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1、 HOLLiAS MACS -K 系列模块系列模块 K-AI03 K-AI03 16 通道模拟量输入模块使用说明书 16 通道模拟量输入模块使用说明书 2014 年年 5 月月 B 版版 HOLLiAS MAC-K 系列手册系列手册- K-AI03 16 通道模拟量输入模块使用说明书通道模拟量输入模块使用说明书 重要信息重要信息 危险图标：表示存在风险，可能会导致人身伤害或设备损坏件。 警告图标：表示存在风险，可能会导致安全隐患。 提示图标：表示操作建议，例如，如何设定你的工程或者如何使用特定的功能。 和利时公司版权所有 I 目目 录录 1. 概述概述 1 2. 接口说明接口说明 3 2.1
2、模块单元示意图模块单元示意图 . 3 2.2 现场信号接线说明现场信号接线说明 . 4 2.3 模块地址设置模块地址设置 . 6 3. 状态灯说明状态灯说明 7 4. 其他特殊功能说明其他特殊功能说明. 8 4.1 二线制外供电保护二线制外供电保护 . 8 4.2 诊断功能诊断功能. 9 4.3 冗余功能冗余功能. 10 5. 工程应用工程应用 11 5.1 底座选型说明底座选型说明 . 11 5.2 现场配置方式说明现场配置方式说明 . 11 5.3 应用注意事项应用注意事项 . 13 6. 尺寸图尺寸图 14 7. 技术指标技术指标 14 K-AI03 16 通道模拟量输入模块使用说明书
3、B 修订日期 2014-4-30 和利时公司版权所有 第 1 页，共 15 页 K-AI03 16 通道模拟量输入模块通道模拟量输入模块 1.1. 概述 概述 K-AI03 为 K 系列 16 通道模拟量通道非隔离输入模块，测量 022.7mA 范围模拟信号，可以按 1：1 冗余配置使用。无需跳线就可以设置为配电或不配电工作方式，可以接二线制仪表或四线制仪 表。 K-AI03 模块具备强大的过流过压保护功能，误接30VDC 和过电流都不会损坏。 K-AI03 模块支持带电热插拔、支持冗余配置，具有完善断线短路超量程诊断功能，面板设计有 丰富的 LED 指示灯，可显示模块电源、故障、通讯信息。
4、K-AI03 模块每个通道可设置不同的滤波参数以适应不同的干扰现场。 配合主控制器的不同运算 周期，可以根据工艺需要组成可快可慢的控制回路。 K-AI03 模块全系列采用双冗余 IO-BUS 总线、双冗余供电工作方式，任意断一根 IO-BUS 总线 和电源，不影响正常工作。 K-AI03 模块还采用了现场电源和系统电源分开隔离供电。同仪表相连的电路采用现场电源供 电，数字电路和通讯电路采用系统电源供电，因此现场来干扰不会影响数字电路和通讯。 K-AI03 硬件全部模块实施喷涂三防漆处理，按照 ISA-S71.04-1985 标准生产，线路板达到 G3 防腐等级。 K-AI03 完整的模块单元由
5、一个 I/O 模块、一个模块底座和两根 IO-BUS 构成。I/O 模块插在模 块底座上，模块底座的接线端子负责接入现场仪表信号，I/O 模块负责将模拟信号转换为数字信号， 最后通过冗余的 IO-BUS 总线送给主控器单元，总线同时提供冗余的系统电源和现场电源。 如图 1-1 (a), (b), (c)所示，分别为模块非冗余配置和冗余配置的外观结构图。 K-AI03 16 通道模拟量输入模块使用说明书 B 修订日期 2014-4-30 和利时公司版权所有 第 2 页，共 15 页 (a) (b) (c) (a) K-AI03模块安装在K-DOT01非冗余底座上 (b) K-AI03安装在K-A
