Часть2 (Рябов В.Т. - Комплексная разработка механических, электронных и программных компонентов ТО), страница 13

При включении клапана KL1 нарастает ток через катушку электромагнитного привода с активным сопротивлением Rн. При этом появляется ЭДС самоиндукции, препятствующая нарастанию тока и приложенная против напряжения питания. Диод VD1, также включенный также против напряжения питания нагрузки Uн, шунтирует эту ЭДС. При выключении нагрузки ЭДС самоиндукции стремится поддержать уменьшающийся ток и напряжение на коллекторе ключевого транзистора Uк становится отрицательным. Диод VD2 открывается и шунтирует ЭДС самоиндукции на землю. Современные биполярные n-p-n транзисторы допускают появление на коллекторе отрицательных импульсов, поэтому диод VD2 частов схему не включают. Номинальный прямой ток диодов VD1 и VD2 должен быть не меньшеноминального тока через нагрузку, а обратное напряжение бать больше напряжения питаниянагрузки Uн.Балластный резистор R1 задает ток через светодиод оптопары DA1 и рассчитывается,как и в предыдущем примере (1). Резистор R2 ограничивает темновой ток фототранзистора ипринимается в соответствии с рекомендуемыми в технической документации параметрами.Типовое значение сопротивления – 50 кОм.

Номинальный ток фототранзистора оптопарыDA1 должен соответствовать току линии передачи сигнала (примем его 10..20 мА). Допустимое напряжение между коллектором и эмиттером Uкэ должно быть больше напряжения питания нагрузки Uн.Резистор R3 определяет ток через линию связи при включенной нагрузке. Его сопротивление, согласно закону Ома, равно:R3 =U н − U кэ − U б 24 - 0,5 - 0,6=≅ 1,2 кОмIл0,0241Здесь: Uн – напряжение питания нагрузки (24 В); Uкэ – падение напряжения на открытомфототранзисторе оптопары (около 0,5 В); Uб – напряжение на базе ключевого транзистора VT1(около 1,6 В); Iл – ток через линию связи при включенной нагрузке (принят 20 мА).Указанные в скобках параметры должны быть уточнены по технической документации наиспользуемые элементы.Резистор R4 отводит темновой ток фототранзистора оптопары, не допуская его попадания в базу ключевого транзистора и, тем самым, обеспечивает надежное закрытие VT1. Сэтой точки зрения его сопротивление должно быть минимальным.

В тоже время этот резистор не должен отбирать большого тока с линии связи при открытом фототранзисторе оптопары. Типовое значение сопротивления этого резистора – 200 Ом.При обнаружении сбоя в работе управляющей программы системой WD (см. гл.4. 2)микроконтроллер перезагружается. При этом если объект был включен сигналом ДУ подобно рис.4. 7, он во время перезагрузки и восстановления состояния, предшествующего сбою,может на короткое время (около секунды и даже менее) отключиться. Иногда этого нельзяделать. Например, при работе вакуумной системы форвакуумный насос должен постоянноработать. Даже кратковременное его отключение приведет к напуску в насос воздуха.

Повторное включение насоса может привести к попаданию воздуха в вакуумную систему, илидаже технологическую камеру, что часто недопустимо. Для управления такими устройствами применяют импульсные линии управления и, так называемый, «релейный триггер». Схема управления объектом с помощью релейного триггера показано на рис. 4.8.Асинхронный двигатель вакуумного насоса подключается к трехфазной сети L1L2L3магнитным пускателем KM1. Управляется магнитный пускатель сигналами с портов P1.0 иP1.1 микроконтроллера. При появлении сигнала низкого уровня на порте P1.0 загораетсясветодиод оптопары DA1, открывается фототранзистор и ключ VT1.

Ток от вывода источникапитания периферийного электрооборудования (+24 В) протекает через открытый ключ и катушку реле К1. Реле включается и своим нормально открытым контактом К1.1 подключает кфазе L1 катушку магнитного пускателя KM1. Пускатель срабатывает, подключает двигательнасоса и одним из своих четырех нормально открытых контактов шунтирует контакт К1.1.Рис. 4.

8. Пример аппаратной организации ДУ с релейным триггером.Теперь, если снять сигнал включения с порта P1.0 (установить на выводе сигнал высокого уровня), пускатель KM1 двигатель насоса не отключит. Для выключения катушкипускателя предусмотрен сигнал выключения, подаваемый с порта P1.1 через устройство свя-42зи Я1.2. Это устройство выполнено аналогично рассмотренному ранее устройству Я1.1 и содержит оптопару и транзисторный ключ. Если установить активный низкий уровень на портP1.1, включится реле К2, своим нормально замкнутым контактом К2.1 разорвет цепь питания катушки KM1. Двигатель насоса отключится.

Система из двух УСО и двух реле вместе спускателем работают аналогично RS-триггеру. Сигнал Set (установка, включение) подается свывода P1.0, сигнал Reset (сброс, выключение) подается с вывода P1.1, надчеркивание надобозначениями сигналов показывает, что активен низкий уровеньПроектирование линий аналогового контроля и управленияДатчики с аналоговым представлением выходного сигнала широко применяются воборудовании электронных технологий и дают большую часть информации о состоянииэлементов оборудования и технологическом процессе. Это вакуумметры, расходомеры дляразличных технологических сред, датчики абсолютного, избыточного и разности давлений ит.п. Применяют в оборудовании электронных технологий и элементы с аналоговым управлением: управляемые источники тока и напряжении, задатчики расхода газов, управляемыйпривод постоянного и переменного тока и т.п.Вне зависимости от назначения, датчики с аналоговым представлением выходного сигнала делят на датчики с потенциальным и токовым выходом.

