Unošenje podataka u regulator pomoću opto-spojeva

U članku je opisano kako, koristeći razmjene optoelektronike, za unos diskretnih informacija s razinom napona 220 V u regulator, praktična shema je dostupna za proizvodnju u bilo kojem električnom laboratoriju.

U tehnološkim procesima često je potrebno kontrolirati položaj pokretnih dijelova strojnih mehanizama. U te su svrhe razvijene i uspješno se primjenjuju granične sklopke različitih dizajna i načela rada.

Najjednostavniji u dizajnu i principu rada, naravno, su konvencionalni mehanički prekidači tipa kontakta: kroz sustav mehaničkih poluga, a često i cijeli sustav zupčanika koji pokreću bregovi, električni kontakt je zatvoren, što može značiti konačni ili početni položaj mehanizma.

Pored krajnjih kontaktnih sklopki, ili kako ih ukratko nazivamo krajnjim prekidačima, raširene su beskontaktne krajnje sklopke. Tipični predstavnik ove obitelji su krajnji prekidači tipa BVK. Postoji mnogo modifikacija, dakle, brojevi se stavljaju iza slova BVK.

Njihov rad zasnovan je na principu generatora kontroliranog opuštanja. Kad metalna ploča uđe u jaz između zastoja takvog krajnjeg prekidača, generacija se zaustavlja i izlazni relej se isključuje. Naravno, gore navedena ploča nalazi se na onom dijelu mehanizma, čiji se položaj mora kontrolirati. Izgled takve prikolice prikazan je na slici 1.

Slika 1. BTC prekidač za blizinu

Pored senzora koji se temelje na opuštajućem generatoru, koriste se indukcijski, kapacitivni, optički, ultrazvučni i druge vrste senzora. No, unatoč tako raznovrsnoj vrsti senzora i njihovim principima rada, obične kontaktne sklopke ne odustaju od položaja, a prerano je odbaciti ih.

Često su mehanizmi s kontaktnim prekidačima uključeni u automatizirane sustave koji rade pod kontrolom regulatora. U tom se slučaju informacije o položaju mehanizma trebaju prenijeti regulatoru koji kontrolira rad ovog mehanizma.

Jedan od tih mehanizama je najčešći ventil za vodu. Koristeći njezin primjer, razmotrit ćemo kako prenijeti podatke o svom položaju na kontroler. To se najjednostavnije i pouzdano postiže izolacijom optoelektričara. O tome će se govoriti u ovom članku.

Često nam se na televiziji prikazuje kako radnik okreće veliki zamašnjak na velikom ventilu, blokirajući protok plina ili nafte. Stoga mnogi uopće ne sumnjaju da ventili nisu samo mehanizirani, opremljeni elektromotorima, već su također uključeni u razne automatske upravljačke sustave.

Na slici 2 prikazan je pojednostavljeni upravljački krug ventila.

Slika 2. Pojednostavljeni upravljački krug ventila

Kako bi se smanjila glasnost slike, nisu prikazani stvarni kontakti snage koji upravljaju elektromotorom i samim elektromotorom, kao i razni zaštitni elementi, poput prekidača i toplinskih releja. Uostalom, uređaj konvencionalnog reverzibilnog magnetskog pokretača dobro je poznat svakom električaru. I koliko puta ste morali popraviti kvar jednostavnim pritiskom gumba na "teplushka" !!! Ali ipak, morat će se objasniti svrha nekih elemenata kruga.

Na dijagramu su prikazane zavojnice magnetskih pokretača K1, K2. Kada je K1 uključen, ventil se otvara, a kada je K2 uključen, zatvara se, na što ukazuju natpisi u blizini zavojnica. Zavojnice startera prikazane na dijagramu ocjenjuju se na 220V.

Obično zatvoreni kontakti K2 i K1 standardno su rješenje za blokiranje unazad startera: kada je jedan starter uključen, drugi se neće moći uključiti.

Otvaranje ili zatvaranje ventila započinje pritiskom na odgovarajuće tipke prikazane na dijagramu. Nakon otpuštanja tipki, starter se drži u uključenom stanju pomoću vlastitog kontakta (blok - kontakt). Ovaj način rada naziva se samohranim. U dijagramu su to obično otvoreni kontakti K1 i K2.

