Introducción de información en el controlador mediante optoacopladores

El artículo describe cómo, utilizando intercambios de optoacoplador, para ingresar información discreta con un nivel de 220 V en el controlador, un esquema práctico está disponible para producción en cualquier laboratorio eléctrico.

En los procesos tecnológicos, a menudo es necesario controlar la posición de las partes móviles de los mecanismos de la maquinaria. Para estos fines, se han desarrollado y aplicado con éxito interruptores de límite de varios diseños y principios operativos.

El diseño y el principio de operación más simples, por supuesto, son los interruptores convencionales de tipo de contacto mecánico: a través de un sistema de palancas mecánicas, y a menudo un sistema completo de engranajes que accionan las levas, se cierra un contacto eléctrico, lo que puede significar la posición final o inicial del mecanismo.

Además de los interruptores de límite de contacto, o como se llaman brevemente interruptores de límite, los interruptores de límite sin contacto están muy extendidos. Un representante típico de esta familia son los interruptores de límite del tipo BVK. Hay muchas modificaciones, por lo tanto, los números se colocan después de las letras BVK.

Su trabajo se basa en el principio de un generador de relajación controlada. Cuando una placa de metal ingresa al espacio de separación de dicho interruptor final, la generación se detiene y el relé de salida se dispara. Naturalmente, la placa mencionada anteriormente se encuentra en esa parte del mecanismo, cuya posición debe controlarse. La apariencia de dicho trailer se muestra en la Figura 1.

Figura 1. Interruptor de proximidad BVK

Además de los sensores basados ​​en el generador de relajación, se utilizan sensores de inducción, capacitivos, ópticos, ultrasónicos y de otro tipo. Pero, a pesar de la variedad de tipos de sensores y sus principios operativos, los interruptores de límite de contacto normales no abandonan sus posiciones, y es demasiado pronto para descartarlos.

A menudo, los mecanismos con interruptores de contacto se incluyen en sistemas automatizados que se ejecutan bajo el control de los controladores. En este caso, la información sobre la posición del mecanismo debe transmitirse al controlador que controla el funcionamiento de este mecanismo.

Uno de estos mecanismos es la válvula de agua más común. Usando su ejemplo, consideraremos cómo transferir información sobre su posición al controlador. Esto se hace de manera más simple y confiable usando el aislamiento del optoacoplador. Esto se discutirá en este artículo.

Muy a menudo, se nos muestra en la televisión cómo un trabajador gira un volante grande en una válvula grande, bloqueando el flujo de gas o petróleo. Por lo tanto, muchos ni siquiera sospechan que las válvulas no solo están mecanizadas, equipadas con motores eléctricos, sino que también están incluidas en varios sistemas de control automático.

La figura 2 muestra un circuito de control de válvula simplificado.

Figura 2. Un circuito de control de válvula simplificado

Para reducir el volumen de la figura, no se muestran los contactos de potencia reales que controlan el motor eléctrico y el motor eléctrico en sí, así como varios elementos de protección, como disyuntores y relés térmicos. Después de todo, el dispositivo de un arrancador magnético reversible convencional es bien conocido por todos los electricistas. ¡¡Y cuántas veces tuve que arreglar el mal funcionamiento simplemente presionando un botón en el "teplushka" !!! Pero aún así, deberá explicarse el propósito de algunos elementos del circuito.

El diagrama muestra las bobinas de los arrancadores magnéticos K1, K2. Cuando se enciende K1, la válvula se abre, y cuando se enciende K2, se cierra, como lo indican las inscripciones cerca de las bobinas. Las bobinas de arranque que se muestran en el diagrama están clasificadas para 220V.

Normalmente, los contactos cerrados K2 y K1 son la solución estándar para cualquier bloqueo de arranque reversible: cuando un arrancador está encendido, el otro no podrá encenderse.

Abrir o cerrar la válvula comienza presionando los botones correspondientes que se muestran en el diagrama. Después de soltar los botones, el arranque se mantiene en estado activado por su propio contacto (bloqueo - contacto). Este modo de operación se llama autoalimentación. En el diagrama, estos son normalmente contactos abiertos K1 y K2.

