K-AI01 8通道模拟量输入模块使用说明书

HOLLiAS MACS -K
系列模块
2014年5月B版
HOLLiAS MAC-K系列手册- K-AI01 8通道模拟量输入模块使用说明书
重要信息
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目录
1.概述 (1)
2.接口说明 (3)
2.1模块单元示意图 (3)
2.2IO-BUS (4)
2.3模块的防混淆设计 (6)
2.4模块地址跳线 (7)
2.5现场接口电路原理 (8)
3.状态灯说明 (11)
4.其他特殊功能说明 (13)
4.1抗220V AC功能 (13)
4.2二线制外供电保护 (14)
4.3诊断功能 (15)
4.4冗余功能 (17)
5.工程应用 (18)
5.1底座选型说明 (18)
5.2应用注意事项 (19)
6.尺寸图 (20)
7.技术指标 (20)
K-AI01
8通道模拟量输入模块
1.概述
K-AI01为K系列8通道模拟量通道隔离输入模块，测量范围0～22.7mA模拟信号（默认出厂量程4～20mA），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-AI01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。

同时，配合增强型底座还可以做到现场误接220V AC不损坏。

K-AI01模块支持带点热插拔、支持冗余配置，具备完善断线、短路、超量程诊断功能，面板设计有丰富的LED指示灯，除指示模块电源、故障、通讯信息外，每个通道也有指示灯，可以方便指示各通道的断线、短路、超量程等信息。

K-AI01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。

可以根据工艺需要，配合主控制器的不同运算周期，组成可快可慢的控制回路。

K-AI01模块采用双冗余IO-BUS、双冗余供电工作方式，任意断一根IO-BUS，不会影响其正常工作。

K-AI01模块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-AI01模块实施喷涂三防漆处理，按照ISA-S71.04-1985标准生产，达到G3防腐等级。

K-AI01模块配套K-A T01、K-A T02、K-A T11、K-A T21和K-DOT01底座使用，通过电缆连接构成完整的电流测量模块单元。

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，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送给主控器单元，IO-BUS同时提供冗余的系统电源和现场电源。

如图1-1、图1-2所示，分别为模块非冗余配置和冗余配置的外观结构图。

完整的模块单元在系统机柜中的安装位置如图1-3所示：
接线端子
DB37插座
（a ）非冗余接线端子型 （b ）非冗余DB37插座型
图 1-1 模块非冗余底座示意图
接线端子
DB37插座
图 1-2 模块冗余底座示意图
机柜正面
K-AI01模块
（安装在K-AT01
底座上）图1-3 模块单元安装位置图
2.接口说明
2.1模块单元示意图
K-AI01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2-1所示为K-AI01模块的外观接口示意图，图2-1中包括IO-BUS电缆插头、模块防混淆、现场信号接线端子或DB37针连接器、I/O模块地址仓和保险丝仓，下面将分别介绍各接口。

I/O 模块地址仓保险丝仓(选配)
IO-BUS A I/O 插槽
接线端子
（K-AT02底座使
用DB37连接器）
防混销
IO-BUS B
图2-1 K-AI01模块外观接口图
2.2IO-BUS
IO-BUS接口位于模块的配套端子底座上，采用6针插座针孔接入，并用线卡固定。

如图2-2所示。

系统采用双冗余IO-BUS通讯总线和双冗余供电工作方式，任意断一根IO-BUS，都不会影响系统的正常运行。

K-AI01模块通过A、B两根IO-BUS与主控制器通信，以实现系统的冗余机制。

IO-BUS内装三组两芯电缆，外壳带绝缘胶皮，提供了双现场电源总线、双系统电源总线和双IO-BUS总线供模块工作，如图2-3所示为IO-BUS端子接口图，表1、表2为各针的定义。

IO-BUS A IO-BUS B
图 2-2 K-AI01模块外观接口示意图
IO-BUS B
1IO-BUS A 234
5
6
456
1
2
3
图 2-3 K-AI01模块IO-BUS 插座示意图
整体模块的IO-BUS
图2-4 IO-BUS电缆连接示意图
为防止A、B两根IO-BUS电缆误插错，采用防混淆的结构设计，IO-BUS连接器采用不同的针定义和插口方向，A线插头插不到B插座上，B线插头也插不到A插座上，从结构上避免了A、B 总线混插。

