Mata in information i regulatorn med hjälp av optokopplare

Artikeln beskriver hur man använder optokopplingsutbyten för att mata in diskret information med en nivå på 220 V i regulatorn, ett praktiskt schema är tillgängligt för produktion i alla elektriska laboratorier.

I tekniska processer är det ofta nödvändigt att kontrollera positionen för rörliga delar av maskinmekanismer. För dessa ändamål har gränslägesbrytare för olika konstruktioner och driftsprinciper utvecklats och framgångsrikt tillämpats.

De enklaste i utformningen och driftsprincipen är naturligtvis konventionella switchar av mekanisk kontakttyp: genom ett system med mekaniska spakar, och ofta ett helt system med kugghjul som driver kammarna, stängs en elektrisk kontakt, vilket kan betyda mekanismens slutliga eller initiala position.

Förutom kontaktgränslägesbrytare, eller som de kort kallas gränslägesbrytare, är kontaktlösa gränslägesbrytare utbredda. En typisk representant för denna familj är gränslägesbrytare av BVK-typen. Det finns många modifieringar, därför sätts siffrorna efter bokstäverna BVK.

Deras arbete bygger på principen om en kontrollerad avkopplingsgenerator. När en metallplatta kommer in i mellanrummet i en sådan ändströmställare, stoppas genereringen och utgångsreläet löper ut. Naturligtvis är nämnda platta belägen på den del av mekanismen, vars läge måste styras. Utseendet på en sådan släpvagn visas i figur 1.

Bild 1. BVK närhetsbrytare

Förutom sensorer baserade på avkopplingsgeneratorn används induktions-, kapacitiva, optiska, ultraljuds- och andra typer av sensorer. Men trots en sådan mängd olika sensorer, och deras funktionsprinciper, ger vanliga kontaktgränslägesbrytare inte upp sina positioner, och det är för tidigt att avsluta dem.

Ofta ingår mekanismer med kontaktomkopplare i automatiserade system som körs under kontroll av styrenheter. I detta fall ska information om mekanismens position överföras till styrenheten som styr funktionen av denna mekanism.

En av dessa mekanismer är den vanligaste vattenventilen. Med hjälp av hennes exempel kommer vi att överväga hur man kan överföra information om hennes position till controller. Detta görs enkelt och pålitligt med hjälp av optokopplareisolering. Detta kommer att diskuteras i den här artikeln.

Ganska ofta visas på TV hur en arbetare vrider ett stort svänghjul vid en stor ventil och blockerar flödet av gas eller olja. Därför misstänker många inte ens att ventilerna inte bara är mekaniserade, utrustade med elmotorer, utan också ingår i olika automatiska styrsystem.

Figur 2 visar en förenklad ventilstyrkrets.

Figur 2. En förenklad ventilstyrkrets

För att minska figurens volym visas inte de faktiska effektkontakter som styr elmotorn och själva elmotorn, såväl som olika skyddselement, såsom brytare och termiska reläer. När allt kommer omkring är anordningen hos en konventionell reversibel magnetisk starter välkänd för varje elektriker. Och hur många gånger fick fixa felet genom att helt enkelt trycka på en knapp på "teplushka" !!! Men ändå måste syftet med vissa element i kretsen förklaras.

Diagrammet visar spolarna för magnetstarterna K1, K2. När K1 är på, öppnas ventilen och när K2 är påsluten stängs den, vilket indikeras av inskriptionerna nära spolarna. Startspolarna som visas i diagrammet är klassade för 220V.

Normalt - stängda kontakter K2 och K1 är standardlösningen för alla bakåtstarter - blockering: när en startare är på, kommer den andra inte att kunna slå på.

Öppna eller stänga ventilen börjar med att trycka på motsvarande knappar som visas i diagrammet. Efter att knapparna har släppts hålls startaren i tillstånd av sin egen kontakt (block - kontakt). Detta driftsläge kallas självmatande. I diagrammet är det vanligtvis öppna kontakter K1 och K2.

