Informācijas ievadīšana kontrollerī, izmantojot optoelementus

Rakstā aprakstīts, kā, izmantojot optoelementu maiņas, kontrollerā ievadīt diskrētu informāciju ar 220 V līmeni, ir pieejama praktiska shēma ražošanai jebkurā elektriskajā laboratorijā.

Tehnoloģiskajos procesos bieži ir jākontrolē mašīnu mehānismu kustīgo daļu stāvoklis. Šiem nolūkiem ir izstrādāti un veiksmīgi piemēroti dažādu dizainu un darbības principa slēdži.

Vienkāršākie konstrukcijā un darbības principā, protams, ir parastie mehāniskā kontakta tipa slēdži: caur mehānisko sviru sistēmu un bieži vien visu pārnesumu sistēmu, kas virza izciļņus, tiek slēgts elektriskais kontakts, kas var nozīmēt mehānisma galīgo vai sākotnējo stāvokli.

Papildus kontaktu ierobežojošajiem slēdžiem vai, kā tos īsi sauc par gala slēdžiem, bezkontakta robežslēdži ir plaši izplatīti. Tipisks šīs saimes pārstāvis ir BVK tipa gala slēdži. Modifikāciju ir daudz, tāpēc cipari tiek likti aiz burtiem BVK.

Viņu darbs balstās uz kontrolēta relaksācijas ģeneratora principu. Kad metāla plāksne nonāk šāda gala slēdža spraugā, paaudze apstājas un izejas relejs noslīd. Dabiski, ka iepriekšminētā plāksne atrodas tajā mehānisma daļā, kuras stāvoklis ir jākontrolē. Šādas piekabes izskats ir parādīts 1. attēlā.

1. attēls. BVK tuvuma slēdzis

Papildus sensoriem, kuru pamatā ir relaksācijas ģenerators, tiek izmantoti indukcijas, kapacitīvie, optiskie, ultraskaņas un cita veida sensori. Bet, neraugoties uz tik dažādiem sensoru veidiem un to darbības principiem, parastie kontaktu ierobežojuma slēdži nezaudē savas pozīcijas, un ir pāragri tos atlaist.

Bieži vien mehānismi ar kontaktu slēdžiem tiek iekļauti automatizētās sistēmās, kuras darbojas kontrolieru kontrolē. Šajā gadījumā informācija par mehānisma stāvokli jāpārraida kontrolierim, kurš kontrolē šī mehānisma darbību.

Viens no šiem mehānismiem ir visizplatītākais ūdens vārsts. Izmantojot viņas piemēru, mēs apsvērsim, kā nodot informāciju par viņas stāvokli kontrolierim. Tas visvienkāršāk un uzticamāk tiek veikts, izmantojot optoelementu izolāciju. Tas tiks apspriests šajā rakstā.

Diezgan bieži mums televizorā tiek parādīts, kā darbinieks pagriež lielu spararatu pie liela vārsta, izslēdzot gāzes vai eļļas plūsmu. Tāpēc daudziem pat nav aizdomas, ka vārsti ir ne tikai mehanizēti, aprīkoti ar elektromotoriem, bet arī iekļauti dažādās automātiskās vadības sistēmās.

2. attēlā parādīta vienkāršota vārsta vadības shēma.

2. attēls. Vienkāršota vārsta vadības ķēde

Lai samazinātu attēla tilpumu, netiek parādīti faktiskie jaudas kontakti, kas kontrolē elektromotoru un pašu elektromotoru, kā arī dažādi aizsardzības elementi, piemēram, slēdži un termiskie releji. Galu galā parastā atgriezeniskā magnētiskā startera ierīce ir labi zināma katram elektriķim. Un cik reizes bija jānovērš darbības traucējumi ar vienkāršu pogas klikšķi uz "teplushka" !!! Bet tomēr būs jāpaskaidro dažu shēmas elementu mērķis.

Diagrammā parādītas magnētisko starteru K1, K2 spoles. Kad K1 ir ieslēgts, vārsts atveras, un, kad K2 ir ieslēgts, tas aizveras, kā norāda uzraksti pie spoles. Diagrammā parādītās sākuma spoles ir nominālas ar 220 V.

Parasti slēgti kontakti K2 un K1 ir standarta risinājums jebkura atpakaļgaitas startera bloķēšanai: kad viens starteris ir ieslēgts, otrs nevarēs ieslēgties.

Vārsta atvēršana vai aizvēršana sākas, nospiežot atbilstošās pogas, kas parādītas diagrammā. Pēc pogu atlaišanas starteris tiek turēts ieslēgtā stāvoklī ar savu kontaktu (bloks - kontakts). Šo darbības režīmu sauc par pašbarošanu. Diagrammā tie parasti ir atvērtie kontakti K1 un K2.

