Informatie invoeren in de controller met behulp van optocouplers

Het artikel beschrijft hoe, met behulp van optocoupler-uitwisselingen, discrete informatie met een niveau van 220 V in de controller wordt ingevoerd, een praktisch schema beschikbaar is voor productie in elk elektrisch laboratorium.

In technologische processen is het vaak noodzakelijk om de positie van bewegende delen van machinemechanismen te regelen. Voor deze doeleinden zijn eindschakelaars van verschillende ontwerpen en werkingsprincipes ontwikkeld en met succes toegepast.

Het eenvoudigste ontwerp en werkingsprincipe zijn natuurlijk conventionele mechanische contact-type schakelaars: via een systeem van mechanische hendels en vaak een volledig systeem van tandwielen die de nokken aandrijven, is een elektrisch contact gesloten, wat de uiteindelijke of initiële positie van het mechanisme kan betekenen.

Naast contact eindschakelaars, of zoals ze kort worden genoemd eindschakelaars, zijn contactloze eindschakelaars wijdverbreid. Een typische vertegenwoordiger van deze familie zijn eindschakelaars van het BVK-type. Er zijn veel wijzigingen, daarom worden cijfers achter de letters BVK geplaatst.

Hun werk is gebaseerd op het principe van een gecontroleerde ontspanningsgenerator. Wanneer een metalen plaat in de opening van een dergelijke eindschakelaar komt, stopt de generatie en schakelt het uitgangsrelais uit. Natuurlijk bevindt de bovengenoemde plaat zich op dat deel van het mechanisme, waarvan de positie moet worden geregeld. Het uiterlijk van een dergelijke trailer is weergegeven in figuur 1.

Figuur 1. BVK naderingsschakelaar

Naast sensoren op basis van een relaxatiegenerator, worden inductie, capacitieve, optische, ultrasone en andere soorten sensoren gebruikt. Maar ondanks zoveel verschillende typen sensoren en hun werkingsprincipes, verliezen gewone contactbegrenzingsschakelaars hun posities niet en is het te vroeg om ze te negeren.

Vaak zijn mechanismen met contactschakelaars opgenomen in geautomatiseerde systemen die worden bestuurd door controllers. In dit geval moet informatie over de positie van het mechanisme worden verzonden naar de controller die de werking van dit mechanisme regelt.

Een van deze mechanismen is de meest voorkomende waterklep. Aan de hand van haar voorbeeld zullen we overwegen hoe informatie over haar positie naar de controller kan worden overgedragen. Dit wordt het eenvoudigst en betrouwbaarst gedaan met behulp van optocoupler-isolatie. Dit wordt in dit artikel besproken.

Heel vaak wordt ons op tv getoond hoe een werknemer een groot vliegwiel draait aan een grote klep, waardoor de stroom van gas of olie wordt afgesloten. Daarom vermoeden velen zelfs niet dat de kleppen niet alleen gemechaniseerd zijn, uitgerust met elektrische motoren, maar ook zijn opgenomen in verschillende automatische controlesystemen.

Figuur 2 toont een vereenvoudigd klepregelcircuit.

Figuur 2. Een vereenvoudigd klepregelcircuit

Om het volume van de figuur te verminderen, worden de feitelijke vermogenscontacten die de elektromotor en de elektromotor zelf regelen, evenals verschillende beveiligingselementen, zoals stroomonderbrekers en thermische relais, niet getoond. Het apparaat van een conventionele omkeerbare magnetische starter is immers bekend bij elke elektricien. En hoe vaak moest de storing worden verholpen met een simpele klik op een knop op de "hitte" !!! Maar toch moet het doel van sommige elementen van het circuit worden uitgelegd.

Het diagram toont de spoelen van de magnetische starters K1, K2. Wanneer K1 wordt ingeschakeld, gaat de klep open en wanneer K2 wordt ingeschakeld, wordt deze gesloten, zoals aangegeven door de inscripties bij de spoelen. De startspoelen in het diagram zijn geschikt voor 220V.

Normaal gesproken zijn gesloten contacten K2 en K1 de standaardoplossing voor omkeerstarters die blokkeren: wanneer de ene starter is ingeschakeld, kan de andere niet worden ingeschakeld.

Het openen of sluiten van de klep begint door op de overeenkomstige knoppen in het diagram te drukken. Nadat de knoppen zijn losgelaten, wordt de starter door een eigen contact (blokkeercontact) in de aan-stand gehouden. Deze bedrijfsmodus wordt zelfvoeding genoemd. In het diagram zijn dit normaal gesproken open contacten K1 en K2.

