CS-CS.Net: Лаборатория Электрошамана

Контроллеры-Мониторы Сети ОВЕН КМС-Ф1.Щ2.Р (мультиметры с Modbus)

Продолжаем тему измерительных приборов, которую я поднимал в прошлом посте про трансформаторы тока и измерительные модули WirenBoard WB-MAPx.

Сегодня я расскажу про щитовые измерительные приборы ОВЕН КМС-Ф1 (Контроллер-Монитор Сети), которые устанавливаются в отверстие на щите 91х42 мм и могут (при помощи трансформаторов тока со стандартным выходом в 5А) измерять частоту, напряжение, ток и мощность, отображать эти значения на дисплее, отдавать их по Modbus и аппаратно при помощи встроенного реле отдавать сигнал аварии при выходе тока или напряжения за заданные пределы. Также можно заказать модификацию КМСки с другими типами выходов (0..10V, 4..20 мА, Симисторный, NPN) и управлять какими-то процессами при помощи измеренного напряжения, тока или мощности.

Их достоинством является сравнительно небольшая глубина (можно вмонтировать в пластрон системы CombiLine и шкафы TwinLine), большой дисплей для отображения значения (самый большой из тех, которые я видел), и то, что все параметры можно получить по Modbus.

Из недостатков я бы отметил то, что в один момент времени отображается только один из параметров (напряжение, ток, мощность) и щитовой монтаж. Может когда-нибудь ОВЕН сделает их в корпусе на DIN-рейку и с таким же крутым дисплеем! Так же учтите и то, что это промышленный прибор, и в отличие от реле напряжения (все посты про них по тэгу) имеет отдельное питание в 230V (НЕ питается от ввода, который измеряет).

Также напомню, что когда-то я рассказывал про мультиметр-регистратор OMIX Elnet Reg и про измеритель-регистратор НоваТек РПМ-16-4-3 (новая версия РПМ-416), которые применял в своих проектах. Все они тоже работают с трансформаторами тока. У самого ОВЕНа есть модули для измерения параметров электросети (я писал про них в общем посте про модули ввода-вывода), которые отдают данные по Modbus.

Все подключения КМС-Ф1 делаются на винтовых клеммах, расположенных сзади корпуса. Клеммы несъёмные (было бы прикольно сделать их съёмными или разъёмными на базе клемм от DegSon или аналогичных), принимают провода сечением в 0,75..1,5 кв.мм., обжатые наконечниками НШВИ и НШВИ(2).

Контакты для подключения сигналов ОВЕН КМС-Ф1

В зависимости от модификации прибора у него может быть до трёх выходов в разных комбинациях, но с ограничениями на их сочетание. Перед заказом пожалуйста почитайте инструкции и список возможных вариантов на сайте ОВЕНа.

Я использовал самую простую модификацию прибора — КМС-Ф1.Щ2.Р (одно выходное реле), так как мне нужны были красивые индикаторы на щите и сбор данных по Modbus в ПЛК. Это был проект в Папушево — щит котельной (ссылка на третью часть поста, ссылка на первую часть поста, где был показан монтаж КМС на пластроны) и щит дома (пост пока не написал, так как там не готова проводка).

Такие измерители, как я говорил ранее, рассчитаны на питание от отдельного и стабильного напряжения 230V (потребляемая мощность — 10 Вт). Было бы здорово сделать универсальный блок питания 230/24V, как сделано у модулей ввода-вывода линейки Мх110 (пост про все модули ввода-вывода ОВЕН), чтобы питать эти КМСы от того же напряжения +24V, от которого питается ПЛК в щите (обычно оно берётся от UPS или Инвертора). Сейчас я подключаю КМСы на питание ПЛК по 230V (до блока питания ПЛК), то есть один фиг питаю их от того же места, что и ПЛК, с резервированием.

Технически цепи измерения напряжения и тока можно подключать к КМС-Ф1 через трансформаторы напряжения и тока соответственно. Если мы точно знаем, что напряжение не будет выше 400V (максимум для измерительного входа КМС-Ф1) — например для измерения однофазной сети или питания после реле напряжения (в щите котельной в Папушево так и сделано), то мы можем обойтись без трансформатора напряжения.

А вот измерение тока возможно только через трансформаторы тока со стандартным выходом 5А. Я использую мои любимые трансформаторы тока ABB TRFM, про которые писал в отдельном посте.

Если прибор имеет отдельное питание, то подключать его надо по такой схеме (цепь питания КМСа в этом случаея я защищал автоматом на 1А или предохранителем, которые на схеме не показаны):

Схема включения ОВЕН КМС-Ф1 при питании от отдельного источника

Здесь фаза напряжения подаётся на контакт «5», плюсовой выход трансформатора тока — на контакт «3», а ноль сети и минусовой выход трансформатора тока — на контакт «4». Это подключение — такое же, как на модулях ввода параметров электросети ОВЕН МЭ110-224.1М. Поначалу я с ним запутался, а потом всё заработало.

