Come migrare un Nexus 1250 con moduli di I/O a un Nexus 1450

Sostituzione di un misuratore Nexus 1250 con moduli esterni con un Nexus 1450 conservando segnali, indirizzi e cablaggio: cosa estrarre prima, cosa cambia nelle comunicazioni e come trasferire le scale analogiche.

In sintesi. Il Nexus 1450 di Electro Industries/GaugeTech è il sostituto naturale del Nexus 1250/1252 quando il supporto della vecchia piattaforma si esaurisce o quando servono Ethernet vera, DNP3 su TCP, IEC 61850 o SNTP. Per chi migra, la buona notizia è che la parte seriale, il bus dei moduli di I/O e il formato del profilo di Communicator si conservano quasi uno a uno; la parte di rete cambia completamente. Questo articolo percorre la procedura su un caso tipo: un 1250 con un modulo di uscite a impulsi 4PO1 e quattro moduli di uscite analogiche 20mAON4, sostituito da un 1450 con lo stesso set di moduli.

1. Cosa si conserva e cosa cambia

Cosa si conserva:

• Quattro porte seriali indipendenti e isolate (Port 1 commutabile RS232/RS485, Ports 2–4 RS485), con la stessa tabella di indirizzo, velocità, formato e protocollo.
• Gli stessi moduli esterni di I/O (1mAON4/8, 20mAON4/8, 8AI1–4, 4RO1, 4PO1, 8DI1), con gli stessi indirizzi Modbus di fabbrica, collegati a una porta in modalità Master (I/O Modules) a 57600 baud.
• Il profilo di dispositivo di Communicator EXT / CommunicatorPQA, che permette di copiare rapporti TA/TV, limiti, registrazioni storiche e assegnazione delle uscite analogiche.
• La geometria. Il 1450 è progettato come sostituzione diretta del 1250/1252: stessa custodia, stessa foratura del pannello e stessi fissaggi, e la stessa disposizione dei morsetti per tensioni, correnti, alimentazione ausiliaria L(+)/N(−) e le quattro porte seriali. Il cablaggio originale del quadro, con i capicorda già crimpati, si scollega dal 1250 e si collega al 1450 sugli stessi morsetti, senza posare un solo conduttore nuovo. Le uniche novità rispetto al 1250 sono i nuovi connettori: l’RJ45 del Port 5, la fibra del Port 6 e l’ingresso IRIG-B, che si cablano solo se verranno utilizzati.

Cosa cambia:

• Scompare il gateway RS485 dell’opzione Ethernet INP200 del 1250. Il 1450 integra due interfacce di rete proprie (Port 5 RJ45 e Port 6 fibra), ciascuna con il proprio IP, senza misuratori concatenati a valle.
• Il display esterno non è più vincolato al Port 3; può essere collegato a uno qualsiasi dei Ports 1–4 a 9600 baud.
• Un 1450 nuovo di fabbrica esce a 9600 baud su tutte e quattro le porte seriali, mentre un 1250 già in campo è di solito a 57600 sulle porte del PC e di I/O.
• Porte Ethernet con IP fisso di fabbrica (10.0.0.1 su RJ45, 10.0.1.1 su fibra) e un selettore PROG/FIXED sotto l’RJ45 per recuperare un misuratore di cui si è perso l’IP.

2. Prima di smontare il 1250: cosa bisogna portarsi via

L’errore più costoso di questa migrazione è smontare il 1250 senza aver estratto ciò che vive soltanto al suo interno e nei suoi moduli. Con il misuratore ancora in servizio bisogna raccogliere quattro cose.

1. Il profilo di dispositivo. Con Communicator EXT o CommunicatorPQA, Retrieve Device Profile e salvare il file .nps; poi Reports › Device Profile Report e salvarlo in HTML o PDF. Lì restano i rapporti TA/TV, l’inserzione (stella o triangolo), i fondo scala di limiti e forme d’onda, le registrazioni storiche e la tabella delle comunicazioni delle quattro porte.
2. La tabella dei moduli. In Device Profile › I/O Modules annotare, per ogni modulo, il numero di riga, l’identificativo (AO Module 1, KYZ Module 1…), il tipo, l’indirizzo Modbus e la porta del misuratore. È la mappa che poi si riproduce nel 1450.
3. L’assegnazione dei canali di ogni modulo, modulo per modulo. Questo è il punto che sorprende: il Device Profile Report del 1250 riporta, per i moduli analogici, soltanto Port Number e Module Address; le righe Assigned Channel / Scale High / Scale Low risultano vuote perché quell’informazione è memorizzata nel modulo stesso, non nel misuratore. Bisogna aprire ogni modulo con il pulsante Edit di Module Settings (finestra Analog Output 4 to 20 mA External Module Programmer) e copiare grandezza, valore a 20 mA e valore a 4 mA di ogni canale; per il KYZ, la grandezza e il peso dell’impulso di ogni uscita. Una schermata per modulo è sufficiente e più affidabile della trascrizione.
4. Ciò che sta fuori dal misuratore. Quale anello 4–20 mA va a quale ingresso del sistema di controllo, quale contatore riceve ogni uscita KYZ, l’IP del 1250 se monta l’INP200 e quali apparecchi dipendono dal suo gateway RS485, e il suffisso di alimentazione (control power) riportato sull’etichetta.

