Como migrar um Nexus 1250 com módulos de E/S para um Nexus 1450

Substituição de um medidor Nexus 1250 com módulos externos por um Nexus 1450 conservando sinais, endereços e cablagem: o que extrair antes, o que muda nas comunicações e como transferir as escalas analógicas.

Resumo. O Nexus 1450 da Electro Industries/GaugeTech é o substituto natural do Nexus 1250/1252 quando se esgota o suporte da plataforma antiga ou quando é necessária Ethernet real, DNP3 sobre TCP, IEC 61850 ou SNTP. Para quem migra, a boa notícia é que a parte série, o barramento de módulos de E/S e o formato do perfil do Communicator se conservam quase um para um; a parte de rede muda por completo. Este artigo percorre o processo com base num caso-tipo: um 1250 com um módulo de saídas de impulsos 4PO1 e quatro módulos de saídas analógicas 20mAON4, substituído por um 1450 com o mesmo conjunto de módulos.

1. O que se conserva e o que muda

O que se conserva:

• Quatro portas série independentes e isoladas (Port 1 comutável RS232/RS485, Ports 2–4 RS485), com a mesma tabela de endereço, velocidade, formato e protocolo.
• Os mesmos módulos externos de E/S (1mAON4/8, 20mAON4/8, 8AI1–4, 4RO1, 4PO1, 8DI1), com os mesmos endereços Modbus de fábrica, ligados a uma porta em modo Master (I/O Modules) a 57600 baud.
• O perfil de dispositivo do Communicator EXT / CommunicatorPQA, que permite copiar relações TI/TT, limites, registos históricos e atribuição de saídas analógicas.
• A geometria. O 1450 foi concebido como substituto direto do 1250/1252: mesma caixa, mesmo recorte de painel e mesmas fixações, e a mesma disposição de bornes para tensões, correntes, alimentação auxiliar L(+)/N(−) e as quatro portas série. A cablagem original do quadro, com os terminais já cravados, desliga-se do 1250 e liga-se ao 1450 nos mesmos bornes, sem passar um único fio novo. A única coisa que não existia no 1250 são os conectores novos: o RJ45 do Port 5, a fibra do Port 6 e a entrada IRIG-B, que só se cablam se forem utilizados.

O que muda:

• Desaparece a gateway RS485 da opção Ethernet INP200 do 1250. O 1450 traz duas interfaces de rede próprias (Port 5 RJ45 e Port 6 fibra), cada uma com o seu IP, sem medidores encadeados atrás.
• O visor externo deixa de estar fixo ao Port 3; pode ligar-se a qualquer um dos Ports 1–4 a 9600 baud.
• Um 1450 novo de fábrica sai a 9600 baud nas quatro portas série, enquanto um 1250 em obra costuma estar a 57600 nas portas de PC e de E/S.
• Portas Ethernet com IP fixo de fábrica (10.0.0.1 no RJ45, 10.0.1.1 na fibra) e um comutador PROG/FIXED sob o RJ45 para recuperar um medidor com o IP perdido.

2. Antes de retirar o 1250: o que é preciso levar

O erro mais caro desta migração é desmontar o 1250 sem ter extraído o que só vive dentro dele e dos seus módulos. Com o medidor ainda em serviço há que recolher quatro coisas.

