Zadávání informací do kontroléru pomocí optočlenů

Článek popisuje, jak je pomocí výměnných modulů optočlenů možné do řídicí jednotky vložit diskrétní informace o úrovni 220 V, které je k dispozici pro výrobu v jakékoli elektrické laboratoři.

V technologických procesech je často nutné řídit polohu pohyblivých částí mechanismů strojů. Pro tyto účely byly vyvinuty a úspěšně použity koncové spínače různých konstrukcí a provozních principů.

Nejjednodušší konstrukcí a principem činnosti jsou samozřejmě konvenční mechanické spínače typu spínače: prostřednictvím systému mechanických pák a často celého systému ozubených kol, který pohání vačky, je elektrický kontakt uzavřen, což může znamenat konečnou nebo počáteční polohu mechanismu.

Kromě kontaktních koncových spínačů, nebo jak jsou stručně nazývány koncovými spínači, jsou také rozšířeny bezkontaktní koncové spínače. Typickým představitelem této rodiny jsou koncové spínače typu BVK. Existuje mnoho modifikací, proto se čísla vkládají za písmena BVK.

Jejich práce je založena na principu řízeného relaxačního generátoru. Když kovová deska vstoupí do mezery takového koncového spínače, generování se zastaví a výstupní relé se vypne. Výše uvedená deska je přirozeně umístěna na té části mechanismu, jejíž poloha musí být řízena. Vzhled takového přívěsu je znázorněn na obrázku 1.

Obrázek 1. Bezdotykový spínač BVK

Kromě senzorů založených na relaxačním generátoru se používají indukční, kapacitní, optické, ultrazvukové a další typy senzorů. Ale i přes celou řadu typů senzorů a jejich principů fungování běžné kontaktní koncové spínače neztrácejí své pozice a je příliš brzy na jejich zrušení.

Mechanismy s kontaktními spínači jsou často součástí automatizovaných systémů běžících pod kontrolou ovladačů. V tomto případě by informace o poloze mechanismu měla být předána řídícímu zařízení, které řídí činnost tohoto mechanismu.

Jedním z těchto mechanismů je nejběžnější vodní ventil. Na jejím příkladu budeme uvažovat o tom, jak předat informace o své pozici do správce. To se nejsnadněji a spolehlivě provádí pomocí izolace optočlenu. Toto bude diskutováno v tomto článku.

Poměrně často jsme v televizi ukazováni, jak pracovník otáčí velký setrvačník u velkého ventilu a uzavírá tok plynu nebo oleje. Proto mnoho lidí ani netuší, že ventily nejsou jen mechanizované, vybavené elektromotory, ale také zahrnuty do různých automatických regulačních systémů.

Obrázek 2 ukazuje zjednodušený řídicí obvod ventilu.

Obrázek 2. Zjednodušený řídicí obvod ventilu

Aby se snížil objem obrázku, nejsou zobrazeny skutečné výkonové kontakty ovládající elektrický motor a samotný elektrický motor, jakož i různé ochranné prvky, jako jsou jističe a tepelná relé. Koneckonců, zařízení konvenčního reverzibilního magnetického spouštěče je dobře známé každému elektrikáři. A kolikrát bylo nutné tuto závadu napravit pouhým kliknutím tlačítka na „žár“ !!! Přesto však bude muset být vysvětlen účel některých prvků obvodu.

Schéma ukazuje cívky magnetických spouštěčů K1, K2. Když je K1 zapnutý, ventil se otevře a když je zapnutý K2, uzavře se, jak je naznačeno nápisy poblíž cívek. Startovací cívky znázorněné na obrázku jsou dimenzovány na 220 V.

Normálně - uzavřené kontakty K2 a K1 jsou standardním řešením pro jakýkoli zpětný startér - blokování: když je jeden startér zapnutý, druhý se nebude moci zapnout.

Otevření nebo uzavření ventilu začíná stisknutím příslušných tlačítek zobrazených na obrázku. Po uvolnění tlačítek je startér udržován v zapnutém stavu vlastním kontaktem (blok - kontakt). Tento režim se nazývá samodrení. Na obrázku jsou to obvykle otevřené kontakty K1 a K2.

