CT to 4/20mA output signal

Converts CT 5A and 1A to 4..20mA or 0..10 volt signal outputs. It is a current transformer converter to a current signal for industrial PLC. The device measures AC current as TrueRMS, meaning it provides an RMS output for both sinusoidal and non-sinusoidal signals. The measured current is transformed into a 4…20mA signal and a 0…10 volts output signal. It offers two measurement ranges: CT 5A and CT 1A, which are typical outputs for CT current transformers. This device is powered by either a 12 or 24 V DC supply.

Deze module is op maat gemaakt voor “WB Scheepsservice BV” en is onderdeel van de oplossing aan boord van de scheepvaart om overbelasting van het stroomnet tegen te gaan. Daarmee wordt stroomuitval (black-out) aan boord voorkomen zonder dat er handmatige interactie nodig is, de module werkt volledig automatisch . Dit doet de module door continue de stroomverbruik van het stroomnet te meten: de verbruikers en de toevoer van energie door generatoren worden continue geanalyseerd. Doordat er gebruik wordt gemaakt van CT sensoren, hoeft de bestaande netspanning bekabeling niet te worden aangepast omdat de stroom contactloos en volledig galvanisch gescheiden gemeten wordt.

Wanneer de module registreert dat de ingestelde maximale stroom bereikt wordt, dan zal de module een signaal doorgeven om het stroomverbruik te verlagen. Dit kan bijvoorbeeld door het (tijdelijk) verlagen van de verwarmingen, boilers, airco koelinstallatie, etc. Indien het stroomverbruik alsnog te hoog blijft, dan worden systemen niet alleen verlaagd, maar ook uitgeschakeld zodat het stroomverbruik verder zakt. Zodra de module analyseert dat er weer voldoende energie beschikbaar is, dan worden ze weer ingeschakeld; volledig automatisch.

Deze module wordt aangesloten aan 3 stuks externe Current Transformers van het merk ELEQ BV type 4M2408N (400A/5A Power Metering CT). Elke CT meet zijn een fase van het boordnet.

De module is geschikt voor elk type current transformer, zowel 1 Ampère versies als 5 Ampère versies. Fabriek af ingesteld voor gebruik van 5A CT sensoren. Via het geïntegreerde display kan er gewisseld worden naar beide typen.

Werking

De module heeft een current loop uitgang en bij het inschakelen begint deze uitgang op 4mA. Wanneer de gemeten stroom lager is dan de ingestelde maximum stroom, dan zal deze uitgang naar 20mA gaan. De snelheid om van 4mA naar 20mA te gaan kan ingesteld worden in seconden (Ramp Up Time). Ook kan de daalsnelheid ingesteld worden (Ramp Down Time). Zo wordt voorkomen dat er te snelle veranderingen plaatsvinden.

Wanneer de module meer stroom meet dat de ingestelde waarde (setpoint), dan zal de 4..20mA uitgang afnemen richting de 4mA. Indien de gemeten  stroom nog hoger wordt dan de ingestelde maximale toelaatbare stroom (Cut OFF Current), dan zal de analoge uitgang naar 4mA gaan en wordt er een relaiscontact omgeschakeld. De snelheid van de Cut OFF functie kan vertraagd worden (in seconden) met  (Cutoff Delay in Seconds) zodat een korte overbelastingpiek niet direct gevolgen heeft.

Met het on-board relaiscontact kunnen grootverbruikers uitgeschakeld worden, denk hierbij aan de klimaat / airco installatie die tijdelijk uitgeschakeld wordt of een externe PLC die zo intelligent de stroomverbruik kan verminderen. Op deze manier wordt voorkomen dat de totale stroomverbruik van de aanwezige generators te hoog wordt zonder dat de eindgebruiker dat door heeft.

De stroom, seconden, tijden en meerdere instellingen zijn via het on-board OLED display in te stellen.