Nedaudz augstāks par šiem kontaktiem diagrammā ir taisnstūris ar kontaktiem iekšpusē un uzraksts “MVU mehānisms”. Tas ir pozīcijas signalizācijas mehānisms (ICP). Mūsu shēmā vārsts atrodas vidējā stāvoklī, tāpēc kontakti S1 un S2 ir aizvērti, kas ļauj ieslēgt jebkuru starteri gan atvēršanai, gan aizvēršanai.

MVU mehānisms ir pārnesumkārba, kas pārvērš darba korpusa pagrieziena gājienu, šajā gadījumā vārsta skrūvju pāri, vārpstas leņķiskajā kustībā ar izciļņiem. Atkarībā no MVU modeļa, šis leņķis var būt 90 ... 225 grādi. Pēc klientu pieprasījuma pārnesumkārbas pārnesumskaitlis var būt jebkurš, kas ļauj visprecīzāk pielāgot izciļņu stāvokli.

Uz ass esošos izciļņus var pagriezt vajadzīgajā leņķī un piestiprināt. Sakarā ar to ir iespējams iegūt dažādus mikroslēdžu darbības momentus. Mūsu shēmā tas ir S1 ... S4. Dažās mazo un vidējo uzņēmumu modifikācijās papildus mikroslēdām ir indukcijas sensors, kas izvada analogs signāls par vārpstas griešanās leņķi. Parasti tas ir strāvas signāls diapazonā no 4 līdz 20 mA. Bet mēs šeit nerādīsim šo signālu.

Tagad atgriezīsimies pie mūsu shēmas. Pieņemsim, ka ir nospiesta atvēršanas poga. Šajā gadījumā vārsts sāks atvērties un darbosies, līdz mikroslēdzis S1 darbosies ICP mehānismā. (Ja vien, protams, vispirms netiek nospiesta apturēšanas poga). Viņš atlaidīs starta spoli K1 un vārsts pārtrauks atvērties.

Ja mehānisms atrodas šajā pozīcijā, tad nospiežot atvēršanas pogu, K1 starteris nevarēs ieslēgties. Vienīgais, kas šajā situācijā var izraisīt elektromotora ieslēgšanos, ir pogas nospiešana, lai aizvērtu vārstu. Slēgšana turpināsies, līdz tiks aktivizēts mikroslēdzis S2. (Vai arī līdz noklikšķināt uz “Apturēt”).

Gan vārsta atvēršanu, gan aizvēršanu var jebkurā laikā apturēt, nospiežot apturēšanas pogu.

Kā minēts iepriekš, vārsts nedarbojas pats par sevi, “viņi nospieda pogu un aiziet”, bet var iekļūt automatizācijas sistēmā. Šajā gadījumā ir nepieciešams kaut kā informēt vadības bloku (kontrolieri) par vārsta stāvokli: atvērtu, aizvērtu, vidējā stāvoklī.

Vienkāršākais veids, kā to izdarīt, ir izmantot papildu kontaktus, kuri, starp citu, jau ir pieejami MVU. Diagrammā tie ir kontakti S3 un S4, kas atstāti brīvi. Tikai šajā gadījumā rodas papildu neērtības un izdevumi. Pirmkārt, tas ir tas, ka ir jāveic papildu vadi un papildu vadi. Un tas ir papildu izmaksas.

Papildu neērtības ir saistītas ar faktu, ka jums ir jākonfigurē papildu kameras. Šīs kameras tiek sauktas par informatīvām. Mūsu shēmā tie ir S3 un S4. Attiecībā uz jaudu (diagrammā tie ir S1 un S2) tie ir jākonfigurē ļoti precīzi: piemēram, informācijas piekabe paziņo kontrolierim, ka vārsts jau ir aizvērts, un kontrolieris vienkārši izslēdz vārstu. Un viņa joprojām nav sasniegusi pusi!

Tāpēc 3. attēlā parādīts, kā iegūt informāciju par vārsta stāvokli, izmantojot barošanas kontaktus. Šim nolūkam var izmantot optoelementu savienojumus.

3. attēls

Salīdzinot ar 2. attēlu, diagrammā ir parādījušies jauni elementi. Pirmkārt, tas releju kontakti ar nosaukumiem “Relay Open”, “Relay Close”, “Relay Stop”.Ir viegli pamanīt, ka pirmie divi ir savienoti paralēli attiecīgajām pogām uz rokas vadības paneļa, un parasti slēgtie kontakti ir “releja apturēšana”. secīgi ar pogu Stop. Tāpēc vārstu jebkurā laikā var vadīt, nospiežot pogas ar roku, vai arī no vadības ierīces (kontroliera), izmantojot starpposma relejus. Lai vienkāršotu ķēdi, starpposma releju spoles netiek parādītas.

