Saisie d'informations dans le contrôleur à l'aide d'optocoupleurs

L'article décrit comment, à l'aide d'échangeurs optocoupleurs, pour entrer des informations discrètes avec un niveau de 220 V dans le contrôleur, un schéma pratique est disponible pour la production dans n'importe quel laboratoire électrique.

Dans les processus technologiques, il est souvent nécessaire de contrôler la position des pièces mobiles des mécanismes des machines. À ces fins, des interrupteurs de fin de course de différentes conceptions et principes de fonctionnement ont été développés et appliqués avec succès.

Les plus simples dans la conception et le principe de fonctionnement, bien sûr, sont les interrupteurs à contact mécanique conventionnels: grâce à un système de leviers mécaniques, et souvent à un système complet d'engrenages qui entraînent les cames, un contact électrique est fermé, ce qui peut signifier la position finale ou initiale du mécanisme.

En plus des interrupteurs de fin de course à contact, ou comme ils sont brièvement appelés interrupteurs de fin de course, les interrupteurs de fin de course sans contact sont très répandus. Un représentant typique de cette famille sont les interrupteurs de fin de course de type BVK. Il y a beaucoup de modifications, par conséquent, les chiffres sont mis après les lettres BVK.

Leur travail est basé sur le principe d'un générateur de relaxation contrôlé. Lorsqu'une plaque métallique pénètre dans l'interstice d'un tel interrupteur de fin de course, la génération s'arrête et le relais de sortie se déclenche. Naturellement, la plaque précitée est située sur la partie du mécanisme dont la position doit être contrôlée. L'apparence d'une telle remorque est illustrée à la figure 1.

Figure 1. Détecteur de proximité BVK

En plus des capteurs basés sur un générateur de relaxation, des capteurs à induction, capacitifs, optiques, ultrasoniques et autres sont utilisés. Mais, malgré une telle variété de types de capteurs et leurs principes de fonctionnement, les interrupteurs de fin de course à contacts ordinaires ne perdent pas leur position, et il est trop tôt pour les rejeter.

Souvent, les mécanismes avec interrupteurs à contact sont inclus dans les systèmes automatisés fonctionnant sous le contrôle de contrôleurs. Dans ce cas, les informations sur la position du mécanisme doivent être transmises au contrôleur qui contrôle le fonctionnement de ce mécanisme.

L'un de ces mécanismes est la vanne d'eau la plus courante. En utilisant son exemple, nous verrons comment transférer des informations sur sa position au contrôleur. Cela se fait de la manière la plus simple et la plus fiable en utilisant une isolation par optocoupleur. Cela sera discuté dans cet article.

Très souvent, nous montrons à la télévision comment un travailleur tourne un grand volant à une grande soupape, coupant le flux de gaz ou de pétrole. Par conséquent, beaucoup ne soupçonnent même pas que les vannes ne sont pas seulement mécanisées, équipées de moteurs électriques, mais également incluses dans divers systèmes de contrôle automatique.

La figure 2 montre un circuit de commande de soupape simplifié.

Figure 2. Un circuit de commande de soupape simplifié

Afin de réduire le volume de la figure, les contacts de puissance réels contrôlant le moteur électrique et le moteur électrique lui-même, ainsi que divers éléments de protection, tels que les disjoncteurs et les relais thermiques, ne sont pas représentés. Après tout, le dispositif d'un démarreur magnétique réversible conventionnel est bien connu de tout électricien. Et combien de fois a dû réparer le dysfonctionnement en appuyant simplement sur un bouton sur le "teplushka" !!! Mais encore, le but de certains éléments du circuit devra être expliqué.

Le diagramme montre les bobines des démarreurs magnétiques K1, K2. Lorsque K1 est activé, la vanne s'ouvre et lorsque K2 est activée, elle se ferme, comme indiqué par les inscriptions près des bobines. Les bobines de démarrage illustrées dans le diagramme sont conçues pour 220V.

Les contacts normalement fermés K2 et K1 sont la solution standard pour tout démarreur inverseur - blocage: lorsqu'un démarreur est allumé, l'autre ne pourra pas s'allumer.

L'ouverture ou la fermeture de la vanne commence en appuyant sur les boutons correspondants indiqués sur le schéma. Après avoir relâché les boutons, le démarreur est maintenu à l'état activé par son propre contact (bloc - contact). Ce mode de fonctionnement est appelé auto-alimentation. Dans le schéma, il s'agit normalement des contacts ouverts K1 et K2.