6、T03非冗余底座上 (c) K-AI03安装在K-AT23冗余底座上 图 1-1 K-AI03 模块示意图 完整的模块单元在系统机柜中的安装位置如图 1-2 所示： K-AI03 16 通道模拟量输入模块使用说明书 B 修订日期 2014-4-30 和利时公司版权所有 第 3 页，共 15 页 机柜正面 K-AI03模块 （安装在K-DOT01底座上） 机柜正面 K-AI03模块 （安装在K-DOT01底座上） 图 1-2 模块单元安装位置图 2.2. 接口说明 接口说明 2.1 模块单元示意图模块单元示意图 K-AI03 模块是否能正常通信、能正常处理数据，都跟模块接口有直接的关联。如图 2
7、-1 所示为 K-AI03 模块的外观接口示意图，图 2-1 中包括 IO-BUS 总线电缆插头、现场信号接线端子、I/O 模 块地址仓，这些接口的详细介绍请参见K-AI01 8 通道模拟量输入模块使用说明书 。 K-AI03 16 通道模拟量输入模块使用说明书 B 修订日期 2014-4-30 和利时公司版权所有 第 4 页，共 15 页 I/O 模块地址仓 IO-BUS总线 电缆插口 I/O 插槽 接线端子 DB37 针 连接器 or 防混销 图 2-1 K-AI03 模块外观接口图 2.2 现场信号接线说明现场信号接线说明 K-AI03 模块支持二线制和四线制两种接法，前 12 通道使用
8、两位接线端子， 仅支持二线制接法， 后 4 通道采用三位接线端子，支持二线制和四线制两种接法。 如图 2-2 所示为 K-AI03 模块二线制、四线制的端子接线示意图，表 1 为底座接线端子定义。 K-AI03 16 通道模拟量输入模块使用说明书 B 修订日期 2014-4-30 和利时公司版权所有 第 5 页，共 15 页 C1C2 A1A2 C3C4 A3 C5C3 A5 A4 D3 T 二线制变送器 线缆屏蔽层 13 C14 A13 A14 C15C16 A15 B13B14 B15A16B16 机柜内通道线缆屏 蔽层接地汇流条 T 四线制变送器 线缆屏蔽层 + C 注意： 1. 电缆屏
9、蔽层在DCS侧单端接地； 2. 接入四线制仪表时仪表端与DCS 侧地电位要相等 图 2-2 二线制、四线制的端子接线示意图 表 1 模块底座接线端子定义 通道号通道号 接线端子标识接线端子标识 AI 信号定义信号定义 通道 1 A1 通道 1 电流输入正 C1 通道 1 二线制外供电 24V+输出 通道 2 A2 通道 2 电流输入正 C2 通道 2 二线制外供电 24V+输出 通道 3 A3 通道 3 电流输入正 C3 通道 3 二线制外供电 24V+输出 通道 4 A4 通道 4 电流输入正 C4 通道 4 二线制外供电 24V+输出 通道 5 A5 通道 5 电流输入正 C5 通道 5
10、二线制外供电 24V+输出 通道 6 A6 通道 6 电流输入正 C6 通道 6 二线制外供电 24V+输出 通道 7 A7 通道 7 电流输入正 C7 通道 7 二线制外供电 24V+输出 通道 8 A8 8 通道电流输入正 C8 通道 8 二线制外供电 24V+输出 通道 9 A9 通道 9 电流输入正 C9 通道 9 二线制外供电 24V+输出 通道 10 A10 通道 10 电流输入正 C10 通道 10 二线制外供电 24V+输出 K-AI03 16 通道模拟量输入模块使用说明书 B 修订日期 2014-4-30 和利时公司版权所有 第 6 页，共 15 页 通道 11 A11 通道