Voorbeeld werking

Als de setpoint stroom ingesteld wordt op 3500mA, en de Cut OFF current op 4500mA, dan zal de module tot 3500mA de current loop uitgang op 20mA houden en blijft het relais contact UIT. Zodra de stroom hoger wordt dan 3500mA, dan zal de uitgang naar ratio tussen 3500mA en 4500mA afbouwen tot 4mA. Dus bij 4500mA stroom zal de uitgang 4mA worden en bij 3500mA 20mA. Zodra de stroom over de 4500mA gaat, dan zal ook het relais contact ingeschakeld worden en gaat de current loop naar 4mA.

Aansluiten schroefklemmen

• Schroefklem 1: Voeding PLUS + (12 of 24 volt DC)
• Schroefklem 2: Voeding MIN –
• Schroefklem 3: Niet in gebruik (8A PWM /Dimmer Uitgang in de MIN en PLUS)
• Schroefklem 4: Niet in gebruik (8A PWM / Dimmer Uitgang in de MIN en PLUS)
• Schroefklem 5: Current Transformer CT1 AC-
• Schroefklem 6: Niet in gebruik
• Schroefklem 7: Current Transformer CT1 AC+
• Schroefklem 8: Current Transformer CT2 AC-
• Schroefklem 9: Niet in gebruik
• Schroefklem 10: Current Transformer CT2 AC+
• Schroefklem 11: 4..20mA uitgang (PLUS)
• Schroefklem 12: Niet in gebruik (Analoge ingang voor 4..20mA of 0..10v of 0..5v of PWM of schakelaar)
• Schroefklem 13: Niet in gebruik (0..10 Volt analoge uitgang Plus)
• Schroefklem 14: Current Transformer CT3 AC-
• Schroefklem 15: Niet in gebruik
• Schroefklem 16: Current Transformer CT3 AC+
• Schroefklem 17: Niet in gebruik (CANBus interface L)
• Schroefklem 18: Niet in gebruik (CANBus interface H)
• Schroefklem 19: Niet in gebruik (Analoge ingang voor 4..20mA of 0..10v of 0..5v of PWM of schakelaar)
• Schroefklem 20: Relaiscontact NO (Max 1000mA)
• Schroefklem 21: Relaiscontact COMM
• Schroefklem 22: Niet in gebruik (Analoge ingang voor 4..20mA of 0..10v of 0..5v of PWM of schakelaar)

De niet gebruikte schroefklemmen zijn in software uitgeschakeld omdat ze voor deze toepassing niet nodig zijn. Echter indien gewenst kunnen ze extra functionaliteiten krijgen via een software update.

USB en Software updates

Er is een USB 3.0 aansluiting aanwezig die gebruikt kan worden voor software updates en uit uitlezen van de module (status). De BAUD rate is 115k. Windows zal vanzelf de benodigde drivers installeren bij aansluiten.

OLED Display menu

Met de knoppen UP, DOWN, OK kan er genavigeerd worden door het OLED menu. Let erop dat aanpassingen die u doet in het OLED menu direct actief worden. Hieronder een uitleg van elk menu.

Menu 1 “LIVE”

Dit menu geeft de actuele status weer van de module ingangen, current loop uitgang en de staat van de automatisering. Vetgedrukte tekst hieronder ziet u staan in het display op de module, erachter staat de uitleg van deze vetgedrukte tekst.

• Highest: is de hoogst gemeten RMS stroom over alle 3 aangesloten stroom ingangen.
• Output: 0% tot 100% waarbij 0% gelijk staat aan 4mA op de current loop uitgang en 100% gelijk staat aan 20mA.