Nešto veći od ovih kontakata na dijagramu je pravokutnik s kontaktima iznutra i natpisom „SME SME“. Ovo je mehanizam za signalizaciju položaja (ICP). U našoj shemi ventil je u srednjem položaju, tako da su kontakti S1 i S2 zatvoreni, što vam omogućuje da uključite bilo koji pokretač, kako za otvaranje tako i za zatvaranje.

Mehanizam MSP-a je prijenosnik koji pretvara višeokretni hod radnog tijela, u ovom slučaju par vijaka ventila, u kutni pomak osovine pomoću bregala. Ovisno o modelu MSP-a, taj kut može biti 90 ... 225 stupnjeva. Prijenosni omjer mjenjača može biti bilo koji na zahtjev kupaca, što vam omogućuje najpreciznije podešavanje položaja bregala.

Kamere smještene na osovini mogu se zakrenuti u željeni kut i fiksirati. Zbog toga je moguće dobiti različite trenutke rada mikroprekidača. U našoj shemi ovo je S1 ... S4. Neke modifikacije malih i srednjih poduzeća, osim mikroprekidača, sadrže i indukcijski senzor koji daje izlaz analogni signal o kutu rotacije osovine. U pravilu, to je trenutni signal u rasponu od 4 ... 20 mA. Ali ovdje nećemo razmatrati ovaj signal.

Vratimo se sada našoj shemi. Pretpostavimo da je otvoreni gumb pritisnut. U ovom slučaju će se ventil početi otvarati i otvarat će se dok mikroprekidač S1 ne djeluje u ICP mehanizmu. (Osim ako se prvo ne pritisne gumb za zaustavljanje). Isključit će startnu zavojnicu K1 i ventil će se prestati otvarati.

Ako se mehanizam nalazi u tom položaju, pritiskom na gumb za otvaranje, starter K1 se neće moći uključiti. Jedino što može dovesti do uključivanja elektromotora u ovoj situaciji je pritiskanje gumba za zatvaranje ventila. Zatvaranje će se nastaviti sve dok se ne aktivira mikroprekidač S2. (Ili dok ne kliknete "Zaustavi").

Otvaranje i zatvaranje ventila može se zaustaviti u bilo kojem trenutku pritiskom na gumb za zaustavljanje.

Kao što je gore spomenuto, ventil ne radi sam, "pritisnuli su gumb i otišli", ali mogu ući u sustav automatizacije. U tom je slučaju potrebno nekako informirati upravljačku jedinicu (regulator) o položaju ventila: otvoren, zatvoren, u međufaznom položaju.

Najlakši način za to je korištenje dodatnih kontakata, koji su usput već dostupni u malim i srednjim poduzećima. U dijagramu su to kontakti S3 i S4 ostavljeni slobodni. Samo u ovom slučaju postoje dodatne neugodnosti i troškovi. Prije svega, to je da je potrebno provesti dodatne žice i dodatne žice. A to je dodatni trošak.

Dodatne neugodnosti svode se na činjenicu da morate konfigurirati dodatne kamere. Te se kamere nazivaju informativnim. U našoj shemi to su S3 i S4. Što se tiče snage (na dijagramu je to S1 i S2), one se moraju konfigurirati vrlo precizno: na primjer, prikolica za informacije govori regulatoru da se ventil već zatvorio, a regulator jednostavno isključuje ventil. A ona još nije dosegla polovicu!

Stoga, na slici 3 prikazano je dobivanje podataka o položaju ventila pomoću kontakata za napajanje. U tu se svrhu mogu upotrijebiti čvorovi optoparnika.

Slika 3

U usporedbi sa slikom 2, na dijagramu su se pojavili novi elementi. Prije svega relejnih kontakata s imenima "Otvori relej", "Zatvori relej", "Stop releju".Lako je primijetiti da su prva dva spojena paralelno s odgovarajućim tipkama na ručnoj upravljačkoj ploči, a normalno zatvoreni kontakti su "relej stop". uzastopno pomoću gumba Stop. Stoga se ventilom u bilo kojem trenutku može upravljati pritiskom na gumbe rukom ili s upravljačke jedinice (kontrolera) pomoću međuproizvoda. Za pojednostavljenje kruga, zavojnice međurednih releja nisu prikazane.