11、 11 电流输入正 C11 通道 11 二线制外供电 24V+输出 通道 12 A12 通道 12 电流输入正 C12 通道 12 二线制外供电 24V+输出 通道 13 A13 通道 13 电流输入正 B13 通道 13 四线制电流输入负端 C13 通道 13 二线制外供电 24V+输出 通道 14 A14 通道 14 电流输入正 B14 通道 14 四线制电流输入负端 C14 通道 14 二线制外供电 24V+输出 通道 15 A15 通道 15 电流输入正 B15 通道 15 四线制电流输入负端 C15 通道 15 二线制外供电 24V+输出 通道 16 A16 16 通道电流输入正 B
12、16 通道 16 四线制电流输入负端 C16 通道 16 二线制外供电 24V+输出 为了方便现场信号线缆的查找和校验，K-AI03 模块的接线底座上提供了透明小便贴塑料盖，如 图 2-3 所示。 透明塑料盖板 标签纸 图 2-3 透明小便贴塑料盖标注示意图 2.3 模块地址设置模块地址设置 K-AI03 模块采用十进制地址拨码跳线，用于设置模块在站内的地址，避免了以往的进制转换。 模块地址设置分十位和个位，取值范围为 10（默认）109，其中，上排双列跳线代表十位数字， 从左至右依次为 110；下排双列跳线代表个位数字，从左至右依次为 09。如图 2-4 所示。 K-AI03 16 通道模拟
13、量输入模块使用说明书 B 修订日期 2014-4-30 和利时公司版权所有 第 7 页，共 15 页 个位:09 十位:110 地址跳线仓 图 2-4 地址跳线仓图示 假设模块地址为 106，则将十位代表数字 10 的跳线短接，将个位代表数字 6 的跳线短接；假设 模块地址为 23，则将十位代表数字 2 的跳线短接，将个位代表数字 3 的跳线短接。如图 2-5 所示。 I/O模块站地址=106I/O模块站地址=23 图 2-5 模块地址码跳线 3.3. 状态灯说明 状态灯说明 K-AI03 模块面板提供了丰富的状态指示灯，用来显示模块电源情况和现场设备通讯， 以增强维 护工作的效率。图 3-1
14、 所示为该模块的外观图，表 2 为各个指示灯的状态和含义。 K-AI03 16 通道模拟量输入模块使用说明书 B 修订日期 2014-4-30 和利时公司版权所有 第 8 页，共 15 页 图 3-1 K-AI03 模块的外观示意图 表 2 状态指示灯说明 名称名称 颜色颜色 状态状态 含义含义 PWR 系统电源灯 绿 常亮 主模块系统电源工作正常 闪亮 从模块系统电源工作正常 熄灭 系统电源工作不正常 COM IO-BUS 通讯灯 绿 常亮 IO-BUS 通讯正常 闪亮 模块硬件自检正常，但组态配置不正常 熄灭 IO-BUS 通讯异常，主控制器未扫描到模块 ERR 故障灯 红 常亮 模块硬件
15、自检不正常或模块板级故障 熄灭 模块无硬件故障 状态灯闪烁状态的频率为 1.5s 亮，0.5s 灭。 4.4. 其他特殊功能说明 其他特殊功能说明 4.1 二线制外供电保护二线制外供电保护 在二线制配电电流连接中，现场电源对外输出，为现场二线制变送器供电。为防止现场短接或 误接地对模块和系统造成损坏，底座提供了如下二线制外供电保护措施： 对每路二线制电流输出进行限流（30mA） 。 K-AI03 16 通道模拟量输入模块使用说明书 B 修订日期 2014-4-30 和利时公司版权所有 第 9 页，共 15 页 外供电的总保险（500mA） ，保护二线制外供电通道回路。总保险可插拔。 4.2 诊