De onderste regel geeft aan welke staat de automatisering zich bevind. De mogelijkheden zijn:

• Active 0: Dit betekend dat de module actief aan het meten is en de stroom onder de maximale CUT OFF stroom zit.
• Shutdown Pending XX: Dit betekend dat de module heeft vastgesteld dat de gemeten stroom hoger is geworden dan de CUT OFF stroom. Bij XX staat er een getal in seconden die aftelt. Wanneer de 0 seconden bereikt wordt in het display, dan zal de module in Shutdown gaan wat betekend dat het relaiscontact ingeschakeld wordt en de stroomuitgang naar 4mA gaat.
• State: Shutdown 0:  De module heeft het relaiscontact ingeschakeld en de stroomuitgang is naar 4mA gegaan. Dit komt omdat de module gemeten heeft dat de stroom hoger is geworden dan de ingestelde CUT OFF stroom.
• Restart Pending XX: De module heeft gemeten dat de stroom lager is dan de ingestelde “Restart minimum current“. De module telt nu af in seconden XX. Wanneer de module bij 0 seconden is, zal de module terug gaan naar Active 0. Waarbij het relaiscontact uitgeschakeld wordt en de stroomuitgang weer zal oplopen richting 20mA.

Menu 2 “LIVE MONITOR”

In dit menu kunt u live de waarde van elke analoge stroomingang zien welke stroom deze registreren. Handig bij probleem oplossen of om te kijken of alle sensoren goed aangesloten zijn.

Menu 3 “mV States”

Intern in de module worden de gemeten stroomwaardes omgezet naar een spanning in millivolt. Dit menu geeft de waarden van deze omzetting weer. Deze waarden wordt gebruikt bij de fabriek voor kalibratie van de module.

Menu 4 “Ramp Down Time”

Hier kunt u instellen hoeveel seconden het duurt om van 20mA naar 4mA te gaan, oftewel de daalsnelheid van de current loop uitgang.

Menu 5 “Ramp Up Time”

Hier kunt u instellen hoeveel seconden het duurt om van 4mA naar 20mA te gaan, oftewel de daalsnelheid van de current loop uitgang.

Menu 6 “Restart delay in Seconds”

Deze instelling bepaalt hoe lang de module wacht voordat hij herstart nadat de stroomvoorziening als voldoende stabiel wordt beschouwd. Het doel van deze vertraging is om te voorkomen dat de module reageert op korte, tijdelijke veranderingen in de stroomvoorziening, die kunnen optreden tijdens fluctuaties of storingen.

Hoe het werkt:

1. Meting van de stroom: De module controleert continu de stroomsterkte. Als de stroomsterkte daalt tot onder de vooraf ingestelde waarde (aangeduid als “Restart Minimum Current”), begint de module met het bijhouden van de tijd.
2. Start van de wachttijd: Vanaf het moment dat de stroom onder de “Restart Minimum Current” zakt, start de wachttijd.
3. Evaluatie van de wachttijd: De module zal niet herstarten tot de volledige wachttijd, zoals ingesteld in “Restart Delay in Seconds”, is verstreken. Deze vertraging zorgt ervoor dat de module alleen herstart als de stroomvoorziening consistent laag blijft gedurende de gehele ingestelde periode.

Menu 7 “Restart minimum current in mA”

Deze instelling bepaalt de minimale stroomsterkte, gemeten in milliampère (mA), waaronder de module een herstartproces in gang zal zetten na de volledige duur van de ‘Restart Delay in Seconds’.

1. Drempelwaarde instellen: Voer de waarde in milliampère in die als drempel dient voor het activeren van de herstarttimer. Deze waarde vertegenwoordigt de minimum stroomsterkte die nodig is om het herstartmechanisme te triggeren.
2. Stroommeting: De module monitort voortdurend de actuele stroomsterkte. Als de stroom onder deze ingestelde drempelwaarde zakt, zal het herstartproces na de ingestelde wachttijd in werking treden.
3. Voorkoming van valse triggers: Door deze minimumwaarde in te stellen, voorkomt u dat de module onnodig herstart tijdens korte en normale schommelingen in de stroomvoorziening.

Deze instelling is vooral nuttig in omgevingen waar de stroomvoorziening variabel is en u valse herstarts wilt minimaliseren. Het instellen van een juiste ‘Restart Minimum Current’ waarde is cruciaal voor het behoud van de stabiliteit en betrouwbaarheid van het systeem.