如图2-5所示，请您正确连接IO-BUS。

图2-5 IO-BUS的防混淆设计
2.3模块的防混淆设计
为了防止插错槽位损坏模块，K-AI01模块设置了防混淆编码销。

如图2-6所示，模块的防混淆编码销分别位于模块和底座上。

模块上的防混淆编码销为阴模，每类电气兼容的模块唯一分配一个编码，出厂时固定，不可更改；底座上的防混淆编码销为阳模，可以旋转，从数字1～8共八位，可以提供8个编码位置（1～8）以配合所插入的模块。

系统默认情况下，将K-AI01模块和对应底座的防混淆编码都设1。

在安装时，需要您确认底座上的防混淆编码销的位置，若不一致时，您需要谨慎更改底座的防混淆编码销。

编码值=5
图2-6 底座上的防混销
模块的安装请详细参见《HOLLiAS MACS-K系统安装维护手册》的相关章节。

2.4模块地址跳线
K-AI01模块采用十进制地址拨码跳线，用于设置模块地址，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1~10；下排双列跳线代表个位数字，从左至右依次为0~9。

如图2-7所示。

个位:0~9
十位:1
~10
I/O模块地址仓
图2-7 I/O模块地址仓图示
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2-8所示。

I/O模块地址
=106I/O模块地址=23图2-8 I/O模块地址跳线
2.5现场接口电路原理
K-AI01为每通道预留4位接线端子用于接入现场信号，可适用现场二线制或四线制不同配电接法需求。

（1）二线制配电电流接法
如图2-9所示为K-AI01模块二线制配电电流接法。

二线制
变送器
图2-9 二线制配电电流接法
（2）四线制不配电电流接法
如图2-10所示为K-AI01模块四线制不配电电流接法。

图2-10 四线制不配电电流接法
（3）二线制、四线制信号接线示意图
K-AI01模块配套8通道的端子底座，用于连接现场信号线缆。

接线端子底座有36位，其中32位用于现场负载设备信号线缆接线，且每个通道有4位接线端子，现场接线如图2-11所示，每个接线端子定义见表3。

二线制变送器
图2-11 二线制、四线制的端子接线示意图
如图2-12所示。

图2-12 透明小便贴塑料盖标注示意图
3.状态灯说明
K-AI01模块面板提供了丰富的状态指示灯，用来指示模块电源情况和现场设备通讯、通道的工作状态，以增强维护工作的效率。

图3-1所示为该模块的外观图，表4为各个指示灯的状态和含义。

图3-1 K-AI01模块的外观示意图
如果发生通道故障，主模块和从模块进行切换，主模块降为从模块。

切换后，若通道故障仍然存在，新主模块的故障通道灯，保持快闪状态，但不再进行切换。

对于同一通道故障，只进行一次切换。

状态灯有三种闪烁状态，不同的闪烁状态表示不同的含义，请注意区分：
⏹闪亮：1.5s亮，0.5s灭
⏹慢闪：0.5s亮，1.5s灭
⏹快闪：0.5s亮，0.5s灭
4.其他特殊功能说明
4.1抗220V AC功能
K-AI01模块提供了强大的过流过压防护功能。

无论是通道误接±30VDC和220V AC现场设备，还是现场设备短路或误接大地，模块都不会损坏。

模块电源由系统电源和现场电源两种组成，且两路电路隔离。

同现场仪表相连的通道采集电路、冗余电路和HART通讯电路采用现场电源供电，而与主控制器相连的数字通讯电路和控制电路采用系统电源供电，因此模块接收现场来的信号或者干扰信号，都不会影响数字通讯电路和控制电路的正常运行。

对于外接二线制或四线制仪表，当某通道误接±30VDC（在正确接线条件下）时，通道内具有限流保护电路，从而使该通道不损坏且不影响其他通道的正常运行，当故障消除后本通道将自动恢复到正常状态，起到了通道防护作用。

K-AI01模块通过增强底座上的保险电路来实现通道的220V AC防护功能。

当使用K-A T02、K-A T11或K-A T21增强型底座时（在正确接线条件下），误接入220V AC信号时，不损坏本模块的该通道回路也不影响其他通道，可更换增强型底座上的保险丝来恢复故障。

当现场设备出现断路或误接大地时（在正确的接线条件下），不损坏该模块的通道，也不影响该模块的其他通道，当故障消除后本通道自动恢复正常。

特别地，当K-AI01模块具有抗220V AC功能时，系统必须要配有K-A T02、K-A T11、K-A T21增强型底座才能实现该功能。

详细的增强型底座的使用说明请参见《K-A T02 8通道AI与AO增强型底座(DB37)使用说明书》、《K-A T11 8通道AI与AO增强底座使用说明书》和《K-A T21 8通道AI与AO增强冗余底座使用说明书》。