16、断功能诊断功能 模块上报的故障诊断分为设备诊断和通道诊断。 设备诊断上报模块当前状态。K-AI03 模块的设备故障类型包括： 现场电源故障； IO-BUS 网络故障； 模块主/从状态； 模块通道故障。 通道诊断上报故障通道号和故障类型。K-AI03 模块的通道故障类型包括：断线、短路、Namur 超量程（过量程和欠量程） 。如图 4-1 所示。 电流0.75mA 时，通道回路断线； 电流22.5mA 且22.7mA 时，通道回路短路； 电流0.75mA 且3.6mA（保持4s）时，通道信号欠量程； 电流22.5mA 且21mA（保持4s）时，通道信号过量程； I ( mA ) 022.73.6
17、0.75 断线 2122.5 最大可测量范围 420 Namur 欠量程 正常 Namur 过量程 短路 图 4-1 模块通道诊断示意图 是否进行通道诊断报警，通过组态设定，默认为“使能通道和正常诊断” 。每个通道可单独组态 为： 使能通道和正常诊断（默认） （断线、短路诊断） ； 使能通道和 Namur 诊断（断线、短路、欠量程、过量程） ； 不使能通道（上报数据码值 0 且无诊断） ； Namur 诊断：如果采集电流信号高于 21 mA（过量程）或低于 3.6 mA（欠量程）超过 4 秒钟， 则判定故障，当信号在这些门限值内返回正常值超过 4 秒钟时，则判定故障恢复。 未接线的模块通道，建
18、议组态为“不使能通道”模式。 当发生模块内部故障或通道故障时，模块会上报诊断信息，同时点亮相关 LED 指示灯（详见状 K-AI03 16 通道模拟量输入模块使用说明书 B 修订日期 2014-4-30 和利时公司版权所有 第 10 页，共 15 页 态灯说明） 。故障恢复后，熄灭故障灯，同时上报故障恢复信息。 冗余模式下，当主模块发生内部故障或通道故障时，主模块上报诊断信息，同时点亮相关 LED 指示灯，并进行冗余切换。 模块只在故障发生和故障恢复时，上报一次诊断信息。 冗余配置时， 完成一次主/从切换之后， 上报一次设备诊断； 所有通道诊断数据均由主模块上报， 从模块只上报设备诊断数据。
19、4.3 冗余功能冗余功能 K-AI03 模块按 1：1 配置时具备冗余功能，当主模块检测到本模块故障或信号通道故障，会发 生模块冗余切换，原来主模块降为从模块，从模块会升为主模块接替工作。 冗余切换对现场无扰动，旧故障不会触发乒乓切换，且同一个故障只会触发一次切换，同一个 故障频繁故障也不会触发频繁切换。冗余切换后只有再发生新故障才会触发下一次切换。 两个冗余模块，顺序上电，先上电的模块分配为主模块；同时上电，系统分配。上电后，可根 据两个模块指示灯的不同显示状态，区分主模块和从模块。 当 K-AI03 模块冗余配置时，如果出现通道故障，模块会发生切换，通道故障识别并恢复后， 插拔从模块，以便
20、清除故障记忆。 主从切换场景： 电源故障（系统电源、现场电源，掉电、电压跌落过低、短路） 模块插板指示故障（模块没有插好） 通讯双网故障（双网均故障，断线、短路） ADC 故障（损坏、与 CPU 通讯异常、晶振停振，复位信号长低） 内存致命故障，程序跳转到不可能跑到的分支 CPU 故障（晶振停振、CPU 损坏、复位信号长低故障、不喂看门狗） 有新的通道故障（通道外部线路故障或内部电路器件损坏） 冗余信号线路故障（印制线或链路器件损坏） 主模块有新故障或拔掉主模块。 新的通道回路故障指的是当前通道状态与模块刚切换为从状态时的通道状态相比有变化； 模块现场电源故障时，强制为从状态。 当模块进行冗余
21、无扰动切换时，旧故障不会触发乒乓音的切换。同一故障只会触发一次切换， 且同一个故障频繁出现不会触发频繁切换。冗余切换后，只有在发生新故障后，才会触发下一次无 K-AI03 16 通道模拟量输入模块使用说明书 B 修订日期 2014-4-30 和利时公司版权所有 第 11 页，共 15 页 扰动切换。 5.5. 工程应用 工程应用 5.1 底座选型说明底座选型说明 K-AI03 可以配合 3 种底座模块使用，分别是 K-AT03（16 通道 AI 底座） 、K-AT23（16 通道冗 余底座）和 K-DOT01(16 通道 DO 底座模块)。组合后功能如表 3 所示： 表 3 不同底座功能组合
