Introducerea informațiilor în controler folosind optocuplere

Articolul descrie modul în care, folosind schimburi de optocuple, pentru a introduce informații discrete cu un nivel de 220 V în controler, o schemă practică este disponibilă pentru producție în orice laborator electric.

În procesele tehnologice, este adesea necesar să controlați poziția pieselor mobile ale mecanismelor utilajelor. În aceste scopuri, au fost dezvoltate și aplicate cu succes comutatoarele limită pentru diverse proiecte și principii de funcționare.

Cele mai simple în proiectare și principiu de funcționare, desigur, sunt întrerupătoarele mecanice convenționale de contact: printr-un sistem de pârghii mecanice și adesea un sistem întreg de angrenaje care conduc came, un contact electric este închis, ceea ce poate însemna poziția finală sau inițială a mecanismului.

În plus față de comutatoarele limită de contact, sau cum sunt numite pe scurt întrerupătoare de limită, întrerupătoarele de contact fără contact sunt răspândite. Un reprezentant tipic al acestei familii sunt comutatoarele limită de tip BVK. Există o mulțime de modificări, prin urmare, numerele sunt puse după literele BVK.

Munca lor se bazează pe principiul unui generator de relaxare controlată. Când o placă metalică intră în golul unui astfel de comutator de capăt, generația se oprește și releul de ieșire declanșează. În mod natural, placa menționată mai sus este amplasată pe acea parte a mecanismului, a cărei poziție trebuie controlată. Aspectul unei astfel de remorci este prezentat în figura 1.

Figura 1. Comutatorul de proximitate BVK

Pe lângă senzorii bazați pe generatorul de relaxare, se utilizează senzori de inducție, capacitivi, optici, ultrasonici și alte tipuri de senzori. Dar, în ciuda unei asemenea varietăți de tipuri de senzori și a principiilor de funcționare ale acestora, întrerupătoarele limită de contact obișnuite nu renunță la pozițiile lor și este prea devreme pentru a le respinge.

Adesea, mecanismele cu întrerupătoare de contact sunt incluse în sistemele automate care rulează sub controlul controlerelor. În acest caz, informațiile despre poziția mecanismului trebuie transmise controlorului care controlează funcționarea acestui mecanism.

Unul dintre aceste mecanisme este cel mai frecvent supapă de apă. Folosind exemplul ei, vom lua în considerare modul de transfer al informațiilor despre poziția ei către controler. Acest lucru se realizează cel mai simplu și în mod sigur utilizând izolarea optocupla. Acest lucru va fi discutat în acest articol.

Destul de des, la televizor ni se arată cum un muncitor transformă o volantă mare la o supapă mare, blocând fluxul de gaz sau de petrol. Prin urmare, mulți nici nu bănuiesc că supapele nu sunt doar mecanizate, dotate cu motoare electrice, ci sunt incluse și în diferite sisteme de control automat.

Figura 2 prezintă un circuit de control simplificat al supapei.

Figura 2. Un circuit de control simplificat al supapei

Pentru a reduce volumul figurii, contactele reale de putere care controlează motorul electric și motorul electric în sine, precum și diverse elemente de protecție, cum ar fi întreruptoarele și releele termice nu sunt afișate. La urma urmei, dispozitivul unui starter magnetic reversibil convențional este bine cunoscut fiecărui electrician. Și de câte ori a trebuit să remediați defecțiunea prin simpla apăsare a unui buton de pe „teplushka” !!! Dar totuși, scopul unor elemente ale circuitului va trebui explicat.

Diagrama prezintă bobinele starterelor magnetice K1, K2. Când K1 este pornit, robinetul se deschide, iar când K2 este pornit, acesta se închide, așa cum este indicat de inscripțiile din apropierea bobinelor. Bobinele de pornire afișate în diagrama sunt nominale pentru 220V.

În mod normal, contactele închise K2 și K1 sunt soluția standard pentru orice pornire inversă - blocare: când un starter este pornit, celălalt nu va putea fi pornit.

Deschiderea sau închiderea robinetului începe prin apăsarea butoanelor corespunzătoare prezentate în diagramă. După eliberarea butoanelor, motorul de pornire este ținut în stare de contact prin propriul său contact (bloc - contact). Acest mod de funcționare se numește alimentarea cu sine. În diagramă, acestea sunt, în mod normal, contacte deschise K1 și K2.