Nel caso tipo, l’inventario del 1250 risulta così:

Prima di toccare il 1450 conviene fare la stessa lettura della sua etichetta: un misuratore con opzione D (18–60 V DC) non si avvia con un’ausiliaria a 230 V AC né a 125 V DC, e l’opzione non si può cambiare in campo.

3. Comunicazioni: valori di fabbrica e primo collegamento con il 1450

La prima connessione fallisce quasi sempre per la velocità, non per il cavo. Ci sono tre insiemi di valori da non confondere: quelli che EIG documenta come di fabbrica, quelli che di solito ha un misuratore già programmato in campo, e quelli che Communicator inserisce in un profilo vuoto (9600, Modbus RTU, 8-N-1), che appartengono al software e non dicono nulla sullo stato del misuratore.

Nexus 1250/1252 (manuale E107706, Communicator §2.2). Di fabbrica: Port 1 indirizzo 1 a 57600, Port 2 a 57600, Port 3 a 9600 (display esterno o moduli) e Port 4 a 57600; tutti Modbus RTU, 8-N-1, ritardo 0 ms. Negli impianti già programmati è frequente trovare la porta a 9600 sul Port 2 e i Ports 3 e 4 come master di I/O a 57600. Se una porta non risponde a 57600, provare 9600 prima di dare qualcosa per guasto. Il Port 1 è commutabile RS232/RS485 con il selettore sotto il connettore; in RS232 è DCE (DB9 femmina, pin 2 Tx, 3 Rx, 5 GND) e non ammette più di 15 m.

Nexus 1450 (manuale E171701 §4 e §5, quickstart E171703). Un misuratore nuovo risponde a 9600 su tutte e quattro le porte seriali: Modbus RTU su RS485 e Modbus ASCII sull’RS232 del Port 1. Il Port 4 può inoltre operare come master RTU generico verso slave Modbus (fino a 128 registri). Le due porte Ethernet escono con IP fisso e DHCP disattivato:

Niente bonding né teaming: se si usano entrambe le porte devono stare su sottoreti diverse, che è esattamente ciò che fanno i valori di fabbrica.

Primo collegamento consigliato: Ethernet. Portare il selettore PROG/FIXED che si trova sotto l’RJ45 su FIXED (il misuratore risponde su 10.0.0.1 anche se ha un altro IP memorizzato; il terzo LED della porta lo segnala), assegnare al PC un IP manuale nella stessa sottorete (per esempio 10.0.0.10 / 255.255.255.0, senza gateway), cavo Ethernet diretto e ping 10.0.0.1. Aprendo http://10.0.0.1 nel browser compare WebView senza installare nulla: è la prova di collegamento più rapida. Poi, in Communicator, Connect › Network con Device Address 1, host 10.0.0.1, porta 502, Modbus TCP. Al termine, riportare il selettore su PROG e rimettere il PC in DHCP.

Primo collegamento via seriale, se non c’è Ethernet a portata di mano. Port 1 (RS232 sul misuratore stesso), indirizzo 1, 8-N-1, Modbus RTU; 9600 se l’apparecchio è nuovo, 57600 se è già stato programmato. Per l’RS485 verso il PC si usano i Ports 2–4 o un convertitore.

La velocità delle porte di I/O non si tocca. I moduli escono di fabbrica a 57600 e la porta del misuratore che li governa deve essere a 57600, Modbus RTU, 8-N-1, ritardo 0 ms e modalità Master (I/O Modules). È la stessa configurazione nel 1250 e nel 1450; in un 1450 nuovo va programmata, perché esce a 9600.