1. O perfil de dispositivo. Com o Communicator EXT ou o CommunicatorPQA, Retrieve Device Profile e guardar o ficheiro .nps; depois Reports › Device Profile Report e guardá-lo em HTML ou PDF. Aí ficam as relações TI/TT, a ligação (estrela ou triângulo), os fundos de escala de limites e formas de onda, os registos históricos e a tabela de comunicações das quatro portas.
2. A tabela de módulos. Em Device Profile › I/O Modules, anotar, para cada módulo, o número de linha, o identificador (AO Module 1, KYZ Module 1…), o tipo, o endereço Modbus e a porta do medidor. É o mapa que depois se reproduz no 1450.
3. A atribuição de canais de cada módulo, módulo a módulo. Este é o ponto que surpreende: o Device Profile Report do 1250 traz, para os módulos analógicos, apenas Port Number e Module Address; as linhas Assigned Channel / Scale High / Scale Low saem vazias porque essa informação é guardada no próprio módulo, não no medidor. É preciso abrir cada módulo com o botão Edit de Module Settings (diálogo Analog Output 4 to 20 mA External Module Programmer) e copiar a grandeza, o valor a 20 mA e o valor a 4 mA de cada canal; para o KYZ, a grandeza e o peso de impulso de cada saída. Uma captura de ecrã por módulo é suficiente e mais fiável do que transcrever.
4. O que está fora do medidor. Que malha 4–20 mA vai a que entrada do sistema de controlo, que contador recebe cada saída KYZ, o IP do 1250 se tiver INP200 e que equipamentos dependem da sua gateway RS485, e o sufixo de alimentação (control power) da etiqueta.

No caso-tipo, o inventário do 1250 fica assim:

Antes de tocar no 1450 convém fazer a mesma leitura da sua etiqueta: um medidor com opção D (18–60 V DC) não arranca com auxiliar de 230 V AC nem de 125 V DC, e a opção não se altera em campo.

3. Comunicações: valores de fábrica e primeira ligação ao 1450

A primeira ligação falha quase sempre pela velocidade, não pelo cabo. Há três conjuntos de valores que convém não confundir: os que a EIG documenta como de fábrica, os que costuma ter um medidor já programado em obra, e os que o Communicator preenche num perfil em branco (9600, Modbus RTU, 8-N-1), que são do software e nada dizem sobre o estado do medidor.

Nexus 1250/1252 (manual E107706, Communicator §2.2). De fábrica: Port 1 endereço 1 a 57600, Port 2 a 57600, Port 3 a 9600 (visor externo ou módulos) e Port 4 a 57600; todos Modbus RTU, 8-N-1, atraso 0 ms. Em instalações já programadas é frequente encontrar a porta de 9600 no Port 2 e os Ports 3 e 4 como mestres de E/S a 57600. Se uma porta não responder a 57600, experimentar 9600 antes de dar seja o que for por avariado. O Port 1 é comutável RS232/RS485 com o seletor sob o conector; em RS232 é DCE (DB9 fêmea, pino 2 Tx, 3 Rx, 5 GND) e não admite mais de 15 m.

Nexus 1450 (manual E171701 §4 e §5, quickstart E171703). Um medidor novo responde a 9600 nas quatro portas série: Modbus RTU em RS485 e Modbus ASCII no RS232 do Port 1. O Port 4 pode além disso atuar como mestre RTU genérico sobre escravos Modbus (até 128 registos). As duas portas Ethernet saem com IP fixo e DHCP desativado:

Sem bonding nem teaming: se se usarem as duas portas, têm de estar em sub-redes distintas, que é precisamente o que fazem os valores de fábrica.

Primeira ligação recomendada: Ethernet. Colocar o comutador PROG/FIXED que está sob o RJ45 em FIXED (o medidor responde em 10.0.0.1 mesmo que tenha outro IP gravado; o terceiro LED da porta indica-o), atribuir ao PC um IP manual na mesma sub-rede (por exemplo 10.0.0.10 / 255.255.255.0, sem gateway), cabo Ethernet direto e ping 10.0.0.1. Abrir http://10.0.0.1 no browser mostra o WebView sem instalar nada: é o teste de ligação mais rápido. Depois, no Communicator, Connect › Network com Device Address 1, host 10.0.0.1, porta 502, Modbus TCP. No fim, repor o comutador em PROG e devolver o PC a DHCP.

Primeira ligação por série, se não houver Ethernet à mão. Port 1 (RS232 no próprio medidor), endereço 1, 8-N-1, Modbus RTU; 9600 se o equipamento for novo, 57600 se já tiver sido programado. Para RS485 em direção ao PC usam-se os Ports 2–4 ou um conversor.