O něco vyšší než tyto kontakty v diagramu je obdélník s kontakty uvnitř a nápisem „mechanismus malých a středních podniků“. Toto je mechanismus signalizace polohy (ICP). V našem schématu je ventil ve střední poloze, takže kontakty S1 a S2 jsou sepnuty, což vám umožňuje zapnout jakýkoli startér, a to jak pro otevření, tak pro uzavření.

Mechanismus MSP je převodovka, která přeměňuje vícesměrný zdvih pracovního tělesa, v tomto případě šroubového páru ventilu, na úhlový pohyb hřídele s vačkami. V závislosti na modelu malých a středních podniků může být tento úhel 90 ... 225 stupňů. Převodový poměr převodovky může být libovolný na žádost zákazníků, což vám umožní nejpřesněji nastavit polohu vaček.

Vačky umístěné na hřídeli se mohou otáčet do požadovaného úhlu a fixovat. Díky tomu je možné získat různé momenty provozu mikrospínačů. V našem schématu je to S1 ... S4. Některé modifikace malých a středních podniků, kromě mikrospínačů, obsahují indukční senzor, který vystupuje analogový signál o úhlu otáčení hřídele. Zpravidla se jedná o proudový signál v rozsahu 4 ... 20 mA. Ale tento signál zde nebudeme zvažovat.

Nyní se vraťme k našemu schématu. Předpokládejme, že bylo stisknuto tlačítko pro otevření. V tomto případě se ventil začne otevírat a bude se otevírat, dokud mikrospínač S1 nepracuje v mechanismu ICP. (Pokud ovšem není tlačítko Stop stisknuto jako první). Vypne napájení startovací cívky K1 a ventil se přestane otevírat.

Pokud je mechanismus v této poloze a poté stisknete tlačítko otevřít, startér K1 se nebude moci zapnout. Jedinou věcí, která může v této situaci způsobit zapnutí elektromotoru, je stisknutí tlačítka pro uzavření ventilu. Uzavření bude pokračovat, dokud nebude aktivován mikrospínač S2. (Nebo dokud nekliknete na „Stop“).

Otevření i uzavření ventilu lze kdykoli zastavit stisknutím tlačítka Stop.

Jak bylo uvedeno výše, ventil nefunguje sám, „stiskli tlačítko a odešli“, ale mohou vstoupit do automatizačního systému. V tomto případě je nutné nějakým způsobem informovat řídící jednotku (regulátor) o poloze ventilu: otevřeno, zavřeno, ve střední poloze.

Nejjednodušší způsob, jak toho dosáhnout, je použít další kontakty, které, mimochodem, jsou již k dispozici v malých a středních podnicích. Na obrázku jsou kontakty S3 a S4 ponechány volné. Pouze v tomto případě jsou další nepříjemnosti a výdaje. Zaprvé je třeba, aby byly provedeny další vodiče a další vodiče. A to jsou další náklady.

Další nepříjemnosti spočívají v tom, že musíte nakonfigurovat další kamery. Tyto kamery se nazývají informační. V našem schématu jsou to S3 a S4. Pokud jde o výkon (v diagramu je to S1 a S2), musí být nakonfigurovány velmi přesně: například informační přívěs sdělí regulátoru, že ventil již byl uzavřen a ovladač jednoduše ventil vypne. A stále nedosáhla poloviny!

Obrázek 3 proto ukazuje, jak získat informace o poloze ventilu pomocí silových kontaktů. Pro tento účel lze použít optočlenové křižovatky.

Obrázek 3

Oproti obrázku 2 se v diagramu objevily nové prvky. Především to reléové kontakty se jmény „Relay Open“, „Relay Close“, „Relay Stop“.Je snadné si všimnout, že první dva jsou připojeny paralelně s odpovídajícími tlačítky na ovládacím panelu ruky a normálně uzavřené kontakty jsou „relé Stop“. postupně tlačítkem Stop. Proto může být ventil kdykoli ovládán buď stisknutím tlačítek ručně, nebo z řídicí jednotky (ovladače) pomocí mezilehlých relé. Pro zjednodušení obvodu nejsou zobrazeny cívky mezilehlých relé.