Lite högre än dessa kontakter i diagrammet är en rektangel med kontakterna inuti och inskriptionen ”SME-mekanism”. Detta är en positionssignaleringsmekanism (ICP). I vårt schema är ventilen i mittläge, så kontakterna S1 och S2 är stängda, vilket gör att du kan slå på valfri start, både för öppning och stängning.

SME: s mekanism är en växellåda som omvandlar arbetsstommen, i det här fallet skruvparet i ventilen, till vinkelrörelsen hos axeln med kammarna. Beroende på modell för små och medelstora företag kan denna vinkel vara 90 ... 225 grader. Växellådans växelläge kan vara vilken som helst på kundens begäran, vilket gör att du på ett exakt sätt kan justera kammarnas position.

Kammar på axeln kan roteras till önskad vinkel och fixeras. På grund av detta är det möjligt att erhålla olika moment av mikrobrytare. I vårt schema är detta S1 ... S4. Vissa modifieringar av små och medelstora företag, förutom mikrobrytare, innehåller en induktionssensor som matar ut analog signal om axelns rotationsvinkel. Som regel är detta en strömsignal i området 4 ... 20 mA. Men vi kommer inte att överväga denna signal här.

Låt oss nu komma tillbaka till vårt schema. Anta att den öppna knappen har tryckts in. I detta fall kommer ventilen att börja öppna och öppnas tills mikrobrytaren S1 arbetar i ICP-mekanismen. (Naturligtvis trycks inte stoppknappen först). Han avaktiverar startspolen K1 och ventilen slutar öppna.

Om mekanismen är i detta läge och sedan trycka på den öppna knappen, kommer inte K1-startaren att kunna slå på. Det enda som kan orsaka att elmotorn slås på i denna situation är att trycka på knappen för att stänga ventilen. Stängningen fortsätter tills mikrobrytaren S2 är aktiverad. (Eller tills du klickar på "Stopp").

Både öppning och stängning av ventilen kan stoppas när som helst genom att trycka på stoppknappen.

Som nämnts ovan fungerar ventilen inte på egen hand, "de tryckte på en knapp och vänster", men kan komma in i automatiseringssystemet. I det här fallet är det nödvändigt att på något sätt informera styrenheten (regulatorn) om ventilläget: öppet, stängt, i mellanläget.

Det enklaste sättet att göra detta är att använda ytterligare kontakter, som för övrigt redan finns tillgängliga i små och medelstora företag. I diagrammet är dessa kontakter S3 och S4 fri. Endast i detta fall finns det ytterligare besvär och utgifter. Först och främst är detta att ytterligare ledningar måste utföras och ytterligare ledningar. Och detta är en extra kostnad.

Ytterligare besvär leder till att du måste konfigurera ytterligare kammar. Dessa kammar kallas information. I vårt schema är dessa S3 och S4. Beträffande effekt (i diagrammet är det S1 och S2) måste de konfigureras mycket exakt: till exempel informationsvagnen berättar regulatorn att ventilen redan har stängts och styrenheten helt enkelt stänger av ventilen. Och hon har fortfarande inte nått hälften!

Därför visar figur 3 hur man får information om ventilens läge med kraftkontakter. För detta ändamål kan optocoupler-korsningar användas.

Figur 3

Jämfört med figur 2 har nya element dykt upp i diagrammet. Först av allt det reläkontakter med namnen "Relay Open", "Relay Close", "Relay Stop".Det är lätt att märka att de två första är anslutna parallellt med motsvarande knappar på handkontrollpanelen, och de normalt stängda kontakterna är "relä Stop." sekventiellt med stoppknappen. Därför kan ventilen när som helst styras antingen genom att trycka på knapparna för hand eller från styrenheten (regulatorn) med mellanliggande reläer. För att förenkla kretsen visas inte spolar i mellanreläer.