A velocidade das portas de E/S não se altera. Os módulos saem de fábrica a 57600 e a porta do medidor que os comanda tem de estar a 57600, Modbus RTU, 8-N-1, atraso 0 ms e modo Master (I/O Modules). É a mesma configuração no 1250 e no 1450; num 1450 novo é preciso programá-la, porque sai a 9600.

A gateway desaparece. Num 1250 com INP200, o Port 2 fazia de gateway RS485 (9600, atraso 3825 ms) para outros medidores encadeados, com o endereço 1 reservado ao próprio medidor. No 1450 não existe: cada equipamento que dependia dessa gateway precisa agora do seu próprio IP ou de um conversor RS485/Ethernet externo.

Dois avisos do manual que poupam uma deslocação: o Modbus RTU não funciona através de modem (essa porta tem de ir em Modbus ASCII a 9600 sem controlo de fluxo), e qualquer porta que alimente um visor P40N+/P41N+/P43N+/P70N tem de estar a 9600, endereço 1.

4. Módulos de E/S: endereçamento, alimentação e cablagem

Os módulos externos são os mesmos nas duas plataformas (manual E134-7-15), pelo que a regra prática é reproduzir no 1450 exatamente a tabela I/O Modules do 1250: mesmo número de linha, mesmo identificador, mesmo endereço e mesma porta. Se os módulos físicos forem novos, é preciso reendereçá-los para que coincidam.

Endereços de fábrica e a regra dos barramentos. Cada tipo de módulo sai com um endereço fixo: 128 (1mAON4/8), 132 (20mAON4/8), 136–148 (8AI1–4), 156 (4RO1), 160 (4PO1) e 164 (8DI1), todos a 57600 baud. Dois módulos do mesmo tipo na mesma porta respondem ao mesmo tempo e há que mudar o endereço de um deles. O Port 3 e o Port 4 são barramentos Modbus independentes, pelo que o mesmo endereço pode repetir-se entre portas sem conflito.

Orçamento de alimentação. O medidor fornece pelas suas portas RS485 um total de 12 VA para módulos, com um máximo de quatro módulos e apenas dois analógicos (E134-7-15 §2.2.3, E171701 §10.6.1). Consumos de tabela: 20mAON4 5,0 VA, 20mAON8 8,5 VA, 4PO1 2,7 VA, 1mAON4 2,7 VA. Com quatro analógicos é necessária uma fonte externa PSIO (90–240 V AC/DC, 12 V DC de saída, 12 VA, até quatro módulos); para auxiliares de 24 ou 48 V DC, a EIG indica o PB1 em vez do PSIO. As portas laterais dos módulos propagam RS485 e alimentação a todo o grupo, e o manual não contempla misturar medidor e PSIO num mesmo grupo físico, de modo que cada fonte alimenta o seu próprio grupo.

Distribuição do caso-tipo, com um único PSIO:

O medidor alimenta o 4PO1 e os dois analógicos com menos malhas (2,7 + 5,0 + 5,0 = 12,7 VA de tabela, mas os 5,0 VA são o máximo com as quatro malhas ativas; com cinco malhas em oito a carga real fica abaixo de 12 VA). O PSIO alimenta os dois analógicos mais carregados (10 VA). Se o medidor reiniciasse o barramento de E/S por falta de potência, o plano B é trocar o 4PO1 por um dos analógicos do PSIO ou acrescentar um segundo PSIO.

Como alterar o endereço de um módulo (E134-7-15 §2.2.2, §2.2.3.1, cap. 4). Sempre com o módulo solto, antes de o acoplar ao grupo:

1. Alimentar o módulo por +V/−V (PSIO ou chicote do medidor) e ligar A(+), B(−) e S a um conversor RS485↔USB do PC.
2. No Communicator, Connect com o endereço atual (132 num 20mAON4 novo), 57600, 8-N-1, Modbus RTU.
3. I/O Devices › Stand Alone Programmer: alterar Address (133 ou 134 no caso-tipo). Deixar 57600 e atraso 0 para que coincidam com a porta do medidor.
4. Send: o módulo reinicia com o novo endereço. Etiquetá-lo com identificador e endereço antes de o montar.

