Foxboro FBM201 P0914SQ Analog Input Interface Modul

Foxboro FBM201 P0914SQGrundlegende Informationen

• Herkunft: Vereinigte Staaten.

• Gewicht: Etwa 0,5 kg.

• Abmessungen: 43 mm × 43 mm × 25 mm.

• Betriebstemperaturbereich: -20 °C bis +60 °C.

• Feuchtigkeitsbereich: 0 bis 95% (nicht kondensierend).

Funktionale Eigenschaften

• Anzahl der Kan?le: Bietet 8 unabh?ngige analoge Eingangskan?le.

• Eingangssignaltypen: Unterstützt mehrere analoge Signaltypen, wie z. B. 0-20 mA Stromsignale, 0-10 V Spannungssignale usw.

• Elektrische Isolation: Die elektrische Isolation zwischen den Kan?len schützt das Modul effektiv vor elektrischem Rauschen und St?rungen und gew?hrleistet eine stabile und zuverl?ssige Signalübertragung.

Anwendungsgebiete

ArbeitsweiseI. Grundlegende Positionierung und Funktionen des Moduls

• Anwendungsszenarien: Als Feldbus-Schnittstellenmodul wird es üblicherweise verwendet, um Feldeinrichtungen (z. B. Sensoren und Aktoren) mit Steuerungssystemen zu verbinden, um die übertragung und Verarbeitung von analogen oder digitalen Signalen zu realisieren.

• Kernfunktionen:

• Erfasst Eingangssignale (z. B. Strom, Spannung, Temperatur usw.) von Feldeinrichtungen und wandelt sie in digitale Signale um, die vom System erkannt werden k?nnen.

• Empf?ngt Ausgabebefehle vom Steuerungssystem und wandelt sie in analoge oder digitale Signale um, die von Feldeinrichtungen ausgeführt werden k?nnen.

• Unterstützt die Datenkommunikation mit anderen Modulen oder Controllern über den Feldbus (z. B. FOUNDATION Fieldbus).

II. Hardware-Architektur und Signalverarbeitungsfluss

1. Hardware-Zusammensetzung

• Energieversorgungsteil: Empf?ngt die externe Stromversorgung (üblicherweise Gleichstrom), um eine stabile Betriebsspannung für die internen Schaltkreise des Moduls bereitzustellen.

• Signal-Schnittstellen:

• Eingangskan?le: Verbinden sich mit den Signal-Eingangsenden von Feldeinrichtungen und unterstützen mehrere Signaltypen (z. B. 4-20 mA Strom, 0-10 V Spannung, Thermoelement-/Thermowiderstandssignale usw.).

• Ausgangskan?le: Senden Steuersignale an Feldeinrichtungen, wie z. B. zum Ansteuern von Ventilen, Motoren usw.

• Prozessor und Speicher:

• Eingebauter Mikroprozessor (MCU): Ist für die Ausführung von Signalverarbeitungsalgorithmen, Kommunikationsprotokollen und der Modullogiksteuerung verantwortlich.

• Speicher (z. B. Flash-Speicher, RAM): Speichert die Modulkonfigurationsparameter, Programmcode und tempor?re Daten.

• Kommunikationsschnittstelle: Verbinden sich mit Controllern oder anderen Modulen über den Feldbus (z. B. H1-Bus) und folgen bestimmten Kommunikationsprotokollen (z. B. FOUNDATION Fieldbus-Protokoll).

2. Signalverarbeitungsgrundsatz

• Eingangssignalverarbeitung:

• Analoge Signale (z. B. 4-20 mA), die von Feldeinrichtungen ausgegeben werden, gelangen über die Eingangskan?le in das Modul.

• Nach einer Vorverarbeitung wie Filtern und Verst?rken werden die Signale von einem Analog-Digital-Wandler (ADC) in digitale Signale umgewandelt.

• Die digitalen Signale werden vom Prozessor für die Linearisierung, Bereichskonvertierung, Fehlersdiagnose (z. B. Signalüberschreitung, Leitungsbrucherkennung) usw. verarbeitet und in technische Einheiten (z. B. Temperatur-, Druckwerte) umgewandelt.

• Die verarbeiteten Daten werden über den Feldbus an das Steuerungssystem übertragen, damit die Anlagenbetreiber sie überwachen oder an der Steuerlogik-Betriebnahme teilnehmen k?nnen.

• Ausgangssignalverarbeitung:

• Digitale Steuerbefehle (z. B. Ventil?ffnungssollwerte), die vom Steuerungssystem über den Feldbus gesendet werden, gelangen in das Modul.

• Nach der Empfang der Befehle dekodiert und überprüft der Prozessor sie, um die Datenvalidit?t sicherzustellen.

• Die digitalen Signale werden von einem Digital-Analog-Wandler (DAC) in analoge Signale (z. B. 4-20 mA) umgewandelt oder direkt als digitale Signale (z. B. Schaltsignale) ausgegeben.

• Die Ausgangssignale werden von der Treiberschaltung verst?rkt und an die Feldeinrichtungen übertragen, um die Steuerung von Aktoren zu realisieren.