Un peu plus haut que ces contacts dans le schéma se trouve un rectangle avec les contacts à l'intérieur et l'inscription «mécanisme SME». Il s'agit d'un mécanisme de signalisation de position (ICP). Dans notre schéma, la vanne est en position médiane, donc les contacts S1 et S2 sont fermés, ce qui vous permet d'activer n'importe quel démarreur, à la fois pour l'ouverture et la fermeture.

Le mécanisme du SME est une boîte de vitesses qui convertit la course multi-tours du corps de travail, en l'occurrence la paire de vis de la soupape, en mouvement angulaire de l'arbre avec les cames. Selon le modèle des PME, cet angle peut être de 90 ... 225 degrés. Le rapport de vitesse de la boîte de vitesses peut être n'importe lequel à la demande des clients, ce qui vous permet d'ajuster le plus précisément la position des cames.

Les cames situées sur l'arbre peuvent être tournées à l'angle souhaité et fixées. De ce fait, il est possible d'obtenir différents moments de fonctionnement des micro-interrupteurs. Dans notre schéma, c'est S1 ... S4. Certaines modifications des PME, en plus des micro-interrupteurs, contiennent un capteur à induction qui délivre signal analogique sur l'angle de rotation de l'arbre. En règle générale, il s'agit d'un signal de courant dans la plage de 4 ... 20 mA. Mais nous ne considérerons pas ce signal ici.

Revenons maintenant à notre schéma. Supposons que le bouton d'ouverture ait été enfoncé. Dans ce cas, la vanne commencera à s'ouvrir et s'ouvrira jusqu'à ce que le micro-interrupteur S1 fonctionne dans le mécanisme ICP. (Sauf si, bien sûr, le bouton d'arrêt est enfoncé en premier). Il mettra hors tension la bobine de démarrage K1 et la soupape cessera de s'ouvrir.

Si le mécanisme est dans cette position, puis en appuyant sur le bouton d'ouverture, le démarreur K1 ne pourra pas s'allumer. La seule chose qui peut provoquer le démarrage du moteur électrique dans cette situation est d'appuyer sur le bouton pour fermer la vanne. La fermeture continuera jusqu'à ce que le micro-interrupteur S2 soit activé. (Ou jusqu'à ce que vous cliquiez sur "Arrêter").

L'ouverture et la fermeture de la vanne peuvent être arrêtées à tout moment en appuyant sur le bouton d'arrêt.

Comme mentionné ci-dessus, la vanne ne fonctionne pas seule, "ils ont appuyé sur un bouton et sont partis", mais peuvent entrer dans le système d'automatisation. Dans ce cas, il est nécessaire d'informer en quelque sorte l'unité de contrôle (contrôleur) de la position de la vanne: ouverte, fermée, en position intermédiaire.

La manière la plus simple de procéder consiste à utiliser des contacts supplémentaires, qui sont d'ailleurs déjà disponibles dans les PME. Dans le schéma, il s'agit des contacts S3 et S4 laissés libres. Seulement dans ce cas, il y a des inconvénients et des dépenses supplémentaires. Tout d'abord, il faut réaliser des fils supplémentaires et des fils supplémentaires. Et c'est un coût supplémentaire.

Des inconvénients supplémentaires se résument au fait que vous devez configurer des cames supplémentaires. Ces cames sont appelées informationnelles. Dans notre schéma, ce sont S3 et S4. En ce qui concerne la puissance (dans le diagramme, il s'agit de S1 et S2), elles doivent être configurées très précisément: par exemple, la bande d'informations indique au contrôleur que la vanne est déjà fermée et le contrôleur ferme simplement la vanne. Et elle n'a toujours pas atteint la moitié!

Par conséquent, la figure 3 montre comment obtenir des informations sur la position de la vanne à l'aide des contacts de puissance. A cet effet, des jonctions optocoupleurs peuvent être utilisées.

Figure 3

Par rapport à la figure 2, de nouveaux éléments sont apparus dans le diagramme. Tout d'abord contacts relais avec les noms «Relay Open», «Relay Close», «Relay Stop».Il est facile de remarquer que les deux premiers sont connectés en parallèle aux boutons correspondants sur le panneau de commande manuel, et les contacts normalement fermés sont «relais d'arrêt». séquentiellement avec le bouton Stop. Par conséquent, à tout moment, la vanne peut être contrôlée soit en appuyant sur les boutons à la main, soit à partir de l'unité de contrôle (contrôleur) à l'aide de relais intermédiaires. Pour simplifier le circuit, les bobines des relais intermédiaires ne sont pas représentées.