Se o endereço for desconhecido, manter Reset premido 3 s: o módulo responde no 247 a 57600 durante 30 s. Com qualquer mestre Modbus (FC06/FC16) também se pode escrever o registo 45057 (endereço), 45058 (baud: 0=4800, 1=9600, 2=19200, 4=57600, 5=115200) e depois qualquer valor em 65410 para reiniciar.

Cablagem. Bornes da porta RS485 do medidor, da esquerda para a direita: +V · −V · S · − · +. Bornes da porta lateral fêmea do primeiro módulo: A(+) · B(−) · S · −V · +V. A correspondência é + → A(+), − → B(−), S → S, +V → +V, −V → −V. O grupo alimentado pelo medidor recebe os cinco fios; o grupo do PSIO recebe do mesmo barramento uma derivação apenas de A(+), B(−) e S, e o PSIO vai sempre à direita do seu grupo, encaixado na porta macho do último módulo. S é blindagem, não terra: liga-se à terra num único ponto por barramento. Cabo 20 AWG blindado; RS485 até 1 220 m, mas acima de 60 m a EIG exige fonte remota e terminação de 120 Ω em ambas as extremidades. Montagem com um kit MBIO por grupo: módulo da esquerda ao suporte com porca PEM, encaixar os seguintes, apertar e fechar com o suporte da direita; painel ou calha DIN com os clipes.

5. Transferência do perfil e das escalas analógicas

O perfil do 1250 não se carrega tal e qual no 1450: são ficheiros .nps de plataformas distintas. O que se faz é abrir o perfil do 1450 no Communicator e reproduzir, bloco a bloco, o que diz o Device Profile Report do 1250. Por ordem:

1. General Settings › CT, PT and System Hookup. Relações TI e TT, ligação (3 elementos estrela, 2,5 elementos ou triângulo), frequência nominal. São os valores que fixam todas as escalas que vêm a seguir.
2. Communications. Port 1 para o PC; Port 3 e Port 4 a 57600, Modbus RTU, 8-N-1, atraso 0, modo Master (I/O Modules); Port 5 com o IP de instalação que o medidor vai ter (o de fábrica só serve para a colocação em bancada).
3. I/O Modules. A tabela de cinco linhas da secção anterior, com o mesmo número, identificador, endereço e porta que no 1250.
4. Limits, Log Settings e Full Scales. Copiar limites, intervalos dos registos históricos e fundos de escala de formas de onda; o 1450 acrescenta registos e opções que não existiam, que se deixam no valor por defeito.
5. Atribuição de canais de cada módulo, à mão, a partir das capturas tiradas no 1250.

As escalas analógicas introduzem-se em secundário. O diálogo External Module Programmer avisa-o: para tensão, corrente e potência, os valores a 4 e 20 mA são dados em grandezas de secundário do medidor, não em valores de instalação. A conversão sai das relações do perfil. No caso-tipo, com TI 1 200:5 e TT 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.

Um fundo de escala de ±30 MW programa-se como ±916,6667 W de secundário (30·10⁶ / 32 727,3), e ±20 Mvar como ±611,1111 var. Convém calcular o valor exato uma vez e usá-lo idêntico em todos os módulos que forneçam a mesma grandeza: dois módulos com 916,6667 e 916,6700 estão a dizer o mesmo, mas numa revisão posterior parecem um erro.

Atribuição do caso-tipo (grandezas de 0,05 s, ou seja, leitura instantânea):

Os canais não atribuídos deixam-se em Not Assigned; o diálogo preenche-os com 20,0000 / 4,0000, que não é uma escala real e não há que corrigir. Antes de replicar cada canal convém verificá-lo contra o fundo de escala do medidor: um canal de tensão de fase com 45 → 55 estaria saturado em serviço normal (nominal 63,5 V de secundário) e é quase de certeza uma banda de frequência atribuída à grandeza errada no equipamento antigo. A migração é o momento de o corrigir, não de o copiar.

