Zadávanie informácií do ovládača pomocou optočlenov

Tento článok popisuje, ako je možné pomocou praktických schém na vloženie diskrétnych informácií s úrovňou 220 V do ovládača získať praktickú schému na výrobu v akomkoľvek elektrickom laboratóriu.

V technologických procesoch je často potrebné kontrolovať polohu pohyblivých častí mechanizmov strojov. Na tieto účely boli vyvinuté a úspešne aplikované koncové spínače rôznych konštrukcií a princípov činnosti.

Najjednoduchšou konštrukciou a princípom činnosti sú samozrejme konvenčné mechanické spínače typu spínača: prostredníctvom systému mechanických pák a často celého systému ozubených kolies, ktoré poháňajú vačky, je elektrický kontakt uzavretý, čo môže znamenať konečnú alebo počiatočnú polohu mechanizmu.

Okrem kontaktných koncových spínačov, alebo ako sú krátko nazývané koncovými spínačmi, sú rozšírené aj bezkontaktné koncové spínače. Typickým predstaviteľom tejto rodiny sú koncové spínače typu BVK. Existuje veľa úprav, preto sa čísla vkladajú za písmená BVK.

Ich práca je založená na princípe riadeného relaxačného generátora. Keď kovová doska vstúpi do medzery medzi takýmto koncovým spínačom, generácia sa zastaví a výstupné relé sa vypne. Vyššie uvedená doska je samozrejme umiestnená na tej časti mechanizmu, ktorej poloha musí byť kontrolovaná. Vzhľad takého prívesu je znázornený na obrázku 1.

Obrázok 1. Bezdotykový spínač BVK

Okrem senzorov založených na relaxačnom generátore sa používajú indukčné, kapacitné, optické, ultrazvukové a iné typy senzorov. Ale napriek takému množstvu typov snímačov a ich princípom činnosti bežné kontaktné koncové spínače nestrácajú svoju polohu a je príliš skoro na ich zrušenie.

Mechanizmy s kontaktnými spínačmi sú často zahrnuté v automatizovaných systémoch, ktoré sú prevádzkované pod kontrolou regulátorov. V tomto prípade by sa informácie o polohe mechanizmu mali zaslať do riadiacej jednotky, ktorá riadi činnosť tohto mechanizmu.

Jedným z týchto mechanizmov je najbežnejší vodný ventil. Na príklade uvedieme, ako preniesť informácie o svojej pozícii do kontrolóra. Toto sa najjednoduchšie a spoľahlivo vykonáva pomocou izolácie optočlenu. Toto bude prediskutované v tomto článku.

Pomerne často sa v televízii ukazuje, ako pracovník otáča veľkým zotrvačníkom pri veľkom ventile a uzatvára tok plynu alebo ropy. Preto mnohí nemajú ani podozrenie, že ventily nie sú iba mechanizované, vybavené elektromotormi, ale tiež zahrnuté do rôznych automatických riadiacich systémov.

Obrázok 2 zobrazuje zjednodušený riadiaci obvod ventilu.

Obrázok 2. Zjednodušený riadiaci obvod ventilu

Aby sa zmenšil objem obrázku, nie sú znázornené skutočné výkonové kontakty ovládajúce elektrický motor a samotný elektrický motor, ako aj rôzne ochranné prvky, ako sú ističe a tepelné relé. Koniec koncov, zariadenie bežného reverzibilného magnetického štartéra je dobre známe každému elektrikárovi. A koľkokrát bolo potrebné poruchu napraviť jednoduchým stlačením tlačidla na „teplushka“ !!! Stále však bude potrebné vysvetliť účel niektorých prvkov okruhu.

Schéma ukazuje cievky magnetických štartérov Kl, K2. Keď je K1 zapnutý, ventil sa otvorí a keď je zapnutý K2, uzavrie sa, ako je to znázornené nápismi v blízkosti cievok. Štartovacie cievky zobrazené na obrázku sú dimenzované na 220 V.

Normálne - zatvorené kontakty K2 a K1 sú štandardným riešením pre blokovanie spätného štartéra: keď je jeden štartér zapnutý, druhý sa nebude môcť zapnúť.

Otvorenie alebo zatvorenie ventilu sa začína stlačením príslušných tlačidiel zobrazených na obrázku. Po uvoľnení tlačidiel je štartér držaný v zapnutom stave vlastným kontaktom (blok - kontakt). Tento režim prevádzky sa nazýva samonapájanie. Na diagrame sú to obvykle otvorené kontakty K1 a K2.