Un pic mai mare decât aceste contacte din diagramă este un dreptunghi cu contactele din interior și inscripția „mecanismul IMM”. Acesta este un mecanism de semnalizare a poziției (ICP). În schema noastră, supapa este în poziția de mijloc, deci contactele S1 și S2 sunt închise, ceea ce vă permite să porniți orice demaror, atât pentru deschidere, cât și pentru închidere.

Mecanismul IMM este o cutie de viteze care transformă cursa cu mai multe viraje a corpului de lucru, în acest caz, perechea de șuruburi a supapei, în mișcarea unghiulară a arborelui cu came. În funcție de modelul IMM-urilor, acest unghi poate fi de 90 ... 225 de grade. Raportul de viteză al cutiei de viteze poate fi orice la cererea clienților, ceea ce vă permite să reglați cât mai exact poziția camerelor.

Camele amplasate pe ax pot fi rotite la unghiul dorit și fixate. Datorită acestui fapt, este posibil să se obțină diferite momente de funcționare a microinterruptoarelor. În schema noastră, acesta este S1 ... S4. Unele modificări ale IMM-urilor, pe lângă microinterruptoare, conțin un senzor de inducție care iese semnal analogic despre unghiul de rotație al arborelui. De regulă, acesta este un semnal curent în intervalul 4 ... 20 mA. Dar nu vom lua în considerare acest semnal aici.

Acum să revenim la schema noastră. Să presupunem că butonul deschis a fost apăsat. În acest caz, supapa va începe să se deschidă și se va deschide până când microinterrupătorul S1 funcționează în mecanismul ICP. (Cu excepția cazului, desigur, mai întâi este apăsat butonul de oprire). El va dezactiva bobina de pornire K1 și supapa va opri deschiderea.

Dacă mecanismul este în această poziție, apoi apăsând butonul deschis, starterul K1 nu va putea fi pornit. Singurul lucru care poate determina pornirea motorului electric în această situație este apăsarea butonului pentru a închide supapa. Închiderea va continua până când este activat microswitch-ul S2. (Sau până când faceți clic pe „Stop”).

Atât deschiderea, cât și închiderea valvei pot fi oprite în orice moment prin apăsarea butonului de oprire.

Așa cum am menționat mai sus, supapa nu funcționează de unul singur, „au apăsat un buton și stânga”, dar pot intra în sistemul de automatizare. În acest caz, este necesar să informați cumva unitatea de control (controler) despre poziția valvei: deschis, închis, în poziția intermediară.

Cel mai simplu mod de a face acest lucru este să utilizați contacte suplimentare, care, întâmplător, sunt deja disponibile în IMM-uri. În diagramă, acestea sunt contactele S3 și S4 lăsate libere. Doar în acest caz există inconveniente și cheltuieli suplimentare. În primul rând, este necesar să se efectueze fire suplimentare și să se adauge fire suplimentare. Și acesta este un cost suplimentar.

Dezavantaje suplimentare se datorează faptului că trebuie să configurați camere suplimentare. Aceste came sunt numite informaționale. În schema noastră, acestea sunt S3 și S4. În ceea ce privește puterea (în diagramă este S1 și S2), acestea trebuie configurate foarte precis: de exemplu, remorca de informații spune controlerului că robinetul a fost deja închis, iar regulatorul oprește pur și simplu supapa. Și încă nu a ajuns la jumătate!

Prin urmare, Figura 3 arată cum se obține informații despre poziția supapei folosind contacte de putere. În acest scop, pot fi utilizate joncțiuni optocuple.

Figura 3

Față de figura 2, în diagrama au apărut elemente noi. Mai întâi de toate contactele releului cu numele „Relay Open”, „Relay Close”, „Stop Relay”.Este ușor de observat că primele două sunt conectate în paralel cu butoanele corespunzătoare de pe panoul de comandă manual, iar contactele normal închise sunt „Stop releu”. secvențial cu butonul Stop. Prin urmare, în orice moment, supapa poate fi controlată fie prin apăsarea butoanelor de mână, fie de la unitatea de control (controler) folosind relee intermediare. Pentru a simplifica circuitul, nu sunt afișate bobine ale releelor ​​intermediare.

