Jump to content

    

Управление 100м через оптопару.

Здравствуйте уважаемые разработчики!

Прошу вашей помощи по данному вопросу. Имеется более десяти исполнительных устройств (Исп. ус-ва), которые содержат модули со входами управления путем замыкания на землю(вкл/выкл). Необходимо управлять этими устройствами на расстоянии примерно 70-100 метров между устройствами 5-7метров. Суть управления состоит в подаче микроконтроллером (МК) через транзистор (VT1) кратковременно отрицательного импульса(10-100мс) на линию управления и последующей паузы несколько секунд.

Система установлена на улице. Питание у всех исп. ус-в свое. Управление по радиоканалу недопустимо. Необходимо по максимуму защитить исп. ус-в от различных скачков напряжения в линии управления (может от грозы или пробоя изоляции линии управления). Прикидочную схему прилагаю.

Вопросы:

1.Какие подводные камни/грабли могут быть?

2.Что можно было бы добавить/убрать из схемы?

3.Какие оптопары можно применить? (посоветуйте пож-ста конкретные образцы)

4.Как защитить диод в оптопаре от ложного срабатывания(от наводки в линии)?(поставить стабилитрон или что-то еще..?!)

5.Есть опасения по поводу блока питания +5В питающего линию управления и МК. Необходимо ли их как нибудь обезопасить?

Заранее спасибо за советы!

post-9459-1247656400_thumb.jpg

Share this post


Link to post
Share on other sites
1.Какие подводные камни/грабли могут быть?
Грабли в первую очередь в изоляции и в том, что по линии нужно гнать ток, а не напряжение.

2.Что можно было бы добавить/убрать из схемы?
Добавить гальваническую изоляцию выходного ключа и соответственно добавить еще один источник питания (гальванически изолированный от основного) от которого и запитать линию связи (обычно 12-24В).

3.Какие оптопары можно применить? (посоветуйте пож-ста конкретные образцы)
Если вы не перепутали размерность длительности управляющих импульсов (именно 10-100 мкс, а не 10-100 мс, интересно, а где вообще такое применяется? :cranky: ), то твердотельные реле с полевиками на выходе, которые вы изобразили на схеме не подойдут. Они не обеспечат требуемого быстродействия. Требования к фронтам обычно до 10-15% от длительности импульса, т.е. оптрон должен обеспечивать 1-2мкс время переключения выхода. Я даже не скажу сходу какие оптроны с транзисторным выходом способны на такое. Нужно смотреть диодно-диодные оптоизоляторы с триггером Шмидта на выходе. Например, H11L1 можно использовать, но ей на выход нужно доп. ключ для управления исп. устройством ставить. Кстати нигде не указано, что за исп. устройства, каким напряжением питаются и какой ток коммутации от оптронов требуется?

4.Как защитить диод в оптопаре от ложного срабатывания(от наводки в линии)?(поставить стабилитрон или что-то еще..?!)
Впараллель диоду оптрона обратновключенный (только не выпрямительный! типа 1N4001, а нормальный быстродействующий) диод и еще впараллель резистор номиналом порядка 240 Ом, который обеспечит устойчивость к помехам/наводкам в линии связи. Номинал последовательно с диодом оптрона подбирать в зависимости от напряжения источника питания линии связи и требуемого тока управления оптрона..

5.Есть опасения по поводу блока питания +5В питающего линию управления и МК. Необходимо ли их как нибудь обезопасить?
См. комментарий к вопросу 2.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Грабли в первую очередь в изоляции и в том, что по линии нужно гнать ток, а не напряжение.
Вот тут то я и подумал что токовая петля к помехам более устойчивая. А в чем грабли то? На счет изоляции тут думаю все нормально. Вопрос скорее о наводках и грозозащите.

Добавить гальваническую изоляцию выходного ключа и соответственно добавить еще один источник питания (гальванически изолированный от основного) от которого и запитать линию связи (обычно 12-24В).
Ага, понятно.. попробую прикинуть. Но, как я понимаю, останутся элементы попадающие под риск сгореть? Как вообще с такой длинной работать? в смысле могут ли возникнуть такие статические напряжения(при такой длине) которые вывели бы чтото из строя?( устройство находится на удалении от излучающих антен и электростанций)

Если вы не перепутали...
Да, спасибо! очепятался, исправил на 10-100 мс.

Кстати нигде не указано, что за исп. устройства, каким напряжением питаются и какой ток коммутации от оптронов требуется?
Напряжение питания исп. уст-в 12В. Ток коммутации требуется не больше 10мА(это с запасом).

