной энергии на одной или нескольких фазах убедитесь, что соответствующие датчики - трансформаторы тока или катушки Роговского установлены в правильном направлении в соответствии с направлением тока, (положительное направление обозначено стрелкой на датчике). Также проверьте правильность назначения фаз (CT1 или RT1 для L1, CT2 или RT2 для L2, и CT3 или RT3 для L3).

Значения реактивной энергии могут быть отрицательными, в зависимости от типа нагрузки:

Q (VAR) = Uэфф * Iэфф * sin φ, φ разность фаз тока/напряжения

sin φ <0 в случае емкостной нагрузки

sin φ >0 в случае индуктивной нагрузки

sin φ =0 в случае только резистивной нагрузки

Чтобы обновить полную таблицу регистров Modbus, каждое устройство EMN должно отправить 3 пакета данных в сетевой шлюз, причем каждый пакет должен иметь максимальный размер. По умолчанию устройство EMN настроено на периодическую отправку нового пакета, примерно каждые 20 секунд.

Фактически микроконтроллер готовит пакет данных для модуля радиосвязи конечного узла, который отвечает за добавление метки времени и ее передачу. В зависимости от потенциальных приоритетных задач конечного узла эта операция занимает 20 с +/- от 1 до 2 секунд. Поэтому интервал времени, который должен составлять одну минуту (3x20 с), может отличаться на несколько секунд.

Это отклонение не имеет решающего значения, поскольку новые значения в счетчиках имеют метки времени с точным временем внутренних часов EMN (с точностью до 1 секунды). Поэтому при обращении к значениям счетчиков приложение должно также считывать информацию о метке времени в регистрах Modbus #24, #25, #26, которые не точно синхронизируются на минутном интервале.

Для регистров, основанных на интервальном времени (регистры «Recording Interval»), это не так, поскольку этот внутренний процесс EMN синхронизируется с интервальным временем, и данные сохраняются в это точное время. В этом случае значения метки времени в регистрах Modbus #28, #29, #30 в точности кратны интервалу времени записи.

Каждый модуль EMN имеет собственный регистр UTC и собственные часы.

В регистре UTC хранится количество секунд, прошедших с 1 января 1970 года.

Эта информация о дате/времени не сохраняется в случае выключения питания, поэтому после цикла включения и выключения питания EMN отправит данные с меткой времени с 1 января 1970 года во время повторной синхронизации с помощью сетевого шлюза. Сетевой шлюз регулярно передает по радиочастотному каналу свое собственное значение даты/времени для всех модулей в сети.

Поэтому крайне важно, чтобы приложение периодически обновляло дату и время сетевого шлюза, выполняя запись в свои регистры UTC 19 (MSW) и 20 (LSW) за одну операцию.

Ссылаясь на «Процедуру перепрограммирования интервала времени радиообмена и времени выборки EMN» (нажмите, чтобы загрузить), можно изменить период обновления данных по умолчанию, который составляет 60 секунд, в зависимости от количества устройств EMN и сетевых узлов.

В простейшем случае всего 1 EMN-устройства, непосредственно связывающегося с сетевым шлюзом (без какого-либо сетевого узла), интервал радиообмена может быть уменьшен до 1 секунды, а регистр Modbus обновляется каждые 3 секунды.

При использовании сетевого узла интервал радиотрансляции EMN может быть уменьшен до 3 секунд, а полная таблица регистров Modbus обновляется каждые 9 секунд.

EMN может устанавливаться в металлическом шкафу с учетом определенных рекомендаций. Обратитесь к руководству пользователя Wi-LEM (нажмите, чтобы загрузить):

• не устанавливайте EMN в глубине шкафа между электрическими кабелями,
• установите модуль так, чтобы антенна была направлена к дверной щели или любому отверстию,
• систематически добавляйте сетевые репитеры за пределами шкафа в его окрестностях (менее 5 м).

Если на DIN-рейку установлено несколько EMN, рекомендуется оставить свободное место с левой стороны, где находится антенна, как показано стрелкой на рисунке ниже. Опыт показывает, что это расстояние должно составлять не менее 20 мм.

Такое же расстояние должно соблюдаться в отношении любого другого объекта или проводника/кабеля

Трансформаторы тока/катушки Роговского являются неотъемлемыми частями EMN. Их кабели припаяны непосредственно к печатной плате внутри корпуса. Их невозможно отсоединить (например, провести кабели через трубопроводы или отверстия в шкафу), не влияя на параметры EMN, которые зависят от процесса калибровки прибора в целом. Единственный способ состоит в том, чтобы провести все датчики - трансформаторы тока или катушки Роговского через достаточно большой канал или отверстие.