Kromě toho se na diagramu objevil obdélník s nápisem „Optočlenové křižovatky“. Obsahuje dva kanály, které umožňují, aby napětí z koncových spínačů mechanismu malých a středních podniků, a to je 220 V, bylo možné převést na úroveň signálu řídicí jednotky a provádět galvanické oddělení od energetické sítě.

Diagram ukazuje, že vstupy optočlenových křižovatek jsou připojeny přímo k mikrospínačům S1 a S2 mechanismu ICP. Pokud je ventil ve střední poloze (částečně otevřený), jsou oba mikrospínače uzavřeny a na obou vstupech optočlenových spojů je přítomno napětí 220 V. V tomto případě budou výstupní tranzistory obou kanálů v otevřeném stavu.

Když je ventil zcela otevřený, mikrospínač S1 je otevřený, není na vstupu izolačního kanálu optočlenu žádné napětí, takže výstupní tranzistor jednoho kanálu bude uzavřen. Totéž lze říci o činnosti mikrospínače S2.

Schematický diagram jednoho kanálu izolace optočlenu je znázorněn na obrázku 4.

Obrázek 4. Schematický diagram jednoho kanálu optočlenu

Popis schématu zapojení

Vstupní napětí přes odpor R1 a kondenzátor Cl je usměrněno diodami VD1, VD2 a nabíjí kondenzátor C2. Když napětí přes kondenzátor C2 dosáhne průrazného napětí zenerovy diody VD3, je kondenzátor C3 nabit a prostřednictvím odporu R3 „rozsvítí“ optočlen LED V1, což vede k otevření optočlenového tranzistoru, a tím i výstupního tranzistoru VT1. Výstupní tranzistor je připojen ke vstupu řídicí jednotky prostřednictvím oddělovací diody VD4.

Pár slov o účelu a typech dílů.

Kondenzátor C1 funguje jako rezistor bez wattů. Jeho kapacita omezuje vstupní proud. Rezistor R1 je navržen tak, aby omezoval spínací proud v okamžiku uzavření mikrospínačů S1, S2.

Rezistor R2 chrání kondenzátor C2 před zvýšeným napětím v případě přerušení obvodu Zenerovy diody VD3.

Jako Zenerova dioda VD3 se používá KC515 se stabilizačním napětím 15V. Na této úrovni je nabíjecí napětí kondenzátoru C4 omezeno a v důsledku toho proud přes LED optočlenu V1.

Jako optočlen V1 byl použit AOT128. 100 kOhm rezistor R5 zůstává uzavřený fototranzistor optočlenu v nepřítomnosti LED osvětlení.

Pokud namísto domácího optočlenu AOT128 použijeme jeho importovaný analog 4N35 (i když to je stále otázka, který z nich je analog?), Pak by měl být odpor R5 kladen na jmenovitou hodnotu 1MΩ. V opačném případě buržoazní optočlen jednoduše nebude fungovat: 100 KOhm fototranzistor uzavře tak pevně, že již nebude možné jej otevřít.

Výstupní stupeň na tranzistoru KT315 je navržen pro provoz s proudem 20 mA. Pokud potřebujete větší výstupní proud, můžete použít výkonnější tranzistor, jako je KT972 nebo KT815.

Schéma je poměrně jednoduché, spolehlivé v provozu a není náhodné při uvádění do provozu. Můžete dokonce říci, že to nevyžaduje úpravy.

Nejjednodušší způsob, jak zkontrolovat činnost desky, je přivedení síťového napětí 220 V přímo ze zásuvky. Připojte LED diodu přes odpor asi 1 kiloohm k výstupu a připojte 12V napětí. V tomto případě by se LED měla rozsvítit. Pokud vypnete napětí 220 V, musí LED zhasnout.

Obr. 5. Vzhled hotové desky s optoelektronickou izolací

Obrázek 5 ukazuje vzhled hotové desky obsahující čtyři kanály optočlenů. Vstupní a výstupní signály jsou připojeny pomocí svorkovnic instalovaných na desce. Poplatek vyrobené technologií laserového žehlení, protože to bylo provedeno pro jeho výrobu.Po několik let provozu prakticky nedošlo k žádným poruchám.

Boris Aladyshkin