De plus, un rectangle est apparu sur le schéma avec l'inscription "Optocoupler interchanges". Il contient deux canaux qui permettent de convertir la tension des interrupteurs de fin de course du mécanisme SME, qui est de 220 V, en niveau de signal du contrôleur, ainsi que d'effectuer une isolation galvanique du réseau électrique.

Le diagramme montre que les entrées des jonctions optocoupleurs sont connectées directement aux micro-interrupteurs S1 et S2 du mécanisme ICP. Si la vanne est en position médiane (partiellement ouverte), les deux micro-interrupteurs sont fermés et une tension de 220 V est présente aux deux entrées des jonctions optocoupleurs. Dans ce cas, les transistors de sortie des deux canaux seront à l'état ouvert.

Lorsque la vanne est complètement ouverte, le microrupteur S1 est ouvert, il n'y a pas de tension à l'entrée du canal d'isolement de l'optocoupleur, donc le transistor de sortie d'un canal sera fermé. On peut en dire autant du fonctionnement du micro-interrupteur S2.

Un diagramme schématique d'un canal d'isolation optocoupleur est illustré à la figure 4.

Figure 4. Schéma de principe d'un canal optocoupleur

Description du schéma de circuit

La tension d'entrée à travers la résistance R1 et le condensateur C1 est redressée par les diodes VD1, VD2 et charge le condensateur C2. Lorsque la tension aux bornes du condensateur C2 atteint la tension de claquage de la diode zener VD3, le condensateur C3 est chargé et à travers la résistance R3 "allume" l'optocoupleur LED V1, ce qui conduit à l'ouverture du transistor optocoupleur, et avec lui le transistor de sortie VT1. Le transistor de sortie est connecté à l'entrée du contrôleur via une diode de découplage VD4.

Quelques mots sur le but et les types de pièces.

Le condensateur C1 fonctionne comme une résistance non-watt. Sa capacité limite le courant d'entrée. La résistance R1 est conçue pour limiter le courant d'appel au moment de la fermeture des micro-interrupteurs S1, S2.

La résistance R2 protège le condensateur C2 d'une tension accrue en cas d'ouverture dans le circuit de la diode Zener VD3.

En tant que diode Zener VD3, KC515 avec une tension de stabilisation de 15V est utilisé. A ce niveau, la tension de charge du condensateur C4 est limitée et, par conséquent, le courant à travers la LED de l'optocoupleur V1.

AOT128 a été utilisé comme optocoupleur V1. La résistance 100 kOhm R5 reste fermée phototransistor optocoupleur en l'absence d'éclairage LED.

Si au lieu de l'optocoupleur AOT128 domestique, nous utilisons son analogique importé 4N35 (bien que ce soit toujours une question, lequel d'entre eux est l'analogue?), Alors la résistance R5 devrait être mise avec une valeur nominale de 1MΩ. Sinon, l'optocoupleur bourgeois ne fonctionnera tout simplement pas: 100 KOhm fermeront le phototransistor si fermement qu'il ne sera plus possible de l'ouvrir.

L'étage de sortie du transistor KT315 est conçu pour fonctionner avec un courant de 20 mA. Si vous avez besoin d'un courant de sortie plus important, vous pouvez utiliser un transistor plus puissant, tel que KT972 ou KT815.

Le schéma est assez simple, fiable et non capricieux lors de la mise en service. Vous pouvez même dire qu'il n'a pas besoin d'être ajusté.

Il est plus facile de vérifier le fonctionnement de la carte en appliquant une tension de réseau 220V directement de la sortie à l'entrée. À la sortie, connectez la LED à travers une résistance d'environ un kilo-ohm et appliquez une alimentation 12V. Dans ce cas, la LED doit s'allumer. Si vous coupez la tension 220V, la LED doit s'éteindre.

Fig. 5. Apparence de la carte finie avec isolation optoélectronique

La figure 5 montre l'apparence d'une carte finie contenant quatre canaux opto-coupleurs. Les signaux d'entrée et de sortie sont connectés à l'aide des borniers installés sur la carte. Frais fabriqué par laser - technologie de repassage, car il a été fait pour sa production.Pendant plusieurs années de fonctionnement, il n'y a eu pratiquement aucune panne.

Boris Aladyshkin