Osim toga, na dijagramu se pojavio pravokutnik s natpisom "Optocoupler interchanges." Sadrži dva kanala koja omogućuju pretvaranje napona s krajnjih sklopki MSP mehanizma, a to je 220V, u razinu signala regulatora, kao i galvansku izolaciju iz elektroenergetske mreže.

Iz dijagrama se vidi da su ulazi optoelektričnih spojeva izravno povezani s mikroprekidačima S1 i S2 ICP mehanizma. Ako je ventil u srednjem položaju (djelomično otvoren), oba su mikroprekidača zatvorena i napon od 220 V. postoji na oba ulaza u spojeve optoelektronike, a u tom će slučaju izlazni tranzistori oba kanala biti u otvorenom stanju.

Kad je ventil potpuno otvoren, mikroprekidač S1 je otvoren, na ulazu izolacijskog kanala optoelektričnog napona nema napona, pa će izlazni tranzistor jednog kanala biti zatvoren. Isto se može reći i za rad mikroprekidača S2.

Shematski dijagram jednog izolacijskog kanala optoelektronike prikazan je na slici 4.

Slika 4. Shematski dijagram jednog optoparnog kanala

Opis dijagrama kruga

Ulazni napon kroz otpornik R1 i kondenzator C1 ispravljaju se diodama VD1, VD2 i pune kondenzator C2. Kad napon preko kondenzatora C2 dostigne proboj napona zener diode VD3, kondenzator C3 se napuni i kroz otpornik R3 "upalji" LED optoparnika V1, što dovodi do otvaranja optoelektorskog tranzistora, a s njim i izlaznog tranzistora VT1. Izlazni tranzistor spojen je na ulaz regulatora preko diode za odvajanje VD4.

Nekoliko riječi o namjeni i vrstama dijelova.

Kondenzator C1 radi kao ne-vatni otpornik. Njegov kapacitet ograničava ulaznu struju. Otpornik R1 dizajniran je za ograničavanje ulazne struje u trenutku zatvaranja mikroprekidača S1, S2.

Otpornik R2 štiti kondenzator C2 od povećanog napona u slučaju prekida u krugu Zener diode VD3.

Kao zener dioda VD3 koristi se KC515 sa stabilizacijskim naponom od 15 V. Na ovoj razini je napon naboja kondenzatora C4 ograničen, a sukladno tome, i struja kroz LED optoparnika V1.

Kao optoelektor V1 korišten je AOT128. 100 kOhm otpornik R5 ostaje zatvoren fototransistor optopar u nedostatku LED osvjetljenja.

Ako umjesto domaćeg optoparnika AOT128 koristimo njegov uvezeni analogni 4N35 (iako je to još uvijek pitanje, koji je od njih analogni?), Tada treba staviti otpornik R5 s nominalnom vrijednošću od 1MΩ. Inače, buržoaski optoparnik jednostavno neće raditi: 100 KOhm će fototransistor zatvoriti toliko čvrsto da ga više neće biti moguće otvoriti.

Izlazni stupanj tranzistora KT315 dizajniran je za rad sa strujom od 20 mA. Ako vam treba veća izlazna struja, možete koristiti snažniji tranzistor, poput KT972 ili KT815.

Shema je prilično jednostavna, pouzdana u radu i nije kapriciozna u pokretanju. Možete čak reći da to ne treba prilagođavanje.

Najlakše je provjeriti rad ploče primjenom mrežnog napona 220V izravno iz utičnice na ulaz. Na izlaz, spojite LED kroz otpornik od oko jedan kilo-ohm i stavite napajanje od 12 V. U ovom slučaju, LED bi trebao zasvijetliti. Ako isključite napon 220V, tada se LED mora ugasiti.

Sl. 5. Izgled gotove ploče s optoelektroničkom izolacijom

Slika 5 prikazuje izgled gotove ploče koja sadrži četiri kanala opto-spojke. Ulazni i izlazni signali povezani su pomoću terminalnih blokova instaliranih na ploči. plaćanje izrađen tehnologijom laserskog peglanja, jer je to učinjeno za njegovu proizvodnju.Tijekom nekoliko godina rada praktički nije bilo kvarova.

Boris Aladyskin