Iets hoger dan deze contacten in het diagram is een rechthoek met de contacten erin en het opschrift "MKB-mechanisme". Dit is een positie-signaleringsmechanisme (ICP). In ons schema bevindt de klep zich in de middelste positie, dus de contacten S1 en S2 zijn gesloten, waardoor u elke starter kunt inschakelen, zowel voor openen als sluiten.

Het mechanisme van de SME is een versnellingsbak die de meervoudige slag van het werklichaam, in dit geval het schroefpaar van de klep, omzet in de hoekbeweging van de as met de nokken. Afhankelijk van het MKB-model kan deze hoek 90 ... 225 graden zijn. De overbrengingsverhouding van de versnellingsbak kan elke op verzoek van klanten zijn, waardoor u de positie van de nokken zo nauwkeurig mogelijk kunt aanpassen.

Nokken op de as kunnen in de gewenste hoek worden gedraaid en worden vastgezet. Hierdoor is het mogelijk om verschillende bedieningsmomenten van microschakelaars te verkrijgen. In ons schema is dit S1 ... S4. Sommige wijzigingen van het MKB bevatten, naast microschakelaars, een inductiesensor die wordt uitgevoerd analoog signaal over de rotatiehoek van de as. In de regel is dit een stroomsignaal in het bereik van 4 ... 20 mA. Maar we zullen dit signaal hier niet in overweging nemen.

Laten we nu teruggaan naar ons schema. Stel dat de knop Openen is ingedrukt. In dit geval zal de klep beginnen te openen en zal openen totdat de microschakelaar S1 in het ICP-mechanisme werkt. (Tenzij u natuurlijk eerst op de stopknop drukt). Hij zal de startspoel K1 spanningsloos maken en de klep stopt met openen.

Als het mechanisme zich in deze positie bevindt en vervolgens op de open-knop drukt, kan de K1-starter niet worden ingeschakeld. Het enige dat de elektromotor in deze situatie kan inschakelen, is op de knop drukken om de klep te sluiten. Het sluiten gaat door totdat microschakelaar S2 is geactiveerd. (Of totdat u op "Stoppen" klikt).

Zowel het openen als het sluiten van de klep kan op elk moment worden gestopt door op de stopknop te drukken.

Zoals hierboven vermeld, werkt de klep niet alleen, "ze drukten op een knop en gingen weg", maar kan het automatiseringssysteem binnengaan. In dit geval is het noodzakelijk om de regeleenheid (controller) op de een of andere manier te informeren over de klepstand: open, gesloten, in de tussenstand.

De eenvoudigste manier om dit te doen is om extra contacten te gebruiken, die overigens al beschikbaar zijn in het MKB. In het diagram zijn dit contacten S3 en S4 die vrij zijn gelaten. Alleen in dit geval zijn er extra ongemakken en kosten. Allereerst is dit dat extra draden moeten worden uitgevoerd en extra draden. En dit zijn extra kosten.

Extra ongemakken komen neer op het feit dat u extra cams moet configureren. Deze cams worden informatief genoemd. In ons schema zijn dit S3 en S4. Met betrekking tot het vermogen (in het diagram zijn het S1 en S2) moeten ze zeer precies worden geconfigureerd: de informatietrailer vertelt de controller bijvoorbeeld dat de klep al is gesloten en de controller schakelt de klep eenvoudig uit. En ze heeft nog steeds niet de helft bereikt!

Daarom toont figuur 3 hoe informatie te verkrijgen over de positie van de klep met behulp van stroomcontacten. Voor dit doel kunnen optocoupler-knooppunten worden gebruikt.

Figuur 3

In vergelijking met figuur 2 zijn er nieuwe elementen in het diagram verschenen. Allereerst relais contacten met de namen "Relais open", "Relais dicht", "Relais stop".Het is gemakkelijk op te merken dat de eerste twee parallel zijn verbonden met de overeenkomstige knoppen op het handbedieningspaneel en de normaal gesloten contacten zijn "relaisstop". opeenvolgend met de Stop-knop. Daarom kan de klep op elk gewenst moment worden bestuurd door de knoppen met de hand in te drukken of vanuit de regeleenheid (controller) met behulp van tussenliggende relais. Om het circuit te vereenvoudigen, worden spoelen van tussenliggende relais niet getoond.