O niečo vyššia ako tieto kontakty v diagrame je obdĺžnik s kontaktmi vo vnútri a nápisom „mechanizmus MSP“. Toto je mechanizmus signalizácie polohy (ICP). V našej schéme je ventil v strednej polohe, takže kontakty S1 a S2 sú uzavreté, čo vám umožňuje zapnúť akýkoľvek štartér tak na otvorenie, ako aj na zatvorenie.

Mechanizmus MSP je prevodovka, ktorá prevádza viacotáčkový zdvih pracovného telesa, v tomto prípade skrutkového páru ventilu, na uhlový pohyb hriadeľa s vačkami. V závislosti od modelu MSP môže byť tento uhol 90 ... 225 stupňov. Prevodový pomer prevodovky môže byť ľubovoľný na požiadanie zákazníka, čo vám umožňuje čo najpresnejšie nastavenie polohy vačiek.

Vačky umiestnené na hriadeli sa môžu otáčať do požadovaného uhla a fixovať. Z tohto dôvodu je možné získať rôzne momenty činnosti mikrospínačov. V našej schéme je to S1 ... S4. Niektoré modifikácie MSP okrem mikrospínačov obsahujú aj indukčný senzor analógový signál okolo uhlu natočenia hriadeľa. Spravidla sa jedná o prúdový signál v rozsahu 4 ... 20 mA. Ale tu nebudeme brať do úvahy tento signál.

Teraz sa vráťme k nášmu programu. Predpokladajme, že bolo stlačené tlačidlo otvorenia. V tomto prípade sa ventil začne otvárať a otvára sa, až kým mikrospínač S1 nepracuje v mechanizme ICP. (Pokiaľ samozrejme nie je stlačené najskôr tlačidlo Stop). Vypne napájanie štartovacej cievky K1 a ventil sa prestane otvárať.

Ak je mechanizmus v tejto polohe, potom stlačením tlačidla otvorenia sa štartér K1 nemôže zapnúť. Jediná vec, ktorá môže zapnúť elektrický motor v tejto situácii, je stlačenie tlačidla na zatvorenie ventilu. Zatváranie bude pokračovať, kým sa neaktivuje mikrospínač S2. (Alebo kým nekliknete na tlačidlo „Zastaviť“).

Otváranie a zatváranie ventilu sa dá kedykoľvek zastaviť stlačením tlačidla zastavenia.

Ako je uvedené vyššie, ventil nefunguje sám, „stlačili tlačidlo a odišli“, ale môžu vstúpiť do automatizačného systému. V tomto prípade je potrebné nejako informovať riadiacu jednotku (ovládač) o polohe ventilu: otvorená, zatvorená, v medzipolohe.

Najjednoduchší spôsob, ako to dosiahnuť, je použiť ďalšie kontakty, ktoré sú, mimochodom, už k dispozícii v MSP. Na diagrame sú kontakty S3 a S4 ponechané voľné. Iba v tomto prípade existujú ďalšie nepríjemnosti a výdavky. V prvom rade je to tak, že je potrebné vykonať ďalšie vodiče a ďalšie vodiče. A to sú dodatočné náklady.

Ďalšie nepríjemnosti vyplývajú z toho, že musíte nakonfigurovať ďalšie kamery. Tieto kamery sa nazývajú informačné. V našej schéme sú to S3 a S4. Pokiaľ ide o výkon (v diagrame sú to S1 a S2), musia byť nakonfigurované veľmi presne: napríklad informačná prípojka oznámi riadiacemu orgánu, že ventil už bol uzavretý a ovládač jednoducho ventil vypne. A ešte nedosiahla polovicu!

Obrázok 3 preto ukazuje, ako získať informácie o polohe ventilu pomocou silových kontaktov. Na tento účel sa môžu použiť spojenia optočlenov.

Obrázok 3

V porovnaní s obrázkom 2 sa v diagrame objavili nové prvky. Predovšetkým to reléové kontakty s názvami „Relé otvorené“, „Relé zatvorené“, „Relé zastavené“.Je ľahké si všimnúť, že prvé dva sú zapojené paralelne s príslušnými tlačidlami na ovládacom paneli ručne a normálne uzavreté kontakty sú „relé stop“. postupne pomocou tlačidla Stop. Preto môže byť ventil kedykoľvek ovládaný buď stlačením tlačidiel ručne, alebo z riadiacej jednotky (regulátora) pomocou medzipoloh. Na zjednodušenie obvodu nie sú zobrazené cievky pomocných relé.