Menu 8 “Setpoint Current in mA”

Deze instelling definieert de maximale stroomsterkte, gemeten in milliampère (mA), die als streefwaarde geldt voor het systeem. Bij het overschrijden van deze waarde zal de stroomregelings lus (current loop) beginnen met het reduceren van de uitgangsstroom naar 4mA. Dit proces helpt om het stroomverbruik te beperken tot de ingestelde ‘CUT OFF’-waarde, om zo overbelasting van het elektrische systeem te voorkomen.

1. Maximale stroom instellen: Stel de maximale stroomsterkte in die het systeem toelaat voordat de beperking begint. Deze waarde is cruciaal om te zorgen dat het systeem niet meer stroom verbruikt dan het aankan.
2. Activering van stroomreductie: Wanneer de gemeten stroom de ingestelde ‘Setpoint Current’ overschrijdt, zal de current loop uitgang output automatisch verminderen. Dit dient om het algemene stroomverbruik binnen veilige grenzen te houden.
3. Beheer van tijdelijke pieken: Deze instelling is bijzonder nuttig voor het beheren van situaties waarin het stroomverbruik tijdelijk kan toenemen. Door de uitgangsstroom te verminderen, zorgt de module ervoor dat deze pieken geen negatieve impact hebben op het gehele elektrische netwerk aan boord.

Deze functie is essentieel voor systemen die gevoelig zijn voor fluctuaties in stroomverbruik, zoals in mobiele of maritieme toepassingen waar het elektrische netwerk beperkte capaciteit heeft. Door zorgvuldig de ‘Setpoint Current’ te beheren, kunnen gebruikers de stabiliteit en efficiëntie van hun elektrische systemen optimaliseren.

Menu 9 “Cut off current in mA”

Deze instelling bepaalt de maximale stroomsterkte, gemeten in milliampère (mA), waarna actie ondernomen wordt om de uitgang volledig af te schakelen. De ‘Cutoff Current’ dient als een cruciale veiligheidsmaatregel om het elektrische systeem te beschermen tegen overbelasting.

1. Maximale stroomlimiet instellen: Stel een grenswaarde in voor de maximale stroom die het systeem aankan zonder het risico van schade of overbelasting.
2. Overbelastingsbescherming: Indien de gemeten stroom de ingestelde ‘Cutoff Current’ overschrijdt, activeert de module een vertraging (zie Menu 10) alvorens de stroomtoevoer definitief af te schakelen. Dit mechanisme dient als laatste bescherming tegen ernstige systeemstoringen.
3. Voorkoming van onnodige uitschakeling: Door het combineren van deze instelling met de ‘Cut off delay’ uit Menu 10, wordt voorkomen dat het systeem reageert op kortstondige pieken die geen werkelijke bedreiging vormen.

Deze instelling is essentieel in omgevingen waar strenge controle over de stroom noodzakelijk is, zoals in industriële systemen of apparaten waar veiligheid en betrouwbaarheid van het elektrische net van kritisch belang zijn.

Menu 10 “Cut off delay in seconds” 

Deze instelling bepaalt de tijd in seconden tussen het detecteren van een overschrijding van de ‘Cutoff Current’ en het daadwerkelijk afsluiten van de stroomtoevoer. Deze vertraging is bedoeld om onnodige uitschakelingen te voorkomen bij kortstondige stroompieken.

1. Vertragingstijd instellen: Geef de tijd in seconden op die moet verstrijken voordat de module de stroomtoevoer afschakelt na een overschrijding van de ‘Cutoff Current’.
2. Beheer van tijdelijke pieken: Deze instelling helpt bij het onderscheid maken tussen kortstondige en aanhoudende stroomoverschrijdingen, wat van cruciaal belang is voor systemen die gevoelig zijn voor fluctuaties.
3. Bescherming en continuïteit: Door de vertraging kan het systeem blijven functioneren tijdens kortstondige afwijkingen, zonder de veiligheid te compromitteren, wat belangrijk is in kritische toepassingen.

De ‘Cut off Delay’ is vooral nuttig in complexe machines of industriële toepassingen waar het voorkomen van onnodige uitschakelingen essentieel is voor het behoud van de operationele stabiliteit en voorkomen van stilstand.

