Základní popis jednotky VT400

Vážní jednotka Revere Transducer VT400 od společnosti Vishay Precision Group, kterou v ČR zastupuje příbramská společnost M.E.N. expert s.r.o.(www.menexpert.cz), představuje kompletní kompaktní zařízení pro zajištění průmyslového statického vážení či může sloužit jako dobrý prostředek pro jednoduché základní zajištění měření zatížení a její výstupy dále mohou sloužit pro napojení na nadřazený systém provádějící již další sofistikované zpracování zavážených hodnot či následnou regulaci rozsáhlejšího systému, např. plnění. Narozdíl od častěji nabízených jednotek již s plným zapouzdřením připravených pro samostatné umístění na stůl či na stěnu, je provedení pro montáž do panelu právě ideální pro konstrukci složitějších automatizačních průmyslových systémů, kde je jádrem řídící skříň obsahující více komponent, včetně centrální řídící jednotky (např. v podobě PLC). Snadno se totiž do skříně zabuduje a provedení výstupů ve formě snadno přístupných svorkovnic umístěných pouze na zadní straně jednotky je ideálním řešením pro co nejjednodušší "zadrátování" ve skříni.

Přední panel vážní jednotky pak obsahuje klasický 7segmentový červeně svítící LED displej, indikační LED diody a membránová ovládací tlačítka v provedení IP65, kterými se provádí kompletní nastavení všech parametrů a funkcí, včetně nastavení komunikačních a řídících vstupů a výstupů, které jsou do jednotky zabudovány. Mimochodem, i když použití 7segmentového LED displeje může někomu připadat dost archaické, jeho dokonalá čitelnost ze všech úhlů a levná cena stále představuje klady, které jsou zvláště v průmyslu stále velmi ceněny. Při použití jednoduchých levných monochromatických podsvícených LED displejů se ovládací komfort nijak moc výrazně prakticky nezlepšuje, ale špatná čitelnost z větších úhlů či z velké vzdálenosti je často velmi nepraktická. Z pohledu tlačítek nelze nic vytknout. Tlačítka na přímé nulování "ZERO" a tárování "TARE", které zároveň slouží i pro pohyb v nastavovacích menu pak doplňují tlačítka pro možnost ručního zadání táry "P.TARE", pro přímý povel tisku "PRINT"(vyslání ASCII hodnoty o hmotnosti na RS-232 či RS-485 výstup), tlačítko "TOTAL" pro realizaci sumace hmotností a nakonec speciální tlačítko "FUNCTION" pro přístup do ovládacích položek (menu), konkrétně do prostoru pro zadání čísla funkce, které pak určuje, co se bude nastavovat. Všechna tato tlačítka pak zároveň slouží jako ovládací (kurzory a ENTER) pro pohyb v nastavovacích menu. Dále je ještě k dispozici 5 červených indikačních LED pro hlášení zobrazení NET hmotnosti (po stisku tlačítka TARE), aktivní funkce tárování, že hodnota hmotnosti je stabilní a pak jaký je aktivní vážící rozsah (W1 nebo W2), pokud se používá režim dvou vážících rozsahů s rozdílnou přesností vážení (vážícím dílkem).

Vytárování hmotnosti stiskem tlačítka "TARE" indikuje LED dioda "Net" (obr. vlevo). Při základním nastavení se aktivací jediného dvoustavového vstupu vypne zobrazení hmotnosti (obr. vpravo).

Celkové rozměry celoplastového pouzdra jednotky jsou 140x70x120 mm, přičemž otvor v panelu by měl být 135 x 66 mm. Jde tedy o docela kompaktní zařízení v jehož zadní části se nachází veškeré elektrické připojovací prvky, jejichž počet se odvíjí podle požadavku při objednání. Standardně každá jednotka má samozřejmě napájecí vstup pro 24 VDC, který se nachází na šroubovacích svorkách společně s vedle umístěným jedním dvoustavovým vstupem a dvěma spínanými tranzistorovými výstupy. Vstup i výstup pak může zastávat různé funkce podle nastavení v menu jednotky. Vstup má primárně funkci zapnutí / vypnutí zobrazení hmotnosti na displeji, ale lze mu změnou nastavení v menu "vnutit" i funkce externího povelu pro nulování, externího povelu pro tárování či externího povelu pro tisk (vyslání aktuální hmotnosti na sériový výstup). Tedy lze tyto funkce mimo tlačítek pod displejem řídit i automaticky například výstupem z PLC. Výstupy pak primárně slouží k indikaci překročení dvou nastavených limitů hmotnosti, ale lze jim opět v menu "vnutit" i jiné funkce, jakými jsou indikace chyby funkce jednotky, indikace probíhajícího nulování či indikace stavu ustálené hodnoty. Také lze ze servisního menu jejich funkci testovat "ručním" povelem sepnutí / rozepnutí.