Il gateway scompare. In un 1250 con INP200 il Port 2 faceva da gateway RS485 (9600, ritardo 3825 ms) verso altri misuratori concatenati, con l’indirizzo 1 riservato al misuratore stesso. Nel 1450 non esiste: ogni apparecchio che dipendeva da quel gateway ha ora bisogno di un proprio IP o di un convertitore RS485/Ethernet esterno.

Due avvertenze del manuale che risparmiano un viaggio: Modbus RTU non funziona attraverso modem (quella porta deve stare in Modbus ASCII a 9600 senza controllo di flusso), e qualsiasi porta che alimenti un display P40N+/P41N+/P43N+/P70N deve essere a 9600, indirizzo 1.

4. Moduli di I/O: indirizzamento, alimentazione e cablaggio

I moduli esterni sono gli stessi sulle due piattaforme (manuale E134-7-15), quindi la regola pratica è riprodurre nel 1450 esattamente la tabella I/O Modules del 1250: stesso numero di riga, stesso identificativo, stesso indirizzo e stessa porta. Se i moduli fisici sono nuovi, bisogna reindirizzarli perché coincidano.

Indirizzi di fabbrica e la regola dei bus. Ogni tipo di modulo esce con un indirizzo fisso: 128 (1mAON4/8), 132 (20mAON4/8), 136–148 (8AI1–4), 156 (4RO1), 160 (4PO1) e 164 (8DI1), tutti a 57600 baud. Due moduli dello stesso tipo sulla stessa porta rispondono contemporaneamente e bisogna cambiare l’indirizzo di uno dei due. Port 3 e Port 4 sono bus Modbus indipendenti, quindi lo stesso indirizzo può ripetersi tra porte diverse senza conflitto.

Bilancio di alimentazione. Il misuratore eroga dalle sue porte RS485 un totale di 12 VA per i moduli, con un massimo di quattro moduli e solo due analogici (E134-7-15 §2.2.3, E171701 §10.6.1). Consumi di tabella: 20mAON4 5,0 VA, 20mAON8 8,5 VA, 4PO1 2,7 VA, 1mAON4 2,7 VA. Con quattro analogici serve un alimentatore esterno PSIO (90–240 V AC/DC, 12 V DC in uscita, 12 VA, fino a quattro moduli); per ausiliarie a 24 o 48 V DC, EIG indica il PB1 al posto del PSIO. Le porte laterali dei moduli propagano RS485 e alimentazione a tutto il gruppo, e il manuale non prevede di mescolare misuratore e PSIO in uno stesso gruppo fisico, per cui ogni sorgente alimenta il proprio gruppo.

Ripartizione del caso tipo, con un solo PSIO:

Il misuratore alimenta il 4PO1 e i due analogici con meno anelli (2,7 + 5,0 + 5,0 = 12,7 VA di tabella, ma i 5,0 VA sono il massimo con tutti e quattro gli anelli attivi; con cinque anelli su otto il carico reale resta sotto i 12 VA). Il PSIO alimenta i due analogici più caricati (10 VA). Se il misuratore dovesse riavviare il bus di I/O per mancanza di potenza, il piano B è scambiare il 4PO1 con uno degli analogici del PSIO o aggiungere un secondo PSIO.

Come cambiare l’indirizzo di un modulo (E134-7-15 §2.2.2, §2.2.3.1, cap. 4). Sempre con il modulo staccato, prima di agganciarlo al gruppo:

1. Alimentare il modulo tramite +V/−V (PSIO o cavetto dal misuratore) e collegare A(+), B(−) e S a un convertitore RS485↔USB del PC.
2. In Communicator, Connect con l’indirizzo attuale (132 in un 20mAON4 nuovo), 57600, 8-N-1, Modbus RTU.
3. I/O Devices › Stand Alone Programmer: cambiare Address (133 o 134 nel caso tipo). Lasciare 57600 e ritardo 0 perché coincidano con la porta del misuratore.
4. Send: il modulo si riavvia con il nuovo indirizzo. Etichettarlo con identificativo e indirizzo prima di montarlo.

Se l’indirizzo è sconosciuto, tenere premuto Reset per 3 s: il modulo risponde all’indirizzo 247 a 57600 per 30 s. Con qualsiasi master Modbus (FC06/FC16) si possono anche scrivere il registro 45057 (indirizzo), 45058 (baud: 0=4800, 1=9600, 2=19200, 4=57600, 5=115200) e poi un valore qualsiasi in 65410 per riavviare.