Un poco más alto que estos contactos en el diagrama hay un rectángulo con los contactos dentro y la inscripción "mecanismo de PYME". Este es un mecanismo de señalización de posición (ICP). En nuestro esquema, la válvula está en la posición media, por lo que los contactos S1 y S2 están cerrados, lo que le permite encender cualquier arrancador, tanto para abrir como para cerrar.

El mecanismo de la SME es una caja de engranajes que convierte la carrera de varias vueltas del cuerpo de trabajo, en este caso el par de tornillos de la válvula, en el movimiento angular del eje con las levas. Dependiendo del modelo de PYME, este ángulo puede ser de 90 ... 225 grados. La relación de transmisión de la caja de cambios puede ser cualquiera a solicitud de los clientes, lo que le permite ajustar con mayor precisión la posición de las levas.

Las levas ubicadas en el eje pueden girarse al ángulo deseado y fijarse. Debido a esto, es posible obtener varios momentos de operación de microinterruptores. En nuestro esquema, esto es S1 ... S4. Algunas modificaciones de las PYME, además de los microinterruptores, contienen un sensor de inducción que genera señal analógica sobre el ángulo de rotación del eje. Como regla, esta es una señal de corriente en el rango de 4 ... 20 mA. Pero no consideraremos esta señal aquí.

Ahora volvamos a nuestro esquema. Supongamos que se ha presionado el botón de abrir. En este caso, la válvula comenzará a abrirse y se abrirá hasta que el microinterruptor S1 funcione en el mecanismo ICP. (A menos que, por supuesto, el botón de parada se presione primero). Desactivará la bobina de arranque K1 y la válvula dejará de abrirse.

Si el mecanismo está en esta posición, luego presionando el botón de abrir, el arrancador K1 no podrá encenderse. Lo único que puede hacer que el motor eléctrico se encienda en esta situación es presionar el botón para cerrar la válvula. El cierre continuará hasta que se active el microinterruptor S2. (O hasta que haga clic en "Detener").

Tanto la apertura como el cierre de la válvula se pueden detener en cualquier momento presionando el botón de parada.

Como se mencionó anteriormente, la válvula no funciona por sí sola, "presionaron un botón y se fueron", pero pueden ingresar al sistema de automatización. En este caso, es necesario informar de alguna manera a la unidad de control (controlador) de la posición de la válvula: abierta, cerrada, en la posición intermedia.

La forma más fácil de hacer esto es utilizar contactos adicionales, que, por cierto, ya están disponibles en las PYME. En el diagrama, estos son los contactos S3 y S4 que quedan libres. Solo en este caso hay inconvenientes y gastos adicionales. En primer lugar, esto es que se necesitan cables adicionales y cables adicionales. Y este es un costo adicional.

Los inconvenientes adicionales se reducen al hecho de que debe configurar cámaras adicionales. Estas cámaras se llaman informativas. En nuestro esquema, estos son S3 y S4. En cuanto a la potencia (en el diagrama son S1 y S2), deben configurarse con mucha precisión: por ejemplo, el avance de información le dice al controlador que la válvula ya se ha cerrado y el controlador simplemente cierra la válvula. ¡Y ella todavía no ha alcanzado la mitad!

Por lo tanto, la Figura 3 muestra cómo obtener información sobre la posición de la válvula utilizando contactos de potencia. Para este propósito, se pueden usar uniones optoacopladoras.

Figura 3

En comparación con la Figura 2, han aparecido nuevos elementos en el diagrama. En primer lugar contactos de relé con los nombres "Relay Open", "Relay Close", "Relay Stop".Es fácil notar que los dos primeros están conectados en paralelo a los botones correspondientes en el panel de control manual, y los contactos normalmente cerrados son "parada de relé". secuencialmente con el botón Detener. Por lo tanto, en cualquier momento, la válvula puede controlarse presionando los botones con la mano o desde la unidad de control (controlador) utilizando relés intermedios. Para simplificar el circuito, no se muestran las bobinas de los relés intermedios.