Saídas KYZ (4PO1). Cada saída atribui-se a um acumulador de energia e a um peso de impulso. Caso-tipo: saída 1 kWh fornecidos, saída 2 kWh recebidos, saída 3 kvarh fornecidos, saída 4 kvarh recebidos, a 10 kWh ou kvarh por impulso. O peso escolhe-se para que, a plena carga, a frequência de impulsos fique dentro do que o contador recetor admite; com 30 MW e 10 kWh/impulso resultam 3 000 impulsos por hora, menos de um por segundo.

O que muda em relação ao 1250 ao guardar. O perfil do 1450 traz a lista de reinícios com Reset Unit to Boot Mode — Default Communications Settings ativado: convém deixá-lo assim, porque permite recuperar uma porta mal programada a partir do botão de reset. Guardar o .nps do 1450 e o seu Device Profile Report junto dos do 1250 fecha a documentação da migração.

6. Colocação em serviço e verificação

A sequência que dá menos surpresas é fazer tudo em bancada com o 1450 alimentado pela auxiliar e os módulos montados, e levar para o quadro um conjunto já testado. Como o 1450 ocupa o mesmo espaço e repete a disposição de bornes do 1250, a troca no quadro é um desligar e voltar a ligar: tensões, correntes, auxiliar L(+)/N(−) e os chicotes das portas série passam-se fio a fio para os mesmos bornes, com os mesmos terminais. Antes de desligar convém fotografar a régua de bornes do 1250 e curto-circuitar os secundários dos TI no bloco de ensaio. O fusível externo recomendado continua a ser de 5 A / 250 V lento, com terra independente (nunca através do negativo de uma fonte DC).

1. Verificar na etiqueta do 1450 o sufixo de control power (D2 para 96–276 V AC/DC, D para 18–60 V DC) face à auxiliar do quadro.
2. Reendereçar, soltos e um a um, os módulos que o necessitem (133 e 134 no caso-tipo) e etiquetar os cinco com identificador e endereço.
3. Montar os grupos físicos entre os respetivos suportes MBIO: 4A (KYZ Module 1 + AO Module 3), 4B (AO Module 1 + AO Module 2 + PSIO à direita) e Port 3 (AO Module 4).
4. Cablar os chicotes e a derivação do 4B; blindagem à terra num único ponto por barramento.
5. Alimentar o PSIO e o medidor. Verificar que 4A e Port 3 arrancam só com o medidor e 4B só com o PSIO: um grupo que arranca com a fonte errada tem +V/−V onde não devia.
6. Ligar por Ethernet (FIXED, 10.0.0.1) e carregar o perfil preparado: TI/TT, comunicações com Port 3 e Port 4 como Master (I/O) a 57600, tabela I/O Modules, limites e registos.
7. Abrir cada módulo a partir de Device Profile › I/O Modules › Edit e introduzir a atribuição de canais e as escalas em secundário; Send em cada um.
8. Verificar: LED TX/RX a piscar nos cinco módulos; com o medidor em vazio, cada malha de tensão e corrente deve dar 4,00 mA e as de potência 12,00 mA (zero no centro da escala bipolar). Medir com carga ≤ 500 Ω por malha.
9. Com uma fonte de injeção secundária, aplicar 110 V e 5 A e verificar 20,00 mA nas malhas de tensão composta e de corrente, e que a leitura do WebView coincide com a injeção em primário (15 000 V, 1 200 A).
10. Deixar o conjunto a funcionar meia hora e verificar que o medidor não reinicia o barramento de E/S (os módulos não piscam ao mesmo tempo nem desaparecem da tabela). Se o fizer, aplicar o plano B da distribuição de potência.
11. Programar o IP de instalação, repor o comutador em PROG, guardar o .nps definitivo e o Device Profile Report, e selar.

No quadro só ficam a troca física do medidor, a ligação de tensões, correntes e auxiliar, e a ligação das malhas 4–20 mA e KYZ ao sistema de controlo seguindo o inventário do início.

7. Problemas habituais

Fontes

• 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.
• Documentação original em electroind.com.