Cablaggio. Morsetti della porta RS485 del misuratore, da sinistra a destra: +V · −V · S · − · +. Morsetti della porta laterale femmina del primo modulo: A(+) · B(−) · S · −V · +V. La corrispondenza è + → A(+), − → B(−), S → S, +V → +V, −V → −V. Il gruppo alimentato dal misuratore riceve i cinque conduttori; il gruppo del PSIO riceve dallo stesso bus una derivazione di soli A(+), B(−) e S, e il PSIO va sempre a destra del proprio gruppo, innestato nella porta maschio dell’ultimo modulo. S è schermo, non terra: si collega a terra in un solo punto per bus. Cavo 20 AWG schermato; RS485 fino a 1 220 m, ma oltre i 60 m EIG richiede alimentazione remota e terminazione da 120 Ω a entrambe le estremità. Montaggio con un kit MBIO per gruppo: modulo di sinistra sul supporto con dado PEM, innestare i successivi, serrare e chiudere con il supporto di destra; a pannello o su guida DIN con le clip.

5. Trasferimento del profilo e delle scale analogiche

Il profilo del 1250 non si carica tale e quale nel 1450: sono file .nps di piattaforme diverse. Ciò che si fa è aprire il profilo del 1450 in Communicator e riprodurre, blocco per blocco, quanto riporta il Device Profile Report del 1250. In ordine:

1. General Settings › CT, PT and System Hookup. Rapporti TA e TV, inserzione (3 elementi stella, 2,5 elementi o triangolo), frequenza nominale. Sono i valori che fissano tutte le scale successive.
2. Communications. Port 1 per il PC; Port 3 e Port 4 a 57600, Modbus RTU, 8-N-1, ritardo 0, modalità Master (I/O Modules); Port 5 con l’IP d’impianto che avrà il misuratore (quello di fabbrica serve solo per la messa a banco).
3. I/O Modules. La tabella di cinque righe del paragrafo precedente, con lo stesso numero, identificativo, indirizzo e porta del 1250.
4. Limits, Log Settings e Full Scales. Copiare limiti, intervalli delle registrazioni storiche e fondo scala delle forme d’onda; il 1450 aggiunge registrazioni e opzioni che prima non esistevano, da lasciare al valore predefinito.
5. Assegnazione dei canali di ogni modulo, a mano, dalle schermate acquisite sul 1250.

Le scale analogiche si inseriscono in valori secondari. La finestra External Module Programmer lo avverte: per tensione, corrente e potenza i valori a 4 e 20 mA si indicano in grandezze secondarie del misuratore, non in valori d’impianto. La conversione deriva dai rapporti del profilo. Nel caso tipo, con TA 1 200:5 e TV 15 000:110, k_i = 1 200 / 5 = 240, k_v = 15 000 / 110 = 136,36 e k_p = k_i · k_v = 32 727,3.

Un fondo scala di ±30 MW si programma come ±916,6667 W secondari (30·10⁶ / 32 727,3), e ±20 MVAr come ±611,1111 var. Conviene calcolare il valore esatto una sola volta e usarlo identico in tutti i moduli che emettono la stessa grandezza: due moduli con 916,6667 e 916,6700 dicono la stessa cosa, ma in una verifica successiva sembrano un errore.

Assegnazione del caso tipo (grandezze a 0,05 s, cioè lettura istantanea):

I canali non assegnati si lasciano su Not Assigned; la finestra li riempie con 20,0000 / 4,0000, che non è una scala reale e non va corretta. Prima di replicare ogni canale conviene verificarlo rispetto al fondo scala del misuratore: un canale di tensione di fase con 45 → 55 sarebbe saturo in servizio normale (nominale 63,5 V secondari) ed è quasi certamente una banda di frequenza assegnata alla grandezza sbagliata nel vecchio apparecchio. La migrazione è il momento di correggerlo, non di copiarlo.

Uscite KYZ (4PO1). Ogni uscita si assegna a un accumulatore di energia e a un peso dell’impulso. Caso tipo: uscita 1 kWh erogati, uscita 2 kWh ricevuti, uscita 3 kvarh erogati, uscita 4 kvarh ricevuti, a 10 kWh o kvarh per impulso. Il peso si sceglie in modo che a pieno carico la frequenza degli impulsi resti entro quanto ammette il contatore ricevente; con 30 MW e 10 kWh/impulso si ottengono 3 000 impulsi all’ora, meno di uno al secondo.