Además, apareció un rectángulo en el diagrama con la inscripción "Intercambiadores de optoacopladores". Contiene dos canales que permiten que el voltaje de los interruptores de límite del mecanismo SME, y este es de 220 V, se convierta en el nivel de señal del controlador, así como para llevar a cabo el aislamiento galvánico de la red eléctrica.

El diagrama muestra que las entradas de las uniones del optoacoplador están conectadas directamente a los microinterruptores S1 y S2 del mecanismo ICP. Si la válvula está en la posición media (parcialmente abierta), ambos microinterruptores están cerrados y hay un voltaje de 220 V en ambas entradas de las uniones del optoacoplador. En este caso, los transistores de salida de ambos canales estarán en estado abierto.

Cuando la válvula está completamente abierta, el microinterruptor S1 está abierto, no hay voltaje en la entrada del canal de aislamiento del optoacoplador, por lo que el transistor de salida de un canal estará cerrado. Lo mismo puede decirse sobre el funcionamiento del microinterruptor S2.

En la Figura 4 se muestra un diagrama esquemático de un canal de aislamiento de optoacoplador.

Figura 4. Diagrama esquemático de un canal de optoacoplador

Descripción del diagrama del circuito.

La tensión de entrada a través de la resistencia R1 y el condensador C1 es rectificada por los diodos VD1, VD2 y carga el condensador C2. Cuando el voltaje a través del condensador C2 alcanza el voltaje de ruptura del diodo zener VD3, el condensador C3 se carga y a través de la resistencia R3 "enciende" el LED del optoacoplador V1, que conduce a la apertura del transistor del optoacoplador, y con él el transistor de salida VT1. El transistor de salida está conectado a la entrada del controlador a través de un diodo de desacoplamiento VD4.

Algunas palabras sobre el propósito y los tipos de partes.

El condensador C1 funciona como una resistencia sin vatios. Su capacitancia limita la corriente de entrada. La resistencia R1 está diseñada para limitar la corriente de entrada en el momento del cierre de los microinterruptores S1, S2.

La resistencia R2 protege al condensador C2 del aumento de voltaje en caso de una apertura en el circuito de diodo Zener VD3.

Como diodo Zener VD3, se utiliza KC515 con un voltaje de estabilización de 15V. En este nivel, el voltaje de carga del condensador C4 es limitado y, en consecuencia, la corriente a través del LED del optoacoplador V1.

AOT128 se utilizó como el optoacoplador V1. La resistencia R5 de 100 kOhm se mantiene cerrada fototransistor optoacoplador en ausencia de iluminación LED.

Si en lugar del optoacoplador AOT128 doméstico, utilizamos su 4N35 analógico importado (aunque todavía es una pregunta, ¿cuál es el analógico?), Entonces la resistencia R5 debe ponerse con un valor nominal de 1MΩ. De lo contrario, el optoacoplador burgués simplemente no funcionará: 100 KOhm cerrarán el fototransistor con tanta firmeza que ya no será posible abrirlo.

La etapa de salida en el transistor KT315 está diseñada para funcionar con una corriente de 20 mA. Si necesita una corriente de salida mayor, puede usar un transistor más potente, como KT972 o KT815.

El esquema es bastante simple, confiable en operación y no caprichoso en la puesta en marcha. Incluso puede decir que no necesita ajuste.

La forma más fácil de verificar el funcionamiento de la placa es aplicando un voltaje de red de 220V directamente desde el tomacorriente. A la salida, conecte el LED a través de una resistencia de aproximadamente un kilo-ohm y aplique una fuente de alimentación de 12V. En este caso, el LED debería encenderse. Si apaga el voltaje de 220V, entonces el LED debe apagarse.

Fig. 5. Aspecto de la placa acabada con aislamiento optoelectrónico.

La figura 5 muestra la apariencia de una placa terminada que contiene cuatro canales optoacopladores. Las señales de entrada y salida se conectan utilizando los bloques de terminales instalados en la placa. Tarifa hecho por láser - tecnología de planchado, porque se hizo para su producción.Durante varios años de operación, prácticamente no hubo fallas.

Boris Aladyshkin