Впараллель диоду оптрона обратновключенный (только не выпрямительный! типа 1N4001, а нормальный быстродействующий) диод и еще впараллель резистор номиналом порядка 240 Ом,
Если несложно, приведите пример какого нибудь ходового диода для этого случая. Что то вроде 1N4933...1N4937, BAS28,FR101...FR107 да? А по току прямому сколько?

Share this post


Link to post
Share on other sites
1.Какие подводные камни/грабли могут быть?

- Ложные срабатывания от помех

- Выгорание в процессе работы (из-за молний, из-за электростатических разрядов, из-за того, что сетевое напряжение попало)

 

2.Что можно было бы добавить/убрать из схемы?

Когда управляющий транзистор закрыт, то провод, который подключен к его коллектору, болтается в воздухе и ловит любые помехи. Поскольку мин. ток срабатывания оптронов оговорен плохо (он может быть очень мал), то даже маленькая наведенная помеха может вызвать ложное срабатывание. Будут ложные срабатывания от каждого кошкина бздеха.

 

Для увеличения помехоустойчивости необходимо

- Увеличить питание с +5В до минимум +12В, лучше - до +24В

- Вкючить параллельно линии (т.е. от стока VT1 до +питания) мощный резистор сопротивлением не более 1 кОм. Он будет гасить наведенную помеху и мирно спускать ее на источник питания.

- Переделать входные цепи каждого устр-ва таким образом, чтобы для его срабатывания требовалась значительная мощность. Не напряжение или ток по отдельности, а именно мощность. Для ориентировки, входы пром. автоматизации обычно "срабатывают" при напряжении порядка 10 В и при токе в несколько мА. В простейшем случае последовательно со светодиодом надо включить стабилитрон, а сам светодиод шунтировать резистором сопротивлением порядка 470 Ом или менее, который будет отсасывать ток и пускать его мимо светодиода.

- Отфильтровать быстрые помехи кондерами. Как минимум шунтировать каждый светодиод кондюком не менее 0.1 мкФ

 

Защита от выгорания - обширная тема, в двух словах не изложишь... :07:

Share this post


Link to post
Share on other sites
- Ложные срабатывания от помех

- Выгорание в процессе работы (из-за молний, из-за электростатических разрядов, из-за того, что сетевое напряжение попало)

Ладно, думаю надо отбросить случаи попадания молнии и напрямую сетевого напряжения, а то уж совсем с защитой мудрить придется. Вот из-за электрических разрядов.. незнаю...? резюков хватит? Может разрядники еще какието нужно добавить?

Для увеличения помехоустойчивости необходимо

- Увеличить питание с +5В до минимум +12В, лучше - до +24В

Хотелось бы оставить 5В, чтобы не добавлять еще один БП.

- Переделать входные цепи каждого устр-ва таким образом, чтобы для его срабатывания требовалась значительная мощность. Не напряжение или ток по отдельности, а именно мощность.
Как я понял нагрузить оптопару, так?

В простейшем случае последовательно со светодиодом надо включить стабилитрон, а сам светодиод шунтировать резистором сопротивлением порядка 470 Ом или менее, который будет отсасывать ток и пускать его мимо светодиода.
извините, не совсем понял что куда?

Переделал схему (см. прилож.) Развязку VT1 пока не делал.

post-9459-1247733526_thumb.jpg

Share this post


Link to post
Share on other sites

Автор, а самый длинный провод на оптику заменить не думаете? Или все?

Грозы бывают... убивают.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Автор, а самый длинный провод на оптику заменить не думаете? Или все?

Неплохое решение, только слишком возни много (ИМХО) со скалывателями, разветвителями и т.д.

Опять же с прокладкой кабеля и защитой от механич. повреждений и в случае чего замены много плясок получается. Да и опыта с оптикой нуль без кепки. :unsure:

Спасибо, но с оптикой думаю пока повременить.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Неплохое решение, только слишком возни много (ИМХО) со скалывателями, разветвителями и т.д.

Опять же с прокладкой кабеля и защитой от механич. повреждений и в случае чего замены много плясок получается. Да и опыта с оптикой нуль без кепки. :unsure:

Спасибо, но с оптикой думаю пока повременить.

Кабели бывают специальные. крепкие. Знакомый рассказывал, что их кабель висел на заборе. Забор поломал грузовой автомобиль, кабель целехонек.

Share this post


Link to post
Share on other sites
резюков хватит? Может разрядники еще какието нужно добавить?

Проблема в том, что заранее вам никто не скажет, хватит ли вам одних резюков. Как фишка ляжет. Поскольку кабель лежит на улице, я бы все же порекомендовал параллельно R3 включить трансил или газовый разрядник. И еще по одному трансилу или разряднику с каждого провода на землю. И MOSFET поставить хотя бы 100-вольтовый.