Dessutom dök en rektangel på diagrammet med inskriptionen "Optocoupler interchanges." Den innehåller två kanaler som gör att spänningen från SME-mekanismens gränslägesbrytare, och detta är 220V, kan konverteras till signalnivån för styrenheten, samt att utföra galvanisk isolering från kraftnätet.

Diagrammet visar att ingångarna till optokopplingsföreningarna är direkt anslutna till ICP-mekanismens mikrobrytare S1 och S2. Om ventilen är i mittläge (delvis öppen), stängs båda mikrobrytarna och en spänning på 220 V finns vid båda ingångarna till optokopplingsföreningarna. I detta fall kommer utgångstransistorerna för båda kanalerna att vara i öppet tillstånd.

När ventilen är helt öppen, är mikrobrytaren S1 öppen, det finns ingen spänning vid ingången till optokopplarens isoleringskanal, så att en kanals utgångstransistor kommer att stängas. Detsamma kan sägas om driften av mikrobrytaren S2.

Ett schematiskt diagram över en isoleringskanal för optokopplare visas i figur 4.

Figur 4. Schematiskt diagram över en optokopplingskanal

Beskrivning av kretsschemat

Ingångsspänningen genom motståndet R1 och kondensatorn C1 korrigeras av dioderna VD1, VD2 och laddar kondensatorn C2. När spänningen över kondensatorn C2 når nedbrytningsspänningen för zenerdioden VD3 laddas kondensatorn C3 och genom motståndet R3 tänds optokopplarens LED V1, vilket leder till öppningen av optokopplartransistorn, och med den utgående transistorn VT1. Utgångstransistorn är ansluten till styringången via en frikopplingsdiod VD4.

Några ord om syftet och typerna av delar.

Kondensator C1 fungerar som ett icke-watt-motstånd. Dess kapacitans begränsar ingångsströmmen. Motståndet R1 är utformat för att begränsa rusströmmen vid ögonblicket för stängning av mikrobrytarna S1, S2.

Motståndet R2 skyddar kondensatorn C2 från ökad spänning i händelse av en öppenhet i Zener-diodkretsen VD3.

Som Zener-diod VD3 används KC515 med en stabiliseringsspänning på 15V. Vid denna nivå är laddningsspänningen för kondensatorn C4 begränsad och följaktligen strömmen genom lysdioden för optokopplaren V1.

AOT128 användes som optokopplaren V1. 100 kOhm motstånd R5 håller stängt optokopplare fototransistor i frånvaro av LED-belysning.

Om istället för den inhemska AOT128-optokopplaren använder vi den importerade analoga 4N35 (även om detta fortfarande är en fråga, vem av dem är den analoga?), Ska motståndet R5 sättas med ett nominellt värde på 1MΩ. Annars fungerar den borgerliga optokopplaren helt enkelt inte: 100 KOhm stänger fototransistor så ordentligt att det inte längre är möjligt att öppna den.

Utgångssteget på KT315-transistorn är konstruerat för att arbeta med en ström på 20 mA. Om du behöver en större utgångsström kan du använda en kraftfullare transistor, till exempel KT972 eller KT815.

Schemat är ganska enkelt, pålitligt i drift och inte lustigt vid idrifttagning. Du kan till och med säga att det inte behöver justeras.

Det är lättast att kontrollera kortets funktion genom att applicera en 220V nätverksspänning direkt från uttaget till ingången. Till utgången ansluter du lysdioden genom ett motstånd på cirka en kilo-ohm och applicerar en 12V strömförsörjning. I detta fall ska lysdioden tändas. Om du stänger av 220V-spänningen måste lysdioden slockna.

Fig. 5. Utseende på det färdiga kortet med optoelektronisk isolering

Figur 5 visar utseendet på ett färdigt kort som innehåller fyra optokopplingskanaler. Ingångs- och utgångssignalerna är anslutna med terminalplintarna som är installerade på kortet. betalning tillverkad av laserstrykningsteknik, eftersom det gjordes för sin produktion.Under flera års drift fanns det praktiskt taget inga misslyckanden.

Boris Aladyshkin