В датчиках с потенциальным выходом информацию несет величина напряжения на выходе датчика. Такой датчик имеет разъем,имеющий в минимальном составе три вывода: вывод для подачи положительного напряженияпитания +Ud (рис. 4. 9); вывод нуля питания GND; выход сигнала датчика Uout. Для подключениятакого датчика к локальному микроконтроллеру необходимо три провода: два для подачи питания на датчик и один для передачи выходного сигнала.Для использованияинформации датчика вмикроконтроллереМС,его аналоговый выходнойсигнал следует преобразовать в двоичный цифровой вид. Для того, чтобы сохранить портовуюархитектуру ЛМК, в качестве МС следует выбратьРис.

4. 9. Подключение датчика аналогового контроля с потенцимикроконтроллер с встроальным выходом.енным аналого-цифровым(АЦП) цифроаналоговым (ЦАП) преобразователями. ЦАП понадобится для выдачи аналогового управления. Такие микроконтроллеры достаточно широко представлены в различныхсемействах, есть они и среди современных представителей семейства MCS-51. На рис. 4.9.микроконтроллер MC имеет восемь аналоговых входов ADC0..ADC7. К одному из входов,например, ADC7 подключим выход датчика Uout.Микроконтроллеры, имеющие в своем составе устройства для обработки информации,представленной в аналоговом виде, имеют вывод аналоговой земли AGND.

Относительнопотенциала этого вывода производится обработка и представление всей аналоговой информации. Напряжение питания МК, периферийных схем и датчиков и представление дискретной двоичной информации осуществляется относительно вывода цифровой земли GND. Если мы соединим на плате ЛМК дискретную и аналоговую землю, падение напряжения навозвратном проводе GND от тока питания датчика IGND войдет в сигнал, фиксируемый АЦПмикроконтроллера (рис. 4. 9).

При токе питания 10..20 мА и сопротивлении провода 1 Ом падение напряжения составит 10..20 мВ. Это 4..8 дискрет двенадцатиразрядного аналогоцифрового преобразователя.Чтобы исключить погрешность от падения напряжения на проводах питания датчика,43в датчиках с потенциальным выходом делают дополнительный вывод аналоговой землиAGND.Схема подключения таких датчиков представлена на рис. 4.10.

Здесь к сигналу, фиксируемому АЦП микроконтроллера МС, будет добавляться погрешность от падения напряжения на проводе AGNDот протекания тока измерения IИЗМ. Входное сопротивление коммутатора АЦПвелико (несколько мОм) иэта погрешность будет пренебрежимо малой. Такогорода погрешность измерения будет и в схеме по рис.4.9.Следует очень внимательно разводить на печатРис. 4. 10. Повышение точности контроля сигнала датчика АК сной плате ЛМК и подклюпотенциальным выходом.чать цепи аналоговой земли.Проблемы с разводкой топологии печатных плат с аналоговой землей достаточно подробно рассмотрены в фирменнойтехнической документации на элементы ЛМК и датчики, использующие вывод AGND и влитературе [2].Если к локальному микроконтроллеру присоединяется более одного датчика, их выводы AGND замкнутся на плате контроллера. При этом, в проводах, соединяющих выводыAGND датчиков с выводом AGND контроллера возникнут токи, выравнивающие потенциалывыводов AGND датчиков. Падения напряжения в измерительных цепях от этих токов могутпривести к заметным погрешностям.

Для их уменьшения следует так развести провода питания датчиков, чтобы разности потенциалов на отрицательных выводах питания были минимальны. Ток питания i-го датчика Id i , длина провода к его выводу GND - lGND i и сечениеэтого провода Si должны быть согласованы:I d i ⋅ lGND i= const.SiПрисоединение датчика к ЛМК кабелем с заземленным экраном снижает электромагнитные наводки на соединительные провода (рис.4.10) и способно еще более снизить случайные погрешности измерения потенциального сигнала от внешних электромагнитных помех. При заземлении кабеля следует использовать корпусную землю, которая затем соединяется с землей питания GND в одной точке вблизи основного источника питания постоянноготока.

Следует быть внимательным с заземлением экранов соединительных проводов и следить,чтобы экраны были соединены с корпусом только с одной стороны. Иначе из отдельных экрановмогут образоваться замкнутые контуры, в которых внешними электромагнитными полями наведутся достаточно большие индукционные токи и экраны, наоборот, станут источниками заметных помех.Проиллюстрируем еще раз важный принцип присоединения к ЛМК источников аналогового сигнала: разделение цепей питания и измерения. На рис.

4.11. показано подсоединение клокальному микроконтроллеру медного терморезистора Rt для измерения температуры объекта.Сопротивление такого унифицированного резистора невелико и составляет всего 100 Ом. Наплате микроконтроллера расположены три пассивных резистора термомоста с малым температурным коэффициентом сопротивления: R1, R2 и R3. При повышении температуры сопротивление терморезистора возрастает и по изменению его значения судят о изменении температуры. Ктерморезистору подходят четыре провода: IinRt и IoutRt соответственно для подвода и отвода токапитания; +URt и -URt для измерения потенциала на входе и выходе тока из резистора.