În plus, pe diagrama a apărut un dreptunghi cu inscripția "Schimburi optocuplere". Conține două canale care permit tensiunea de la comutatoarele limită ale mecanismului SME, iar acesta este de 220V, care să fie convertit în nivelul semnalului controlerului, precum și să efectueze o izolare galvanică din rețeaua de alimentare.

Diagrama arată că intrările joncțiunilor optocuple sunt conectate direct la microinterruptoarele S1 și S2 ale mecanismului ICP. Dacă supapa se află în poziția de mijloc (parțial deschisă), ambele întrerupătoare sunt închise și o tensiune de 220 V este prezentă la ambele intrări ale joncțiunilor optocupleare.În acest caz, tranzistorii de ieșire ale ambelor canale vor fi în stare deschisă.

Când supapa este complet deschisă, întrerupătorul S1 este deschis, nu există tensiune la intrarea canalului de izolare optocupla, astfel încât tranzistorul de ieșire al unui canal va fi închis. Același lucru se poate spune despre funcționarea microswitch-ului S2.

În figura 4 este prezentată o diagramă schematică a unui canal de izolare optocupla.

Figura 4. Schemă schematică a unui canal optocuplean

Descrierea schemei de circuite

Tensiunea de intrare prin rezistența R1 și condensatorul C1 este rectificată de diodele VD1, VD2 și încarcă condensatorul C2. Atunci când tensiunea de-a lungul condensatorului C2 atinge tensiunea de descompunere a diodei zener VD3, condensatorul C3 este încărcat și prin rezistorul R3 „se aprinde” LED-ul optocupplerului V1, ceea ce duce la deschiderea tranzistorului optocoupleer și cu acesta tranzistorul de ieșire VT1. Tranzistorul de ieșire este conectat la intrarea controlerului printr-o diodă de decuplare VD4.

Câteva cuvinte despre scopul și tipurile de piese.

Condensatorul C1 funcționează ca un rezistor fără watt. Capacitatea sa limitează curentul de intrare. Rezistența R1 este proiectată să limiteze curentul de intrare în momentul închiderii microinterruptoarelor S1, S2.

Rezistența R2 protejează condensatorul C2 de tensiune crescută în cazul unei deschideri în circuitul diodei Zener VD3.

Ca o diodă Zener VD3, se utilizează KC515 cu o tensiune de stabilizare de 15V. La acest nivel, tensiunea de încărcare a condensatorului C4 este limitată și, în consecință, curentul prin LED-ul optocuplatorului V1.

AOT128 a fost utilizat ca optocoupler V1. Rezistența R5 de 100 kOhm rămâne închisă fototransistor optocupla în lipsa iluminării cu LED.

Dacă în loc de optocuplarea AOT128 internă, folosim analogul său 4N35 importat (deși aceasta este încă o întrebare, care dintre ele este analogul?), Atunci rezistența R5 ar trebui pusă cu o valoare nominală de 1MΩ. În caz contrar, optocuplașul burghez pur și simplu nu va funcționa: 100 KOhm vor închide fototransistorul atât de ferm, încât nu va mai putea fi deschis.

Etapa de ieșire a tranzistorului KT315 este proiectată să funcționeze cu un curent de 20 mA. Dacă aveți nevoie de un curent de ieșire mai mare, puteți utiliza un tranzistor mai puternic, cum ar fi KT972 sau KT815.

Schema este destul de simplă, fiabilă în funcționare și nu este capricioasă în punerea în funcțiune. Puteți spune chiar că nu are nevoie de ajustare.

Este cel mai ușor să verificați funcționarea plăcii prin aplicarea tensiunii de rețea de 220V direct de la priză la intrare. La ieșire, conectați LED-ul printr-un rezistor de aproximativ un kilo-ohm și aplicați o sursă de alimentare de 12V. În acest caz, LED-ul ar trebui să se aprindă. Dacă opriți tensiunea de 220V, atunci LED-ul trebuie să se stingă.

Fig. 5. Aspectul plăcii finite cu izolare optoelectronică

Figura 5 arată aspectul unei plăci finite care conține patru canale opto-cuplare. Semnalele de intrare și ieșire sunt conectate folosind blocurile terminale instalate pe placă. plată realizată prin intermediul tehnologiei de călcare cu laser, pentru că a fost făcută pentru producția sa.Timp de câțiva ani de funcționare, practic nu au existat eșecuri.

Boris Aladyshkin