Разборка электропривода Danfoss AME 120 NL

Электропривод AME 120 NL предназначен для работы с комбинированным регулирующим клапаном AB-QM, управляющим подачей тепло- и холодоносителя в фэнкойлы или небольшие вентиляционные установки. Он представляет из себя конструкцию, состоящую из механической и электронной частей. В свою очередь механическая часть состоит из двигателя переменного тока и механизма с зубчатыми и червячными передачами. На электронной плате же находятся узлы питания и управления с датчиками и индикаторами состояния. Питается электропривод переменным напряжением 24 В частотой 50/60 Гц и потребляет мощность 2 ВА развивая при этом усилие 130 Н и перемещая шток со скоростью на один миллиметр за 12 секунд. Имеется два варианта управления - по току или по напряжению. В качестве управляющего используется аналоговый сигнал напряжением 0-10 В или током 0-20 мА:

Сразу предупрежу, что ремонтировать здесь мы ничего не будем, кроме как замены устройства целиком, а старое, сгоревшее, будет подвержено разборке с рассмотрением составляющих компонентов и радиоэлементов. Будет представлена обвязка микроконтроллера и схема включения двигателя. Так же удалось прочитать FUSE-биты, программную память и EEPROM микроконтроллера, и эти файлы Вы сможете скачать в формате .HEX. Данная статья будет интересна тем, кто любит разбирать промышленные устройства и использовать детали от них. В отдельных статьях будет показано как использовать микроконтроллер и как запустить установленный здесь двигатель постоянным напряжением.

Данный электропривод (Actuator) был установлен на воздухообрабатывающей установке - AHU (Air Handling Unit). После выхода из строя он был разобран и оказалось, что ремонту не подлежит, так как в месте подключения кабеля выгорела часть платы и её восстановление было нецелесообразным:

Незначительно расплавился и деформировался механизм:

Из за угара были плохо видны надписи на радиоэлементах и совсем не различалась маркировка микроконтроллера:

Для его опознавания он был почищен растворителем для оценки адекватности дальнейших исследований:

Микроконтроллер оказался из семейства AVR от производителя Atmel, а именно Mega88. Так как это широко распространённый образец, то было принято решение проверить его на работоспособность. Далее обгоревшая часть платы была зачищена шкуркой, а уцелевшие токопроводящие дорожки залужены:

Ещё раз микроконтроллер и, теперь уже, вся плата с обеих сторон тщательно были вымыты растворителем от угара и остатков канифоли:

В углу, возле микроконтроллера, находилось 6 отверстий с контактными площадками и, проследив за печатными проводниками от них, выяснилось что это интерфейс ISP внутрисхемного программирования. В это место я впаял разъём-гребёнку с шестью контактами соответственно:

К этим контактам я подключил выводы простейшего самодельного COM-ISP программатора:

Для чтения прошивки с микроконтроллера и для его программирования я использовал бесплатную, но довольно хорошую и широко распространённую программу Uniprof. После запуска программа Uniprof сразу выдала модель микроконтроллера и удалось считать его флешь-память и EEPROM :

А затем настроечные байты с FUSE- и LOCK-битами:

Поняв что сам микроконтроллер в рабочем состоянии, было решено проверить порты ввода-вывода, и я стал отпаивать всё лишнее, не относящееся к работе микроконтроллера, заодно походу зарисовывая схему устройства. Я начал с крупных элементов, таких как фазосдвигающий конденсатор для питания двигателя, DIP-выключатели и микропереключатели с обратной стороны платы:

Затем последовали симисторы и остальные мелкие детали, не имеющие прямого отношения к проверке портов ввода-вывода и не нужные для дальнейшего использования микроконтроллера для других целей:

По окончании и после двукратной тщательной проверки была зарисована и переведена в цифровой формат следующая принципиальная схема :

На выгоревшей части платы был установлен разъём для подключения питания и входным контактом, а так же несколько мелких резисторов и конденсаторов со стабилитроном и двумя переключающими диодами. Эта часть платы впоследствии была зарисована с нового электропривода.

Синим цветом отмечена общая шина и минус, а красным - плюс питания микроконтроллера, которое составляет 5 В. Это напряжение стабилизируется микросхемой линейного стабилизатора 78L05A в восьмивыводном корпусе, которое в свою очередь выпрямляется из переменного напряжения 24 В, проходя через диод и цепочку резисторов, ограничиваясь стабилитроном и сглаживаясь конденсаторами. 