Bovendien verscheen een rechthoek in het diagram met het opschrift "Optocoupler-uitwisselingen." Het bevat twee kanalen waarmee de spanning van de eindschakelaars van het MKB-mechanisme, en dit is 220V, kan worden omgezet in het signaalniveau van de controller, evenals galvanische isolatie van het stroomnetwerk uitvoeren.

Het diagram toont dat de ingangen van de optocoupler-knooppunten rechtstreeks zijn aangesloten op de microschakelaars S1 en S2 van het ICP-mechanisme. Als de klep zich in de middelste positie bevindt (gedeeltelijk open), zijn beide microschakelaars gesloten en is er een spanning van 220 V. aan beide ingangen van de optocoupler-knooppunten. In dit geval zullen de uitgangstransistors van beide kanalen in de open toestand zijn.

Wanneer de klep volledig open is, is de microschakelaar S1 open, er is geen spanning op de ingang van het isolatiekanaal van de optocoupler, dus de uitgangstransistor van één kanaal zal worden gesloten. Hetzelfde kan gezegd worden over de werking van microschakelaar S2.

Een schematisch diagram van één optocoupler-isolatiekanaal wordt getoond in figuur 4.

Figuur 4. Schematische weergave van één optocouplerkanaal

Beschrijving van het schakelschema

De ingangsspanning door de weerstand R1 en condensator C1 wordt gelijkgericht door de diodes VD1, VD2 en laadt de condensator C2 op. Wanneer de spanning over de condensator C2 de doorslagspanning van de zenerdiode VD3 bereikt, wordt de condensator C3 opgeladen en "verlicht" de optocoupler LED V1, wat leidt tot de opening van de optocouplertransistor, en daarmee de uitgangstransistor VT1. De uitgangstransistor is verbonden met de regelaaringang via een ontkoppelingsdiode VD4.

Een paar woorden over het doel en de soorten onderdelen.

Condensator C1 werkt als een niet-watt weerstand. Zijn capaciteit beperkt de ingangsstroom. Weerstand R1 is ontworpen om de inschakelstroom te beperken op het moment van sluiten van microschakelaars S1, S2.

De weerstand R2 beschermt de condensator C2 tegen verhoogde spanning in het geval van een opening in het Zener-diode VD3-circuit.

Als een Zener-diode VD3 wordt KC515 met een stabilisatiespanning van 15V gebruikt. Op dit niveau is de laadspanning van de condensator C4 beperkt en dienovereenkomstig de stroom door de LED van de optocoupler VI.

AOT128 werd gebruikt als de optocoupler VI. 100 kOhm weerstand R5 blijft gesloten optocoupler fototransistor bij afwezigheid van LED-verlichting.

Als we in plaats van de binnenlandse AOT128-optocoupler de geïmporteerde analoge 4N35 gebruiken (hoewel dit nog een vraag is, welke van hen is de analoge?), Moet de weerstand R5 worden geplaatst met een nominale waarde van 1MΩ. Anders zal de burgerlijke optocoupler gewoon niet werken: 100 KOhm zal de fototransistor zo stevig sluiten dat het niet langer mogelijk is om deze te openen.

De uitgangstrap op de KT315-transistor is ontworpen om te werken met een stroom van 20 mA. Als u een grotere uitgangsstroom nodig hebt, kunt u een krachtigere transistor gebruiken, zoals KT972 of KT815.

Het schema is vrij eenvoudig, betrouwbaar in gebruik en niet wispelturig in gebruik. Je kunt zelfs zeggen dat het niet hoeft te worden aangepast.

Het is het gemakkelijkst om de werking van de kaart te controleren door een 220V-netwerkspanning rechtstreeks van het stopcontact op de ingang aan te leggen. Sluit de LED op de uitgang aan via een weerstand van ongeveer een kilo-ohm en sluit een 12V-voeding aan. In dit geval moet de LED oplichten. Als u de 220V-spanning uitschakelt, moet de LED uitgaan.

Fig. 5. Uiterlijk van het afgewerkte bord met opto-elektronische isolatie

Figuur 5 toont het uiterlijk van een afgewerkt bord dat vier opto-koppelaarkanalen bevat. De invoer- en uitvoersignalen worden verbonden met behulp van de klemmenblokken die op de kaart zijn geïnstalleerd. betaling gemaakt met laser - strijktechnologie, omdat het werd gedaan voor de productie ervan.Gedurende meerdere jaren van werking waren er vrijwel geen storingen.

Boris Aladyshkin