Menu 11 t/m 18: Calibratie-instellingen

Deze menu’s bevatten instellingen die gebruikt worden voor de calibratie van de module. Deze waarden zijn in de fabriek nauwkeurig afgesteld om optimale prestaties van de module te garanderen. Het is cruciaal dat deze instellingen niet worden gewijzigd.

Belangrijke punten:

1. Fabrieksafstelling: De waarden in deze menu’s zijn zorgvuldig afgesteld tijdens de productie om nauwkeurige en betrouwbare metingen te verzekeren.
2. Risico van aanpassing: Het wijzigen van deze calibratie-instellingen kan leiden tot onjuiste metingen en de algehele werking van de module negatief beïnvloeden.
3. Aanbeveling: Het wordt ten zeerste aanbevolen om deze instellingen ongewijzigd te laten, tenzij aanpassingen worden geadviseerd of uitgevoerd door gekwalificeerd servicepersoneel.

Deze menu’s zijn bedoeld voor technici die bekend zijn met de geavanceerde functies van de module en de technische specificaties. Niet-technisch personeel of eindgebruikers moeten deze instellingen vermijden om de integriteit van de module te behouden.

Default values: 11=11, 12=1410, 13=10, 14=1409, 15=10, 16=1409, 17=5875, 18=29075

Menu 19: WiFi status

Indien WiFi wordt ingeschakeld dan staat hier de status van de module zoals het toegewezen IP adres en het MAC adres.

Menu 20: Online time

De verstreken tijd in DAYS:HOURS:MINUTES:SECONDS sinds dat de module opgestart is.

Menu 21: Manual output

Deze waarde op 0 laten staan. Wordt gebruikt tijdens het calibratie proces in de fabriek.

Menu 22: Wi-Fi Hotspot inschakelen

Als u de waarde van dit menu verzet naar ‘1’ dan zal de ingebouwde hotspot actief worden. Via de hotspot kunt u rechtstreeks verbinding maken met de module via een telefoon, tablet, laptop of computer. Via de hotspot kunt u de module voorzien van een software update.

Menu 23: Output test

Deze waarde op 0 laten staan. Wordt gebruikt tijdens het calibratie proces in de fabriek.

Menu 24: System monitor

Wordt gebruikt door de software engineers van de module om te zien of de ontwikkelde software goed werkt.

Menu 25: SAVE

Weet u zeker dat de nieuwe instellingen behouden moeten worden na een power Cycle? Klik dan bij “Save” in het OLED menu op de knop OK en selecteer “YES” in het OLED scherm gevolgd door de knop “OK”. Uw instellingen staan nu permanent opgeslagen, ook na een power cycle.

LET OP: Indien u deze laatste stap vergeet dan zal de module weer terug gaan naar de laatst opgeslagen instellingen zodra er een power cycle is geweest!!

Menu 26: ADVANCE

Geavanceerde instellingen, enkel voor de fabriek om waarden sneller in te kunnen manipuleren.

Menu 27: Logboek

Niet van toepassing voor algemeen gebruik.

Menu 28: Software informatie in deze module

In dit menu staat het project nummer, de software versie in uw module en de tijd en datum wanneer deze software gepubliseerd is.

Veiligheidswaarschuwing!

A) De CT-ingangsstroom mag niet continu hoger zijn dan 5A AC. Als de stromen op een CT-ingang 5 ampère kunnen overschrijden, moet er een zekering worden geïnstalleerd voor elke ingang om de omvormer tegen overbelasting te beschermen. Uit tests is gebleken dat een continue overbelasting van 7A AC bij een omgevingstemperatuur van 25 graden geen schade veroorzaakt. Het gebruik van een zekering wordt echter altijd aanbevolen als er een kans bestaat dat de stroom de limiet van 5 ampère kan overschrijden.

B) Het is niet toegestaan om onze producten te gebruiken voor medische doeleinden en/of situates waar schade en/of letselschade kan ontstaan bij het uitvallen of niet goed functioneren van onze module.