Выключатели S1-S8 объеденены в DIP-выключатель и предназначены для управления режимами работы электропривода соответственно технической документации. Выключатель S1 используется для изменения типа управляющего входного сигнала - по напряжению, или же по току, и в включённом состоянии подключает два нагрузочных резистора параллельно входу. Остальные выключатели имеют фильтрующие конденсаторы и подтягивающие резисторы к шине питания, и соединены с выводами микроконтроллера. Красная кнопка "Сброс" в углу подключена параллельно выключателю S8 и предназначена для активации режима автоматической настройки хода штока. Она никак не связана со сбросом микроконтроллера и не имеет к нему никакого отношения. 

В электроприводе используется двигатель переменного тока фирмы SAIA с маркировкой UAT1. Он имеет две обмотки и способен работать от напряжения 12-48 В с частотой 50/60 Гц. Одни концы обмоток соединены вместе и подключены к шине переменного напряжения 24 В. Другие же концы обмоток связаны между собой через последовательно соединённые фазосдвигающий конденсатор и резистор, и проходя через микропереключатели конца хода штока через управляющие симисторы поочерёдно подключаются к общей шине в зависимости от направления вращения. 

Зелёный и красный индикаторные светодиоды состояния через ограничительные резисторы анодами соединены с шиной питания +5 В., а катодами с выводами микроконтроллера.

В устройстве не установлен кварцевый резонатор и микроконтроллер работает от своего внутреннего генератора.

Жёлтым цветом на схеме отмечены удалённые с платы радиоэлементы:

Как видно из схемы, была оставлена обвязка микроконтроллера в виде делителей, подтягивающих резисторов и фильтрующих конденсаторов. Так же сохранилась микросхема стабилизатора питания с элементами фильтрации и ограничения. Были оставлены индикаторные светодиоды для визуального контроля работоспособности микроконтроллера. 

На плате возле контактных площадок цифрами были отмечены соединённые с этими местами соответствующие выводы микроконтроллера:

Принципиальная схема того, что осталось на плате, выглядит следующим образом:

Этого достаточно для последующей проверки портов ввода-вывода микроконтроллера. Через COM-программатор с помощью программы Uniprof в программную флэш-память микроконтроллера был загружен тестовый HEX-файл и были выставлены необходимые FUSE-биты:

Данная тестовая программа с определённым периодом устанавливает выходной уровень на портах микроконтроллера с низкого на высокий, и наоборот. Это наглядно видно по установленным на плате индикаторным светодиодам:

Питание микроконтроллера осуществлялось от программатора с отключённым выводом "Reset" для нормального его запуска в рабочем режиме. Светодиоды подключены между портами и шиной питания +5 В, и поэтому они светятся при низком выходном уровне и гаснут при высоком. Стрелочным вольтметром были проверены остальные порты микроконтроллера и все они оказались работоспособны:

В другой статье Я расскажу как можно использовать данную плату с микроконтроллером и как очень просто написать и скомпилировать для неё программу в среде Arduino IDE. Сейчас же вернёмся к электроприводу и коротко рассмотрим механическую часть.

Механизм электропривода состоит из пяти шестерёнок, установленных на металлических осях и передающих движение от самой маленькой, которая закреплена на оси двигателя, к самой большой, на которой имеется червячная передача, поднимающая и опускающая пластину, управляющую клапаном:

В качестве источника энергии используется электродвигатель переменного тока UAT1:

Неисправный электропривод был заменён на новый такого же типа:

На новом электроприводе видно, что на месте выгорания установлен разъём питания и сигнала, а возле него запаяны стабилитрон и переключающие диоды:

Причиной возгорания мог быть плохой контакт в разъёме, превышение питающего напряжения, или же заклинивание двигателя. Кстати это оказалось самой частой причиной выхода из строя данных электроприводов. Таким образом за три года эксплуатации было заменено до пяти электроприводов, и у всех была выгоревшая указанная часть печатной платы возле разъёма.

Всем спасибо за внимание, задавайте вопросы, оставляйте отзывы и пожелания. Подписывайтесь на статью, так как в дальнейшем Я расскажу и покажу как писать и компилировать программу для данной платы с микроконтроллером ATmega88 в среде Arduino IDE и что нужно сделать для того, чтобы запустить двигатель SAIA UAT1 от постоянного напряжения и управлять направлением и скоростью его вращения. После выхода новых статей здесь будут добавлены ссылки на них.

Теги:

• AVR
• Микроконтроллер
• Шаговый двигатель
• Ремонт