 

извините, не совсем понял что куда?

Для увеличения порога срабатывания стабилитрон последовательно с R2.

 

А сам R2 лучше разделить на два одинаковых резистора половинного номинала, один от точки "а" на линию VCC1, а другой от точки "b" на линию "с". Это поможет придавить наносекундные помехи, проникающие с линии через оптрон.

 

Если нет специальных требований, оптрон лучше использовать какой попроще и подубовее, обычный транзисторный, с большим пробивным напряжением изоляции. Скажем, шарповские PC817 или подобные (пробивное 5 кВ). Если применить оптрон с более-менее жестко специфицированным CTR (коэфф. передачи по току), то сопротивления резисторов удастся выбрать поточнее, а параметры схемы будут более предсказуемы.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Поскольку кабель лежит на улице, я бы все же порекомендовал параллельно R3 включить трансил или газовый разрядник. И еще по одному трансилу или разряднику с каждого провода на землю. И MOSFET поставить хотя бы 100-вольтовый.

Вот нарисовал. Трансилы включил встречно между линиями(есть в этом смысл?). Посоветуйте пожалуйста на какие напряжения и токи выбрать трансил.

Для увеличения порога срабатывания стабилитрон последовательно с R2.
Если всетаки питающее напряжение VCC1 на линии управления будет 5В, то какой стабилитрон(на какое напряжение) поставить последовательно R2?

Если нет специальных требований, оптрон лучше использовать какой попроще и подубовее, обычный транзисторный, с большим пробивным напряжением изоляции.
Объясните пожалуйста в двух словах целесообразность использование оптопары с транзисторным и полевым транзисторами на выходе оптопары. Что в каких случаях применяется. Может это както на фронты или еще на что влияет? :unsure:

post-9459-1247752508_thumb.jpg

Share this post


Link to post
Share on other sites
Вот нарисовал

VD3 надо убрать. Трансилы бывают биполярные и однополярные. Если трансилы биполярные (хотя вам лучше использовать однополярные), то VD3 просто не нужен, поскольку есть VD2, а если однополярные - то VD3 вреден, он закоротит линию.

 

VD1 - должен быть обычный кремниевый диод, типа 1N4148, 1N914, КД522 или подобный

 

Посоветуйте пожалуйста на какие напряжения и токи выбрать трансил.

Напряжение должно быть несколько выше, чем напряжение питания. Мощность - побольше, зависит от того, сколько не жалко места их установки, и сколько не жалко денег.

 

Если всетаки питающее напряжение VCC1 на линии управления будет 5В, то какой стабилитрон(на какое напряжение) поставить последовательно R2?

Общий принцип такой: для увеличения помехоустойчивости напряжение срабатывания должно быть как можно больше. Какими средствами это достигается - не играет роли. Можно и без стабилитрона.

 

При 5В напряжение питания слишком маленькое, чтобы можно было впендюрить стабилитрон.

 

Предположим, что макс. допустимое напряжение "нуля" на входе исп. устр-ва равно 1В. Тогда напряжение на R5 должно быть не менее 4В. Предположим, что R5=2.2k, тогда вых. ток включенного оптрона должен быть не менее 4В/2.2k=1.82mA. Предположим, что вы используете оптрон PC817A, имеющий CTR=80...160%. Следовательно, для гарантированного обеспечения "нуля" на выходе оптрона, через его светодиод должен протекать ток не менее 1.82mA/80%=2.3mA. В даташите оптрона находим график зависимисти напряжения на светодиоде от тока, при 2.3mA напряжение будет примерно 1.25В при -25oС (см. рисунок, красная линия). Поскольку R4=240, при 1.25В он отсосет 1.25/240=5.2mA, суммарный ток через R2+R6 должен быть не менее 5.2+2.3=7.5mA. Учитывая падение напряжения в кабеле, на VT1 и т.п., напряжение срабатывания при 5В питания должно быть не более, скажем, 4В. Сопротивление (R2+R6)=(4В-1.25В)/7.5mA=366 Ом. Выбираем R2=180, R6=180.