Если ваш проект простой, и вам зачем-то надо запитать КМСы от измеряемого напряжения, то можно использовать такую схему включения. Здесь предохранителем защищены и питание КМСа и его измерительная цепь.

Схема включения ОВЕН КМС-Ф1 при общем питании от той же линии, которую меряем

Давайте заглянем внутрь КМС-Ф1 и посмотрим, как он сделан.

Внутреннее устройство ОВЕН КМС-Ф1 (видны три реле выходов, хотя используется только один)

В нижней части фотографии мы видим импульсный блок питания от 230V, и блестящий измерительный шунт, при помощи которого измеряется ток.

Забавно: внутри на плате распаяно три реле, а на сайте ОВЕНа указано, что стандартной является модификация КМС-Ф1.Щ2.Р, а модификация КМС-Ф1.Щ2.РРР — заказной. Странно! Зачем тогда распаивать все реле? =)

На нижней стороне платы стоят основные компоненты для питания, измерения и связи по RS-485. Видна защитная фрезеровка между разными участками платы, а вся плата покрыта защитным лаком (так ОВЕН всегда делает).

Задняя часть основной платы ОВЕН КМС-Ф1 (видна фрезеровка между силовыми дорожками и выходами с реле)

Сама измерительная часть КМС построена на микросхеме ADE7763 и аналогична той, которая стоит в модуле измерения параметров однофазной сети (привожу фотки из поста про модули ввода-вывода):

Измерительный токовый шунт и позолоченные дорожки. Выглядит круто!

Микросхема Analog Devices ADE7763, на базе которой построен измерительный модуль

Линия связи RS-485 гальванически развязана через микросхему ISO7731.

Развязка RS-485 выполнена на стандартной для ОВЕНа микросхеме ISO7731

В общем, КМС-Ф1 сделан по всем добротным стандартам промки. Поэтому и стоит столько денег.

При включении этих приборов надо настроить коэффициенты трансформации напряжения (без трансформатора напряжения он будет равен 1) и тока (он вычисляется как деление номиналов токов первичной и вторичной обмоток трансформаторов, например для трансформатора 40/5А он будет равен 40/5 = 8).

Если какое-то значение окажется ниже того, что прибор может измерить (например, тока в измеряемой цепи не будет), то КМС-Ф1 покажет «LLLL». Это меня напугало поначалу, так как я подумал что это какой-то признак ошибки, и я что-то не так подключил в щите.

Работа КМС-Ф1 в режиме низкого значения тока LLLL (ниже, чем он может измерить)

Если дать нагрузку — то показания тока появляются.

Работа КМС-Ф1 в режиме нормального значения тока

Как я уже говорил, первый раз я применил КМСы для измерения напряжений и токов вводов Сети и Инвертора в щите котельной в Папушево (ещё раз ссылка на первую часть поста про этот щит).

Тот щит является для меня примером соединения красоты и промки, так как я придумал способ, как установить КМСы на пластрон щита и сделать сам пластрон съёмным и отключаемым на базе разъёмных клеммных блоков Phoenix Contact/DegSon на DIN-рейку.

Монтаж ОВЕН КМС-Ф1 на съёмном пластроне в щит с обычными DIN-рейками

Вот так это выглядело в щите 2019 года. По мне — так охрененно!

Монтаж ОВЕН КМС-Ф1 на съёмном пластроне в щит с обычными DIN-рейками (пластрон установлен на место)

В щите дома для того же Папушево мне надо было разместить 4 КМС-Ф1 на пластроне AG21, и я сделал себе чертёж для разметки всех креплений.

Пример монтажного чертежа для пластрона ABB AG21 (2x1 рейка GU на 4 КМСа)

Для того, чтобы пластик пластрона не выгнуло винтами крепления КМСов, я изготовил подложку из стеклотекстолита, которую приклеил супер-клеем на пластрон.

Подготовка отверстий в пластроне и текстолитовой подкладке (для прочности)

Так как винты КМС-Ф1 сильно упираются в платрон, то я решил сделать дополнительные накладки из кусочков стеклотекстолита.

Дополнительные текстолитовые подкладки под крепёжные винты (они сильно давят и продавят один слой текстолита)

Вот так будет надёжнее и лучше:

Крепление КМС-Ф1 крупным планом (виден упорный винт)

После всех подготовок и опытов у меня получился вот такой вот пластрон:

Пластрон со всеми приклеенными подкладками готов к установке КМСов

Осталось достать КМСы из коробок и приготовить их к монтажу.