这里强调的是，当需要更换保险丝时，需注意以下几点：
严禁徒手操作，要求使用厂家提供的专用工具（尖嘴钳）开启仓盖，并更换厂家提供的专用保险；
必须确定需更换的保险丝通道，以防止其他现场设备误动作；
具体的图示如图4-1所示。

(a) 保险丝仓内部
(b) 保险丝应用示意
图 4-1 底座的保险丝仓
4.2 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，此电路体现在每通道的Cn 端子上。

对外接二线制变送器供电时，需注意其电压范围和线缆阻抗的范围如下：
电压：Min12V@23mA ，Max30V@30mA ；
线缆阻抗：单芯线缆阻抗Max15Ω，若外接安全栅时，则支持安全栅阻抗；
为防止现场仪表短接或误接地对模块和系统造成损坏，模块配套端子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 ）。

外供电的总保险（800mA ），保护二线制外供电通道回路。

总保险可插拔，安装在保险丝仓中。

K-AI01模块的外供电电路及其保护电路，如图 4-2所示。

图4-2 二线制外供电及其保护电路示意图
4.3诊断功能
模块上报的诊断可分为设备诊断和通道诊断。

当任一故障发生时，模块都能将故障信息上报至控制器，同时模块点亮LED状态灯来指示故障。

当故障恢复后，模块上报故障恢复信息，同时模块LED指示灯也发生相应变化。

模块诊断
K-AI01模块提供了丰富的自诊断功能，包括现场电源是否故障、IO-BUS冗余网络是否故障、模块主/从状态、模块通道是否故障以及校准数据是否正常等。

一旦模块诊断出任一故障，都将故障信息上报给操作员站或历史站，此时ERR灯亮或者其他灯全灭。

刚上电时，进行模块自检并建立通讯；通讯后，模块将对IO-BUS通讯网络和现场电源进行实时自检。

此时，模块可能诊断的故障及解决方法见表5所示。

有恢复，则需要更换模块。

若出现其他问题，请及时咨询HOLLYSYS 的工程师。

⏹ 通道诊断
通道诊断上报故障通道号和故障类型。

K-AI01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 4-3所示。

●
断线判断条件：I ＜0.75 mA
； ● 短路判断条件：I ＞22.5mA ；
● Namur 超量程条件：若21mA <I<22.5 mA 并保持4s 则过量程；若0.75mA<I ＜3.6 mA
并保持4s 则欠量程。

I (mA )断线
21最大可测量范围
4Namur 欠量程
正常
Namur 过量程
短路
图 4-3 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，默认为通道使能且进行常规诊断。

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）；
● 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，建议组态“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。

4.4冗余功能
K-AI01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-AI01模块冗余配置时，如果出现通道故障，模块会发生切换，如果切换后主模块和从模块的相同通道灯都闪烁，则是外部线路故障，如果切换后只有从模块通道灯闪烁，主模块通道灯不闪烁，则是从模块的内部线路故障。

通道故障识别并恢复后，插拔从模块，以便清除故障记忆。

⏹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。

当模块进行冗余无扰动切换时，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，才会触发下一次无扰动切换。

5. 工程应用
5.1
底座选型说明
K-AI01可以配合5种底座模块使用，分别是K-A T01（8通道AI 与AO 底座），K-A T02（8通道AI 与AO 增强底座（DB37）），K-A T11（8通道AI 与AO 增强底座），K-A T21（8通道AI 与AO 增强冗余底座）和K-DOT01（16通道DO 底座）。

组合后功能如表 6所示：
表 6 不同底座功能组合
应用于现场本安防爆场合。

如图 5-1所示。

K-AT02、K-AT21、K-DOT01底座支持DB37头的预制电缆，将FM1381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。

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
图 5-1 DB37电缆连接示意图
5.2 应用注意事项
在使用K-AI01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。

⏹ 如需要防220VAC 电压损坏，必须配置K-AT02、K-AT11或K-AT21增强型底座。

K-AT01
和K-DOT01不具备防220VAC 电压损坏功能。

⏹ 二线制配单的总保险，只在K-AT02、K-AT11或K-AT21增强型底座上有，K-AT01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-AI01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-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。

⏹ 模块中不用的从通道，建议在组态中禁用，这样就不会诊断断路而报警，通道指示灯也不
会报警闪烁。

6.尺寸图
图6-1 K-AI01尺寸图7.技术指标。