Jednotka VT400 má kompaktní provedení i rozměry.

Dále se samozřejmě na zadní straně nachází signálový napěťový vstup pro připojení tenzometrického odporového snímače zatížení, tedy snímače, který má zapojené odporové tenzometry do Wheatstonova můstku. Připojení je 6vodičové, tedy s oddělenou dvojicí vodičů pro napájení a měření napětí na vstupu můstku, které lze však samozřejmě "předělat" na 4vodičové jejich vzájemným propojením na konektoru u jednotky. Vše doplňuje dvojice signálových vodičů z výstupního měřícího můstku. Připojit lze až 10 paralelně zapojených snímačů s výstupním odporem cca 350 Ohmů s citlivostí (el. rozsahem) až 4 mV/V, přičemž pro hodnoty do 2 mV/V lze ve menu jednotky nastavit větší zesílení vstupního zesilovače 16bitového A/D převodníku a tedy větší rozlišení pro méně citlivé snímače. Napájení snímače se provádí buď stejnosměrným nebo střídavým napětím 5 V (dle nastavení v menu jednotky).

Zadní "konektorová" oblast vážní jednotky VT400 - vpravo po sejmutí krytu je patrné, že destička analogového výstupu (ANALOG OUT) je nadstavba, protože je není v základu, ale na přání.

Z mechanického pohledu je připojení snímače do jednotky pomocí 15pinového konektoru CANON. Toto řešení je trošku neobvyklé a z mého pohledu trošku nepraktické, protože se neobejdete bez nutnosti pracného pájení drátů snímače do konektoru (což zvláště v případě následné výměny snímače při servisu může být velmi nepohodlné) a navíc někteří výrobci již snímače dodávají s kabelem s již nalisovanými dutinkami na jednotlivých vodičích. Navíc se přímo na připojených vodičích dá jen obtížně přímo měřit hodnoty napětí v případě řešení problémů. Tedy toto je trošku nešťastné a nepraktické řešení, přičemž doposud vždy jsem se u ostatních výrobců setkal výhradně s klasickými zelenými šroubovacími svorkami typu Phoenix. Navíc 15pinový CANON je použit i pro připojení analogového výstupu tvořeného 16bitovým D/A převodníkem. Rozdíl je v tom, že pro připojení snímače je použit na straně jednotky typ samice, ale pro analogový výstup typ samec. Alespoň tedy nelze oba kabely prohodit... Analogový výstup je k dispozici jak napěťový 0 až 10 VDC, tak i proudový 0-20 mA či 4-20 mA, přičemž definování, který bude fyzicky pracovat, se provádí prostřednictvím zkratovací propojky (jumperu) na destičce analogového výstupu. K tomu je však nutné jednotku otevřít (odšroubovat zadní stranu a vysunout), abyste se k němu dostali. Posledním "chytákem" je nutnost separátního přivedení napájení 24 VDC na konektor analogového výstupu, pro napájení analogového rozhraní. Toto se však někdy může velmi hodit v případě, kdy má jednotka oddělené napájení od napájení nadřazeného systému, kam se analogový výstup přivádí.