Turklāt diagrammā parādījās taisnstūris ar uzrakstu "Optocoupler mijas." Tas satur divus kanālus, kas ļauj pārveidot spriegumu no mazā un vidējā līmeņa mehānisma gala slēdžiem, un tas ir 220 V, pārveidot kontroliera signāla līmenī, kā arī veikt galvanisko izolāciju no elektrotīkla.

Diagramma parāda, ka optoelementu savienojumu ieejas ir tieši savienotas ar ICP mehānisma mikroslēdām S1 un S2. Ja vārsts atrodas vidējā stāvoklī (daļēji atvērts), abas mikroslēdzes ir aizvērtas, un abās optoelementu savienojumu ieejās ir spriegums 220 V. Šajā gadījumā abu kanālu izejas tranzistori būs atvērtā stāvoklī.

Kad vārsts ir pilnībā atvērts, ir atvērts mikroslēdzis S1, optoelementa izolācijas kanāla ieejā nav sprieguma, tāpēc viena kanāla izejas tranzistors tiks aizvērts. To pašu var teikt par mikroslēdža S2 darbību.

Viena optoelementa izolācijas kanāla shematiska diagramma parādīta 4. attēlā.

4. attēls. Viena optoelementa kanāla shematiska diagramma

Elektriskās shēmas apraksts

Ieejas spriegumu caur rezistoru R1 un kondensatoru C1 izlīdzina diodes VD1, VD2 un tas uzlādē kondensatoru C2. Kad spriegums pāri kondensatoram C2 sasniedz zeneru diodes VD3 sabrukšanas spriegumu, kondensators C3 tiek uzlādēts un caur rezistoru R3 “iedegas” optoelementa LED V1, kas ved uz optoelementa tranzistora atvēršanu, un līdz ar to arī izejas tranzistors VT1. Izejas tranzistors ir savienots ar kontroliera ieeju caur atdalīšanas diodi VD4.

Daži vārdi par detaļu mērķi un veidiem.

Kondensators C1 darbojas kā rezistors bez vata. Tās kapacitāte ierobežo ieejas strāvu. Rezistors R1 ir paredzēts, lai ierobežotu ieejas strāvu mikroslēdžu S1, S2 slēgšanas brīdī.

Rezistors R2 aizsargā kondensatoru C2 no paaugstināta sprieguma, ja tiek atvērta Zenera diodes shēma VD3.

Kā Zenera diode VD3 tiek izmantots KC515 ar stabilizācijas spriegumu 15V. Šajā līmenī ir ierobežots kondensatora C4 uzlādes spriegums un attiecīgi strāva caur optoelementa V1 gaismas diodi.

Kā optoelementu V1 tika izmantots AOT128. 100 kOhm rezistoru R5 tur aizvērtu optoelementa fototransistors ja nav LED apgaismojuma.

Ja vietējā AOT128 optoelementa vietā mēs izmantojam tā importēto analogo 4N35 (lai gan tas joprojām ir jautājums, kurš no tiem ir analogs?), Tad rezistoru R5 vajadzētu likt ar nominālo vērtību 1MΩ. Pretējā gadījumā buržuāziskais optoelements vienkārši nedarbosies: 100 KOhm fototransistoru aizvērts tik stingri, ka to vairs nebūs iespējams atvērt.

KT315 tranzistora izejas posms ir paredzēts darbam ar strāvu 20 mA. Ja jums nepieciešama lielāka izejas strāva, varat izmantot jaudīgāku tranzistoru, piemēram, KT972 vai KT815.

Shēma ir diezgan vienkārša, uzticama darbībā un nav kaprīza ekspluatācijā. Jūs pat varat teikt, ka tas nav jāpielāgo.

Visvieglāk ir pārbaudīt paneļa darbību, pieliekot 220 V tīkla spriegumu tieši no kontaktligzdas līdz ieejai. Lai izvadītu, pievienojiet gaismas diodi caur rezistoru, kas ir aptuveni viens kilo-oms, un pieslēdziet 12 V barošanas avotu. Šajā gadījumā gaismas diodei vajadzētu iedegties. Ja izslēdzat 220 V spriegumu, gaismas diodei jāizdziest.

Att. 5. Gatavās plates izskats ar optoelektronisko izolāciju

5. attēlā parādīts gatavās plates, kurā ir četri opto-savienotāju kanāli, izskats. Ieejas un izejas signāli tiek savienoti, izmantojot spailes, kas uzstādītas uz tāfeles. Maksa izgatavots ar lāzera gludināšanas tehnoloģiju, jo tas tika veikts tā ražošanai.Vairākus darbības gadus praktiski nebija kļūmju.

Boriss Aladyshkin