Cosa cambia rispetto al 1250 al momento del salvataggio. Il profilo del 1450 include l’elenco dei reset con Reset Unit to Boot Mode — Default Communications Settings abilitato: conviene lasciarlo così, perché permette di recuperare una porta programmata male dal pulsante di reset. Salvare il .nps del 1450 e il suo Device Profile Report accanto a quelli del 1250 chiude la documentazione della migrazione.

6. Messa in servizio e verifica

La sequenza che dà meno sorprese è fare tutto a banco con il 1450 alimentato dall’ausiliaria e i moduli montati, e portare nel quadro un insieme già collaudato. Poiché il 1450 occupa lo stesso vano e ripete la disposizione dei morsetti del 1250, la sostituzione nel quadro è uno scollegare e ricollegare: tensioni, correnti, ausiliaria L(+)/N(−) e i cavetti delle porte seriali si passano conduttore per conduttore agli stessi morsetti, con gli stessi capicorda. Prima di scollegare conviene fotografare la morsettiera del 1250 e cortocircuitare i secondari dei TA sulla morsettiera di prova. Il fusibile esterno raccomandato resta da 5 A / 250 V ritardato, con terra indipendente (mai attraverso il negativo di un alimentatore DC).

1. Verificare sull’etichetta del 1450 il suffisso di control power (D2 per 96–276 V AC/DC, D per 18–60 V DC) rispetto all’ausiliaria del quadro.
2. Reindirizzare, staccati e uno alla volta, i moduli che lo richiedono (133 e 134 nel caso tipo) ed etichettare tutti e cinque con identificativo e indirizzo.
3. Montare i gruppi fisici tra i rispettivi supporti MBIO: 4A (KYZ Module 1 + AO Module 3), 4B (AO Module 1 + AO Module 2 + PSIO a destra) e Port 3 (AO Module 4).
4. Cablare i cavetti e la derivazione del 4B; schermo a terra in un solo punto per bus.
5. Alimentare il PSIO e il misuratore. Verificare che 4A e Port 3 si avviino solo con il misuratore e 4B solo con il PSIO: un gruppo che si avvia con la sorgente sbagliata ha +V/−V dove non dovrebbe.
6. Collegarsi via Ethernet (FIXED, 10.0.0.1) e caricare il profilo preparato: TA/TV, comunicazioni con Port 3 e Port 4 come Master (I/O) a 57600, tabella I/O Modules, limiti e registrazioni.
7. Aprire ogni modulo da Device Profile › I/O Modules › Edit e inserire l’assegnazione dei canali e le scale in valori secondari; Send su ciascuno.
8. Verificare: LED TX/RX lampeggianti sui cinque moduli; con il misuratore a vuoto ogni anello di tensione e corrente deve dare 4,00 mA e quelli di potenza 12,00 mA (zero al centro della scala bipolare). Misurare con carico ≤ 500 Ω per anello.
9. Con una cassetta prova relè (iniezione secondaria), applicare 110 V e 5 A e verificare 20,00 mA sugli anelli di tensione concatenata e di corrente, e che la lettura di WebView coincida con l’iniezione riferita al primario (15 000 V, 1 200 A).
10. Lasciare l’insieme in funzione per mezz’ora e verificare che il misuratore non riavvii il bus di I/O (i moduli non lampeggiano tutti insieme né scompaiono dalla tabella). Se lo fa, applicare il piano B della ripartizione di potenza.
11. Programmare l’IP d’impianto, riportare il selettore su PROG, salvare il .nps definitivo e il Device Profile Report, e sigillare.

Nel quadro restano soltanto la sostituzione fisica del misuratore, il collegamento di tensioni, correnti e ausiliaria, e il collegamento degli anelli 4–20 mA e KYZ al sistema di controllo seguendo l’inventario iniziale.

7. Problemi ricorrenti

Fonti

• Electro Industries/GaugeTech, Nexus 1250/1252 User Manual, Doc# E107706 (§5, §9.4, §11.2).
• EIG, Nexus 1450 User Manual, Doc# E171701 (§1.5, §3.5, cap. 4, 5, 9 e 10).
• EIG, Nexus 1450 Quickstart Guide, Doc# E171703.
• EIG, Modbus Communicating I/O Modules Manual, Doc# E134-7-15 (cap. 2 e 4).
• EIG, Communicator EXT / CommunicatorPQA User Manual, §2.2.
• Documentazione originale su electroind.com.