В EMN как накопленные значения активной и реактивной энергии сохраняются в 32-разрядный знаковый регистр (то есть 2 регистра Modbus). Значение имеет знак, и 31 бит являются значащими, так что EMN может хранить значения до 0x 7fff ffff (т. е. десятичное значение 2 147 483 647). Затем, для определения максимального значения энергии это максимальное значение регистра следует разделить на коэффициент масштабирования.

Например, для EMA на 5A каждое значение счетчика следует разделить на 8, а максимальная активная энергия равна 268 435 456 Втч. EMN на 50A, имеющий коэффициент масштабирования 0,8, может измерять до 2 684 54 558 Втч

Фактически коэффициент масштабирования обратно пропорционален номинальному значению диапазона, поэтому, независимо от типа EMN, взятого для расчета, результат будет тот же.

Если мы возьмем максимальный ток для 5А EMN (120% от номинального тока, т. е. 6А), с максимально допустимым напряжением (300 В), мы получим максимальную нагрузку 6 А * 300В = 1800 Вт на 1 фазе. EMN в этом случае может подсчитывать энергию в течение до 149130 часов до переполнения, то есть 6213 дней или более 17 лет на 1 фазу, и целых 6 лет для регистров, передающих сумму по трем фазам, в случае максимальной нагрузки на каждую фазу!

В EMN значения активной и реактивной энергии, зарегистрированные в течение определенного интервала времени, сохраняются в 16-разрядных регистрах со знаком. Поэтому их исходное значение до деления на коэффициент масштабирования ограничивается 32767. Этот предел может быть достигнут в случае высокого значения тока нагрузки с интервалом времени записи, превышающим значение по умолчанию 5 минут. Ознакомьтесь с таблицами, приведенными в руководстве пользователя Wi-LEM V7, стр. 4–5 (ссылка для загрузки). Обратите внимание, что регистры, указывающие сумму трех фаз, переполняются первыми

Например, первое переполнение регистров суммы фаз происходит с 10-минутным интервалом времени для тока около 85% Ipn.

Проверьте внутренний выключатель питания.

1. Макс. входное напряжение составляет 3,3 В
2. Номинал входного резистора выбирается перемычкой
3. Вход высокого уровня 0,8 В мин, вход низкого уровня 0,15 В макс.

В модуле Wi-Pulse внутренняя электронная схема питается от 3,3 В , это касается и входного резистора (между входом и питанием 3,3 В). Следовательно, рекомендуется управлять таким входом транзистором с открытым коллектором, и если это невозможно, убедитесь, что входное напряжение не превышает 3,3 В. В противном случае возможно повреждение внутренней электроники. Для каждого счетчика можно выбрать величину входного резистора перемычками, обозначенными как: L для 1,5 кОм, M для 10 кОм и H для 100 кОм.

По умолчанию сопротивление составляет 100 кОм, позволяя использовать импульсы запуска с током 33 мкА. Входные характеристики могут быть адаптированы к выходам счетчика импульсов и характеристикам кабеля, если требуется более высокий ток (например, 330 мкА или 2,2 мА). Целью является получение допустимых уровней напряжения на таком входе.

Вход считается на высоком логическом уровне для любого напряжения выше 0,8 В и низком логическом уровне для любого напряжения ниже 0,15 В.

Как описано в руководстве пользователя Wi-LEM (загрузить здесь), интервал времени Wi-Temp, Wi-Zone, Wi-Pulse настраивается в регистре #363 и имеет следующие возможные значения: 5, 6, 10, 12, 15, 20, 30 или 1 мин.

По умолчанию Wi-Zone, а также Wi-Temp и Wi-Pulse устанавливаются с интервалом в 1 минуту, чтобы ускорить обнаружение онлайн-устройств во время ввода в эксплуатацию. Затем настоятельно рекомендуется изменить его на 5 минут, по крайней мере, для уменьшения потребления и увеличения срока службы батареи.

Чем меньше интервал времени, тем выше потребление, поскольку устройство чаще обменивается данными.

При интервале в 1 минуту максимальное время автономной работы составляет 1 год для щелочных батарей 3xAAA!