Nakonec je to možnost i datové komunikace, která sice primárně slouží k vysílání ASCII hodnoty aktuální hmotnosti v několika možných formátech, ale lze jí i zaslat příkaz / požadavek na okamžité vyslání aktuální hodnoty či případně nulování jednotky. Konkrétně v mém případě typu VT400-P-2-1-0-0-E bylo osazeno jen rozhraní COM1, které je vždy jen "krátká" sériová komunikace RS-232. Rozhraní COM2 pak zase může být osazeno jen síťovou komunikací RS-485 (Master-Slave). Zatímco RS-232 má trošku neprakticky pevně definovanou přenosovou rychlost na 2400 b/s, u RS-485 je možné i toto definovat v rozsahu 2400 až 57600 b/s. Jinak dále je obou výstupů v menu jednotky možné zvolit jen jednu ze dvou pevných "sestav": 7bitového přenosu se sudou paritou či 8bitový přenos bez parity. U RS-485 lze ještě definovat adresu jednotky v rozsahu 65 až 89. To je z nastavení vše. Jinak fyzické signálové propojení RS-232 rozhraní se omezuje jen na 3 vodiče (RxD, TxD/DTR a GND). Možnost hardwarové realizace handshaku se tak nekoná, a není k dispozici ani jeho softwarová verze (signály Xon / Xoff).     

Typický příklad jednoho z možných použití vážní jednotky Vishay Revere VT400.

Možnosti nastavení a použití

Nastavení jednotky, včetně kalibrace vážení, nastavení funkce dvoustavových vstupů a výstupů, nastavení analogového výstupu a dalších vlastností se provádí prostřednictvím ovládacího menu, do kterého se vstoupí stiskem tlačítka "FUNCTION". Zde pak musí zadat tzv. číslo funkce, kde pod každým číslem se schovává jiné nastavovací, ovládací či servisní parametry. Všechny důležitá "čísla funkcí" jsou uvedena v manuálu, bez kterého se však tedy alespoň ze začátku určitě neobejdete. Ale obecně vzato, většina věcí z pohledu nastavení se nachází pro číslem funkce "Fn 49", které když zadáte a potvrdíte tlačítkem ENTER (= tlačítko"PRINT"), dostanete se již do rolovacího menu s několika položkami. Nejdůležitější jsou pak "Setup" (blokace tlačítek, nastavení vstupů/výstupů a RS-232/RS-485),"CAL" (kalibrace vážení jednotky), "Par" (nastavení základních funkčních parametrů jednotky) a "Store" (uložení nastavených parametrů z RAM paměti do dlouhodobé Flash paměti).

Povídání o možnostech nastavení by mohlo být dost dlouhé, protože jednotka má dost rozsáhlé možnosti, ale mezi nejdůležitější a prakticky nejzajímavější patří:

• Možnost kalibrace vážení fyzickým položením závaží nadefinované velikosti či elektronicky přiřazením napětím snímače pro max. zatížení (nastavený vážící rozsah jednotky).
• Libovolné definování vážícího rozsahu (rozsahu hmotností, který ještě bude zobrazen na displeji - při překročení rozsahu o více než 60 g se zobrazí "UUUUUUU"). Nastavený rozsah může být libovolně menší než je vážící rozsah snímače.
• Snadná eliminace tzv. mrtvé hmotnosti (dead load = trvalá zátěž na snímači, např. vážící plošina) libovolně v rozsahu 0 až 100% rozsahu snímače.
• Možnost aktivovat, nastavit a provozovat dva vážící rozsahy s rozdílnou přesností (např. W1 = 0 až 3 kg a W2 = 3 až 6 kg) a s automatickým přepínáním.
• Perioda měření hmotnosti (rychlost převodu A/D převodníku) nastavitelná od 3 do 70 Hz.
• Nastavení zobrazení hmotnosti na displeji (pozice desetinné tečky, počet zobrazených celých a desetinných míst, rychlost přepisu stavu displeje apod.).
• Možnost tárování až do 100% vážícího rozsahu.
• Možnost zapnutí automatického sledování nuly v rozsahu půl dílku.
• Možnost povolit / zakázat automatické nulování po zapnutí přístroje či v průběhu provozu, když hmotnost nepřekročí 2 nebo 10% rozsahu.
• Možnost nastavení průměrování hodnoty hmotnosti ze 1 až 32 po sobě jdoucích vzorků měření (perioda měření nastavitelná od 3 do 70 Hz.
• Dvoustavovým vstupem je možné okamžitě povolit/zakázat zobrazení hmotnosti na displeji (místo hmotnosti se objevují čárky "------").
• Dvoustavovým vstupem je také možné aktivovat nulování či tárování jednotky nebo aktivovat vyslání aktuální hmotnosti na RS-232/RS-485.
• Nastavení nezávislé aktivace spínaných výstupů po překročení nastavených limitů hmotnosti (lze nastavit režim spínání i rozpínání NO/NC).
• Spínané výstupy mohou také indikovat správnou/chybnou funkci jednotky, aktuálně provozovaný vážící rozsah (pokud jsou nastaveny 2 rozsahy).
• Volba zasílání hodnoty o hmotnosti v ASCII na RS-232/RS-485 neustále periodicky za sebou, po stisku tlačítka "PRINT" či po zaslání nadefinovaného ASCII znaku do jednotky.
• Vyslání aktuálního stavu / zobrazení displeje po zaslání ASCII znaku "?" do jednotky pro RS-232 nebo RS-485 (např. možnost vzdáleně zjistit chybové hlášení).
• Pro tisk na přímo připojené tiskárně na RS-232 rozhraní je možné nastavit vertikální i horizontální odsazení tisku textu, vyslání příkazů CR a LF, provést "FormFeed".
• Možnost provozovat režim vysílání hmotnosti do tzv. ALIBI paměti = tj. na RS-232 se nejdříve vysílá pořadové číslo záznamu a až pak hmotnost (např. 0011 0.25kg).
• Možnost na displeji zobrazit přímo napětí ze snímače v mV (tj. přímo ze vstupu do jednotky bez jakékoliv úpravy / zesílení -  dobré pro servis / ladění aplikace).
• Možnost na displeji zobrazit aktuální hodnotu na výstupu ze A/D převodníku (tj. přímo 16bitové číslo po převodu - dobré pro servis / ladění aplikace).
• Možnost "ručně" v menu aktivovat / deaktivovat / přepínat spínané výstupy (testování výstupů).
• Analogový výstup je možné provozovat v režimu 0 až 10 V nebo 0 až 20 mA nebo 4 až 20 mA.
• U analogového výstupu možnost si zvolit stav při chybné funkci jednotky či překročení rozsahu (0 mA nebo 24 mA).
• Je možné zvolit zda hodnota analogového výstupu bude odpovídat "Netto" hodnotě (po vytárování) či vždy jen "Brutto" hodnotě hmotnosti na váze.
• Možnost uzamčení / zablokování funkce tlačítek na panelu.
• Možnost zaheslování přístupu do nastavovacího menu.
• A další...

Některá zobrazení vážní jednotky VT400 - menu "Setup 5" pro nastavení  a menu "Par" pro nastavení základních parametrů (rozsah, počet digitů, pozice desetinné tečky, jeden nebo dva rozsahy), menu "S-CAL" a "Zero" slouží pro kalibraci váživosti a eliminaci tzv. "mrtvé hmotnosti".

Praktické provozní postřehy

Po mechanické  a hardwarové stránce provedení jednotky odpovídá její ceně cca 5500,- Kč bez DPH (u prodejce M.E.N expert s.r.o). Plastové pouzdro ani tlačítka nejsou nijak speciální, ale vše dobře drží pohromadě a lícuje. Obecně toto provedení konstrukce panelových měřidel je již historicky dost provozně prověřené a i z vlastní zkušenosti mohu říct, že podobně provedené vážní jednotky jiných výrobců, se kterými mám zkušenosti, bez problému fungují i po 20 letech. I z pohledu vnitřní konstrukce a použitých součástek bych životnost min. 10 let odhadoval i zde.

Z pohledu připojovacích konektorů musím znovu vytknout použití CANON konektorů pro připojení snímače a pro analogový výstup, což je dost nezvyklé a pro práci v průmyslu ne zrovna moc praktické. Také přepnutí analogového výstupu na napěťový či proudový by mohlo být realizováno pouze nastavením v menu bez potřeby ručního přenastavování jumperu na desce uvnitř jednotky, když navíc její rozebrání není úplně jednoduché (zvláště, když to člověk dělá poprvé). Nebo ještě lépe by napěťový i proudový výstup mohl být funkční současně. Na 15pinovém konektoru sice má proudový i napěťový výstup vyhrazeny odlišné piny, ale prostě buď je aktivní jeden nebo druhý. Jinak proti ostatnímu konektorům nemám výhrady. Zjednodušení RS-232 výstupu jen na signály RxD a TxD není dle mého názoru na závadu, spíše naopak. Stejně hardwarový handshake již jen málokdo dnes používá. Někde však může vadit u COM1 RS-232 jen jedno pevné nastavení přenosové rychlosti na 2400 b/s.  