22、I/O 模块模块 底座模块底座模块 抗抗 AC220V 功能功能 冗余功能冗余功能 DB37 电缆连接电缆连接 K-AI03 K-AT03 标准 无 无 无 K-AT23 冗余 无 有 有 K-DOT01 电缆连接 无 无 有 对于 K-AI03 模块与非冗余底座 K-AT03 和 K-DOT01 配置时，外部尺寸相同，只有与 K-AT23 冗余底座配置时， 长度为 K-AT03 长度的 2 倍， 且安装 2 个冗余的 K-AI03 模块， K-AT23 还预留 DB37 专用电缆插座，用于特殊工程应用。冗余底座与非冗余底座的外观示意图请参见本手册的“概述” 部分。 冗余底座支持DB37头的预
23、制电缆，现场信号通过K-AIR01模块的输入信号连接到底座； 支持DB37头的预制电缆将SM系列集成安全栅模块的输入信号连接到底座。 5.2 现场配置方式说明现场配置方式说明 K-AI03 16 通道模拟量输入模块主要完成现场电流信号的采集和处理，配合底座模块支持二线 制和四线制接法，支持单机柜和跨机柜接线，支持非冗余和冗余配置方式。现场配置主要有以下几 种方式： 1) 单机柜二线制单机柜二线制/四线制配置方式 四线制配置方式 单机柜二线制/四线制的配置方法为单模块+单底座 K-AT03，其中模块二线制接线时 A 端为二 线制电流采集正，C 端为二线制 24V 外供电端(所有通道均支持二线制)
24、，模块四线制接线时 A 端为 电流采集正，B 端为电流采集负(最后四个通道 1316 支持四线制)，配置方式如图 5-1 (a)所示： K-AI03 16 通道模拟量输入模块使用说明书 B 修订日期 2014-4-30 和利时公司版权所有 第 12 页，共 15 页 C1C2 A1A2 C3C4 A3 C5C3 A5 A4 D3 13 C14 A1 3 A14 C15C16 A15 B13B15 B14A16B16 C K-AI03模块 K-AT03底座 (a) K-AI03模块 K-AT23底座 K-AI03模块 C1C2 A1A2 C3C4 A3 C5C3 A5 A4 D3 13 C14
25、A1 3 A14 C15C16 A15 B13B15 B14A16B16 C (b) 图 5-1 单机柜二线制/四线制配置方式示意图 单机柜二线制/四线制配置方式中，模块可冗余配置，此时配置的底座为 K-AT23 冗余底座，如 图 5-1 (b)所示。 2) 单机柜安全栅配置方式单机柜安全栅配置方式 K-AI03 模块支持单机柜安全栅配置方式，一般应用在现场本安防爆场合，与 K-DOT01 底座配 套使用，需要连接 DB37 方式，如图 5-2 (a)所示。 1 电源指示灯 2 电源端子 3 安全栅插槽 4 DB37插座 5 现场信号电缆 安全栅底座模块 1 电源指示灯 2 电源端子 3 安全
26、栅插槽 4 DB37插座 5 现场信号电缆 安全栅底座模块 图 5-2 单机柜安全栅配置方式示意图 单机柜的安全栅配置方式中，K-AI03 模块可冗余配置，此时配置的底座为 K-AT23 冗余底座， 如图 5-2 (b)所示。 3) 跨机柜二线制跨机柜二线制/四线制配置方式 四线制配置方式 跨机柜二线制/四线制的配置方法为单模块+单底座 K-DOT01+外配端子板 K-AIR01，16 个通道 均支持二线制和四线制连接，其中模块二线制接线时 A 端为二线制电流采集正，C 端为二线制 24V 外供电端，模块四线制接线时 A 端为电流采集正，B 端为电流采集负。当 K-AI03 模块冗余配置时，