III. Kommunikationsprotokoll und Dateninteraktionsmechanismus

1. Feldbus-Kommunikation

• Protokollstandard: Basierend auf dem FOUNDATION Fieldbus-Protokoll, unterstützt den H1-Bus (langsamer Feldbus, übertragungsrate 31,25 kbps), geeignet für Echtzeit-Steuerungsszenarien in der Industrie.

• Kommunikationsmodus:

• Verwendet eine Bus-Topologie, bei der mehrere Module an einem einzigen Bus angeschlossen werden k?nnen, und verschiedene Ger?te werden durch Adressierung unterschieden.

• Unterstützt die periodische Kommunikation (zeitgesteuerte übertragung von Prozessdaten) und die aperiodische Kommunikation (z. B. Parameterkonfiguration, Fehleralarm).

• Datenübertragungsfluss:

• Als Bus-Masterger?t sendet der Controller in regelm??igen Abst?nden Abfragebefehle an jedes Slave-Ger?t (z. B. FBM201).

• Nach der Empfang der Befehle packt FBM201 die erfassten Eingangsdaten oder Statusinformationen zusammen und sendet sie über den Bus zurück an den Controller.

• Der Controller aktualisiert die Steuerstrategie basierend auf den empfangenen Daten und sendet Ausgabebefehle an FBM201.

2. Dateninteraktionslogik

• Eingangsdatenaktualisierung: Das Modul erfasst die Feldsignale in einem festgelegten Intervall (z. B. von Millisekunden bis zu Hunderten von Millisekunden), um die Echtzeitf?higkeit der Daten sicherzustellen.

• Ausgangsdaten-Cache: Nach der Empfang von Befehlen vom Controller werden die Daten zuerst im Cache-Speicher gespeichert und erst nach der überprüfung ausgegeben, um Signalunterbrechungen oder -fehler zu vermeiden.

• Redundanz- und Fehlertoleranzmechanismus: Unterstützt in einigen Szenarien die Redundanzkonfiguration (z. B. Doppel-Bus-Kommunikation). Wenn der Hauptbus ausf?llt, wechselt es automatisch auf den Reservebus, um die Systemzuverl?ssigkeit sicherzustellen.

IV. Steuerlogik und Fehlerbehandlung

1. Eingebaute Steuerfunktionen

• Einige FBM201-Module unterstützen einfache lokale Steuerlogiken (z. B. Schwellenwertalarm, Signalauswahl, Linearisierungsberechnung), die die Feldsignale vorab verarbeiten k?nnen, ohne auf den Controller angewiesen zu sein.

• Beispiel: Wenn das Eingangssignal die festgelegte obere Grenze überschreitet, kann das Modul direkt ein Alarmsignal ausgeben oder eine lokale Verriegelungsaktion ausl?sen.

2. Fehlersdiagnose und -schutz

• Selbstdiagnosefunktion: Das Modul überwacht kontinuierlich seinen eigenen Hardware-Status (z. B. Versorgungsspannung, ADC/DAC-Genauigkeit, Kommunikationsverbindung). Wenn ein Fehler festgestellt wird, sendet es Alarminformationen über die Anzeigeleuchten oder den Bus.

• Signalfehlerbehandlung:

• Wenn das Eingangssignal unterbrochen oder au?erhalb des zul?ssigen Bereichs ist (z. B. Strom unter 3,8 mA), kann das Modul so eingestellt werden, dass es einen Standardwert ausgibt (z. B. den letzten gültigen Wert beibeh?lt, einen sicheren Wert ausgibt) oder einen Alarm ausl?st.

• Wenn der Ausgangskanal ausf?llt (z. B. Leerlauf, Kurzschluss), schaltet es automatisch die Ausgabe ab oder wechselt auf den Reservekanal (falls eine Redundanzkonfiguration vorhanden ist).

V. Integration in Steuerungssysteme

• Datengewinnung: Echtzeit-Erfassung von Prozessparametern (z. B. Temperatur, Druck, Durchfluss) von Feldeinrichtungen, Umwandlung in digitale Signale und übertragung an den Controller.

• Steuerausführung: Empf?ngt die Ausgabe des Steueralgorithmus des Controllers (z. B. PID-Einstellresultate) und wandelt sie in Steuersignale für Feldeinrichtungen (z. B. Ventil?ffnung, Motordrehzahl) um.

• Systemzusammenarbeit: Bildet ein geschlossenes Regelungssystem mit dem Controller, der Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) und anderen Modulen, um die automatische überwachung und Regelung von industriellen Prozessen zu realisieren.

VI. Typische Anwendungsszenarien

• Prozessindustrie: Prozesssteuerung in Bereichen wie Petrochemie, Energie und Metallurgie, wie z. B. Reaktortemperatursteuerung, Rohrdruckregelung, Flüssigkeitsstand-Sicherheitsverriegelung usw.

• Diskrete Fertigung: Szenarien, die die Erfassung von analogen Signalen erfordern, wie z. B. die überwachung des Zustands von Produktionslinienausrüstungen, die Zusammenfassung von Sensordaten.

Zusammenfassung