Z pohledu ovládání, kalibrace a nastavení funkce jednotky myslím výrobce zvolil docela zajímavou, i když ne neobvyklou koncepci. Základní ovládání tlačítky pod displejem je naprosto standardní a jasné. Jen na rozdělení nastavovacích menu a pomůcek pod "čísla funkcí Fn" je nutné si chvilku zvykat. Naštěstí je přiložen velmi podrobný a slušně sepsaný manuál, od výrobce v anglickém jazyce a od společnosti M.E.N expert je pak přiložen i tištěný kompletní český překlad, což je příjemné. Pokud se postupuje právě podle tohoto manuálu, kde najdete přesné postupy na téměř většinu funkcí a řešení problémů, je po nějaké době zácviku ovládání již docela hračkou. Pouze mi pořád není jasné, proč se prakticky všechny důležité nastavovací prvky a parametry nacházejí v dost rozsáhlém rolovacím menu zrovna pod číslem funkce "Fn 49" a pod ostatními čísly "Fn xx" se již většinou skrývají jen různé testovací, ladící a servisní informace pro provoz méně důležité. Nacvakání čísla "49" totiž chvilku trvá, a když to člověk zadává za den již po 10. nebo 20., tak to již dost otravuje. Číslo "Fn 00" či "Fn 01" by rozhodně bylo praktičtější nebo bych spíše očekával rozprostření položek menu pod více "Fn" čísel. Jinak samotný pohyb v menu a nastavení parametrů je dle mého názoru řešeno lépe než u většiny jiných panelových měřidel se 7segmentovými displeji. Použité symboly zobrazované na displeji jsou dost srozumitelné. Sice se stále při nastavování parametrů bez manuálu v ruce neobjedete, ale zvláště kalibrace váživosti je jednoduchá.  Zvláště pak eliminace tzv. mrtvé hmotnosti váhy je proti některým zařízením konkurence velmi jednoduché a je rovnou součástí samotného procesu kalibrace váhy.  

S jednotkou VT400 se dodává i přehledný tištěný podrobný manuál v češtině, což ovládání a správné nastavení jednotky velmi usnadní.

Základní metrologické a měřící parametry jednotky VT400:

• Třída přesnosti vážení: III
• Počet dílků: volitelný až do 99 000 d (ve shodě s předpisy)
• Velikost dílku: 1, 2, 5, 10, 20, 50, 100, 200
• Schválení: EU schválení typu, 10 000 dílků, 0199.62
• Citlivost: min. 0,4 mikroV/dílek (schválené obchodní váhy), min. 0,1 mikroV/dílek (neschválené technologické váhy),
• Připojení snímačů: až 10 snímačů s výstupním odporem cca 350 Ohmů
• Rozsah signálu ze snímačů: -0,25 až 4 mV/V
• Napájení snímačů: střídavé +/- 5 V nebo stejnosměrné +5 V
• Rušení vstupního zesilovače: 0,3 mikroVp-p
• Linearita: do 0,002% rozsahu
• Teplotní koef: rozsahu: do 2 ppm/°C
• Dlouhodobá teplotní stabilita: chyba max. 0,005% rozsahu za rok

Závěr

Vážní jednotka Vishay Revere VT400 představuje základní a univerzální zařízení pro snadnou realizaci průmyslového statického vážení nebo může dobře posloužit i jako "inteligentní převodník" pro realizaci složitějších systémů, např. dynamického vážení. Cena cca 5500,- Kč bez DPH totiž je nižší než většina jiných převodníků signálů tenzometrických silových snímačů s analogovým či RS-232 výstupem pro vestavbu na DIN lištu. VT400 není žádné "super zařízení", ale pokud je hlavní cílem nízká cena, myslím si, že v tomto kontextu je výbava i provedení více než dobré. 

Odkazy:

• Odkaz na stránky výrobce - společnost Vishay Precision Group - www.vishaypg.com
• Odkaz na zastoupení a prodejce v ČR - společnost M.E.N. expert s.r.o. - www.menexpert.cz
• Přímý odkaz na anglický datasheet jednotky Revere VT400 - www.menexpert.cz/pdf/VT400.pdf