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.

Проекту исполнилось 16 лет! Поддержать проект материально, проспонсировать проекты Автора или сделать ему подарок можно на этой странице: "Донаты и Спонсорство, Список Желаний".