 

post-2483-1247792465_thumb.png

 

А теперь просчитываем "противоположный" вариант. Предположим, в худшем случае исп. устр-во может воспринять как "ноль" напряжение величиной 40% от питания, т.е 2В. Тогда при R5=2.2k устр-во сработает при вых.токе оптрона 3В/2.2k=1.36mA. Предположим, что вам попался оптрон с CTR=160%, тогда срабатывание произойдет при токе светодиода 1.36mA/160%=0.85mA. При температуре 75oС напряжение на светодиоде будет всего 0.8В (зеленая линия), R4 отсосет 0.8/240=3.3mA, суммарный ток через R2+R6 должен быть всего 3.3+0.85=4.15mA. Напряжение срабатывания будет (180+180)*4.15mA+0.8В=2.3В. Разброс 2.3В...4В - это 74%

 

Получается, что порог срабатывания определен не очень точно. А при более высоком напряжении питания можно последовательно включить стабилитрон. Например, если питание равно 12В, то со стабилитроном с номиналом 6.8В (разброс, скажем, от 6.3В до 7.3В) напряжение срабатывания бyдет в пределах от 8.6В до 11В, это всего 28%. А помехоустойчивость вырастет в 8.6В/2.3В = 3.7 раз

 

целесообразность использование оптопары с транзисторным и полевым транзисторами на выходе оптопары. Что в каких случаях применяется.

Применяйте что хотите, но просчитывайте схему. Как просчитать на транзисторном оптроне я вам показал. Попробyйте проделать аналогичные расчеты для оптрона, который вам приглянулся, и сравните результаты. Не забудьте оценить влияние темнового тока вых. каскада, для транзисторного оптрона я им пренебрег в силу его малости (0.1 мкА max для PC817). Цены оптронов тоже сравните. После этого, я думаю, вопросов у вас не бyдет.

Share this post


Link to post
Share on other sites

В рассматриваемой схеме (сообщение 11) линия связи является симметричной, что предполагает при наличии наводок от разряда молнии большой уровень синфазной помехи и не столь уж большую дифференциальную помеху. Ранее был совет включить в схему резистор R3, который якобы должен помочь в подавлении дифференциальной помехи. В действительности при наводке на удаленный конец линии связи ввиду короткой длительности импульса и заметной индуктивности проводов этот резистор вряд ли поможет, так что его можно спокойно выкинуть. Не нужен и один из резисторов R2, R6, ведь они включены последовательно в одну цепь.

Обычна практика оценки работоспособности устройства при воздействии помехи по следующим критериям: работоспособность не нарушается, работоспособность восстанавливается по окончании воздействия, работоспособность нарушается. Для линии связи, проложенной по открытой местности, предположительно можно реализовать только второй критерий, да и то, если применить двухступенчатую защиту из газовых разрядников и варисторов или полупроводниковых ограничителей напряжения. Схем полно в публикациях на эту тему в Интернете, посмотрите хотя бы каталог на разрядники от EPCOS.

Share this post


Link to post
Share on other sites
резистор вряд ли поможет, так что его можно спокойно выкинуть.

Симетричность линии связи нигде не оговаривалась, соответственно, предположения о ее хорошей симметричности не имеют основания. Я лично крайне сомневаюсь, что качестве кабеля будет использован какой-то дорогой RS-485 кабель или подобный, обеспечивающий высокую симметричность. Скорее пробросят каким-то обычным силовым каблом, да еще засунут в один кондуит с сетевыми проводами. И если, не дай бог, послушают ваших вредных советов, то долго будут рвать волосы, что не поставили копеечный резистор.

 

Не нужен и один из резисторов R2, R6, ведь они включены последовательно в одну цепь.

Вы не учитываете, что оптрон имеет проходную емкость. Резисторов два для того, чтобы защитить устройство управления от вредного влияния наносекундных помех. Что это такое, вы сможете узнать, ознакомившись со статьей "помехоустойчивые устройства". Там, на рис.11, как раз приведен пример разделения резистора оптрона на два (R4,R5).

Share this post


Link to post
Share on other sites
Предположим, что...
Ув. =AK=, спасибо за подробную выкладку с расчетами!

Схем полно в публикациях на эту тему в Интернете, посмотрите хотя бы каталог на разрядники от EPCOS.
Ага, посмотрел... Только не совсем понятно как включить разрядники в схему? По рекомендациям нужно делать несколько уровней с индуктивностью и варистором. Возможно подключение такой цепочки непосредственно около VT1 и у каждой оптопары. Как это скажется на работу линии?
Симетричность линии связи нигде не оговаривалась...
Линия не симметрична. Да, прально, предполагается пробросить обычным силовым каблем. :rolleyes: И скорее всего рядышком с сетевым. (Знаю что ни есть гут.. но вот такие условия.. Отдельный шланг кидать не совсем удобно.)
И если, не дай бог, послушают ваших вредных советов, то долго будут рвать волосы, что не поставили копеечный резистор.
:biggrin: Поставим, чтоб без волос не остаться)) А если серьезно, правильней его поставить в конце линии т.к. токовая петля, или это не имеет значения? Питание на линии поднял до 12В. Добавил стабилитрон. См. прилож. Куда, если надо, подключать разрядники и как?

post-9459-1247818319_thumb.jpg

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this