КМС-Ф1 в корпусе Щ2 и его крепления с винтами

А потом вставить их в отверстия и закрепить.

Всё готово!

Все КМСы установлены на пластроне и готовы к подключению

Зацените, как красиво всё выглядит в щите на ABBшной системе CombiLine (я же говорю, что у неё нет аналогов по крутости).

Пластрон с щитовыми КМС-Ф1 установлен для примерки в щит на системе CombiLine

Чтобы красиво установить разъёмные клеммники для подключения цепей КМС-Ф1 в щит, я взял DIN-рейку ABB ED2, спилил у неё края и прикрутил её сзади WR-профиля рамы щита. За счёт этого она получилась утопленной по глубине.

Подготовка DIN-рейки системы CombiLine для крепления сзади WR-профиля щита

Осталось только установить разъёмые клеммы на неё.

На DIN-рейке сзади и ниже КМС-Ф1 смонтированы разъёмные клеммы для подключения приборов к цепям щита

Вот так выглядит монтаж КМСов в щите сзади.

Заершённый монтаж ОВЕН КМС-Ф1.Щ2 в щите на базе системы CombiLine (вид сзади)

А вот и этот готовый щит с пока ещё не закрытыми пластронами.

ОВЕН КМС-Ф1.Щ2.Р в работе в силовом щите коттеджа (измерение фаз сети и инвертора)

А вот — с закрытыми. Всё работает и смотрится классно за счёт крупных цифр.

Вид на щит с ОВЕН КМС-Ф1 с закрытыми пластронами

И напоследок расскажу то, как опрашивать эти измерители через ПЛК. Тут есть кое-какие заморочки, связанные с тем, что КМС отдаёт все данные в целочисленном формате со смещением десятичной точки, которое настраивается в самом же КМСе.

Вот часть его таблицы регистров:

Таблица регистров Modbus приборов ОВЕН КМС-Ф1.Щ2

Поэтому для того, чтобы получить текущие значения напряжения и тока, нам надо считать наборы регистров этих значений и регистров положений их десятичной точки.

Каналы для опроса КМС-Ф1 по Modbus в CodeSys v3.5 (чтение напряжения и тока)

А для того, чтобы установить положение десятичной точки в заданное — однократно при запуске ПЛК записать в регистры десятичной точки нужные значения. Я использовал CodeSys 3.5, где есть возможность задать параметры, однократно записываемые при начале опроса устройства Modbus. На других ПЛК это надо сделать вручную.

Каналы для опроса КМС-Ф1 по Modbus в CodeSys v3.5 (настройка десятичных точек)

КМС отдаёт данные в виде двух регистров в обратном порядке (младший, а затем старший). Общий алгоритм обработки данных с него такой:

• Получаем данные в виде двух регистров WORD;
• Склеиваем из них DWORD, переставляя регистры в обратном порядке. Мы получаем текущее значение с учётом числа знаков после запятой, например 22347;
• Получаем данные о положении десятичной точки (число знаков после запятой), например 2;
• Возводим число 10 в степень количества знаков после запятой. Мы получаем делитель, например 10^2 = 100;
• Преобразуем число DWORD в REAL и делим его на наш делитель, получая результат, например 22347 / 100 = 223.47 Вольт.

Чтобы не морочиться с перестановкой регистров и сбором DWORD, я по совету с форума ОВЕНа создал объединение двух WORD и DWORD, хотя сейчас сделал бы групповое чтение всех данных, перестановку регистров в коде и вообще FB для всего КМС-Ф1 сразу.

Объединение (UNION) для преобразования двух Modbus-регистров WORD в одно число DWORD

Объявляем переменные в коде:

Переменные для чтения данных по Modbus из ОВЕН КМС-Ф1

А потом привязываем наши объединения к каналам опроса Modbus в ОБРАТНОМ порядке. Обратите внимание на колонку «Переменная»: индексы массива WORD [1] стоят первыми, а индексы [0] — вторыми. Таким образом мы и подставляем регистры WORD в обратном порядке.

Привязка переменных для чтения данных из КМС-Ф1 по Modbus (CodeSys v3.5)

Ну а дальше надо всё поделить и получить результаты.

Код на языке ST для чтения данных из КМС-Ф1 по Modbus (CodeSys v3.5)

КМС-Ф1 мне понравились, и я рад применять их в проектах, где есть ПЛК и его резервное питание (чтобы питать сами КМСы)!

Из пожеланий я бы выделил такие:

• Сделать универсальный вход питания 230/24V;
• Сделать вариант в корпусе размерами с модульку, которая встаёт под пластрон
• Сделать настройку автоматического «листания» отображаемых величин (например, Напряжение, Ток, Мощность) через заданное время.