Okrem toho sa na diagrame objavil obdĺžnik s nápisom „Optočlenové výmeny“. Obsahuje dva kanály, ktoré umožňujú prevádzať napätie z koncových spínačov mechanizmu SME, a to je 220 V, na prevod na úroveň signálu ovládača, ako aj na uskutočňovanie galvanického oddelenia od napájacej siete.

Schéma ukazuje, že vstupy optočlenových spojení sú priamo spojené s mikrospínačmi S1 a S2 mechanizmu ICP. Ak je ventil v strednej polohe (čiastočne otvorený), oba mikrospínače sú zatvorené a na obidvoch vstupoch optočlenových spojov je prítomné napätie 220 V. V tomto prípade budú výstupné tranzistory oboch kanálov v otvorenom stave.

Keď je ventil úplne otvorený, mikrospínač S1 je otvorený, na vstupe izolačného kanála optočlenu nie je napätie, takže výstupný tranzistor jedného kanála bude uzavretý. To isté možno povedať o činnosti mikrospínača S2.

Schematický diagram jedného izolačného kanála optočlenu je znázornený na obrázku 4.

Obrázok 4. Schematický diagram jedného kanála optočlenu

Opis schémy zapojenia

Vstupné napätie cez odpor Rl a kondenzátor Cl je usmerňované diódami VD1, VD2 a nabíja kondenzátor C2. Keď napätie na kondenzátore C2 dosiahne medzné napätie zenerovej diódy VD3, nabije sa kondenzátor C3 a prostredníctvom odporu R3 „zapne“ optočlen LED V1, ktorý vedie k otvoreniu optočlenového tranzistora, a tým aj výstupného tranzistora VT1. Výstupný tranzistor je pripojený na vstup regulátora prostredníctvom odpojovacej diódy VD4.

Niekoľko slov o účele a druhoch častí.

Kondenzátor C1 funguje ako neodporový odpor. Jeho kapacita obmedzuje vstupný prúd. Rezistor R1 je navrhnutý tak, aby obmedzoval nábehový prúd v okamihu uzavretia mikrospínačov S1, S2.

Odpor R2 chráni kondenzátor C2 pred zvýšeným napätím v prípade prerušenia obvodu Zenerovej diódy VD3.

Ako Zenerova dióda VD3 sa používa KC515 so stabilizačným napätím 15V. Na tejto úrovni je nabíjacie napätie kondenzátora C4 obmedzené, a teda aj prúd cez LED optočlenu V1.

Ako optočlen V1 sa použil AOT128. Rezistor R5 s odporom 100 kOhm zostáva uzavretý fototranzistor s optočlenom bez osvetlenia diódami LED.

Ak namiesto domáceho optočlenu AOT128 použijeme jeho importovaný analóg 4N35 (hoci to je stále otázka, ktorý z nich je analóg?), Potom by sa odpor R5 mal dať s menovitou hodnotou 1MΩ. V opačnom prípade buržoázny optočlen jednoducho nebude fungovať: 100 KOhm fototranzistor uzavrie tak pevne, že už nebude možné ho otvoriť.

Výstupný stupeň na tranzistore KT315 je navrhnutý tak, aby pracoval s prúdom 20 mA. Ak potrebujete väčší výstupný prúd, môžete použiť výkonnejší tranzistor, ako je KT972 alebo KT815.

Schéma je pomerne jednoduchá, spoľahlivá pri prevádzke a nie je náchylná na uvedenie do prevádzky. Môžete dokonca povedať, že to nevyžaduje úpravu.

Najjednoduchšie je skontrolovať fungovanie dosky pomocou sieťového napätia 220 V priamo z výstupu na vstup. K výstupu pripojte LED cez odpor asi jeden kilo-ohm a zapojte 12V napájanie. V takom prípade by sa mala rozsvietiť LED. Ak vypnete napätie 220 V, potom musí dióda LED zhasnúť.

Obr. 5. Vzhľad hotovej dosky s optoelektronickou izoláciou

Obrázok 5 zobrazuje vzhľad hotovej dosky obsahujúcej štyri kanály optočlenov. Vstupné a výstupné signály sa pripájajú pomocou svorkovníc inštalovaných na doske. platba vyrobené technológiou laserového žehlenia, pretože sa to stalo pre jeho výrobu.Počas niekoľkých rokov prevádzky neboli prakticky žiadne poruchy.

Boris Aladyshkin