27、采用底座为 K-AT23，配置方式如图 5-3 所示： K-AI03 16 通道模拟量输入模块使用说明书 B 修订日期 2014-4-30 和利时公司版权所有 第 13 页，共 15 页 模块 DB 37 预制电缆 K-DOT01底座 K-AIR01 A1C1 B1C2 A2A3 B2B3 C3A4 C4B4 13 A15 B15 C15 A16 C16 B16 NCVT+ NCVT- 或者 K-AT23底座 图 5-3 跨机柜二线制/四线制配置方式示意图 4) 跨机柜安全栅配置方式跨机柜安全栅配置方式 扩机柜安全栅配置方式与单机柜安全栅配置方式的连接一样，模块非冗余配置时，使用底座 K-DO
28、T01，模块冗余配置时，使用底座 K-AT23。 上述各种配置方式中，现场接线详见现场接口说明。 5.3 应用注意事项应用注意事项 在使用 K-AI03 模块之前，用户需要了解以下内容，以帮助您提高工作效率： 禁止将超过30VDC 电压接入接线端子，否则将造成模块损坏。 二线制配电的总保险，只在 K-AT23 增强型底座上有，K-AT03 和 K-DOT01 无此功能。 当输入信号超出组态量程且小于模块最大量程时，可以继续测量并上报采集数据。但当输 入信号超出模块最大量程时，会限幅保持最大量程上报值。 K-AI03 只支持电流信号测量， 不支持电压信号测量， 如需要测量电压信号， 请选用 K-
29、AI02(8 通道增强模拟量输入模块)。 尽管模块具备限流保护功能，但要避免 8 通道同时短路，以免限流电路发热过大。 模块中不用的备用通道，建议在组态中禁用，这样就不会诊断断路而报警。 K-AI03 16 通道模拟量输入模块使用说明书 B 修订日期 2014-4-30 和利时公司版权所有 第 14 页，共 15 页 6.6. 尺寸图 尺寸图 图 6-1 K-AI03 尺寸图 7.7. 技术指标 技术指标 K-AI03 16 通道模拟量输入模块通道模拟量输入模块 通道数 16 输入信号类型 420mA 电流（二线制或四线制变送器） 满量程范围 022.7mA 精度 420mA 范围内 0.1%
30、 F.S.（1045） 420mA 范围内 0.25% F.S.（-2060） 稳定度 0.05% F.S. ADC 分辨率 24 位 输入阻抗 230300（带电） K-AI03 16 通道模拟量输入模块使用说明书 B 修订日期 2014-4-30 和利时公司版权所有 第 15 页，共 15 页 通道扫描周期 最快 120ms/8 通道 通道软件滤波时间 （阶跃响应时间） 120ms 240ms 360ms 640ms 1.28s 1.92s 2.56s 3.2s，用 户可配置 差模抑制比 60dB50/60Hz 二线制变送器供电电压 （变送器接 线两端电压） 使用柜内现场电源供电， 14.8V20mA 26.4V0mA 通道限流 Max. 30mA 通道可承受最大输入电压 30VDC，不损坏 通道故障诊断 断线、短路，Namur 欠量程、过量程 冗余切换时间 10ms 模块尺寸(宽 高 深) 30mm110mm 120mm 重量（不含包装） 约 200g 典型配用底座 K-AT03 不冗余，全部通道支持 二线制，其中后 4 通道 还可支持四线制 高 120mm K-AT23 冗余，全部通道支持二 线制，其中后 4 通道还 可支持四线制 高 240mm K-AIR01 端子板，全部通道支持 二/四线制 高 240mm