Главная » Промышленная электроника
Призовой фонд
на январь 2020 г.
1. 1000 руб
Сайт Паяльник
2. 200 руб.
От пользователей

Восемь пьезокнопок по трём проводам

В производственных помещениях, где перерабатывается влажная слизистая продукция, рабочие мокрыми руками с помощью кнопок управляют различными механизмами: транспортёрами, вакуумниками, мясорубками и т. п. Ремонтному персоналу приходится сталкиваться с определённым недугом: электромеханические кнопки управления перестают функционировать, часто заедают, контакты загрязняются. Для защиты таких электромеханических кнопок применяют защитные силиконовые колпачки, но и они служат недолго. Практика показала, что спустя какое то время в силиконе образовываются трещины, через которые попадает жижа и кнопки снова приходят в негодность.Чтобы модифицировать данный процесс пришлось применить пьезокнопки. Эти кнопки хороши тем, что могут эксплуатироваться в условиях экстремальных воздействий окружающей среды. Для управления несколькими исполнительными механизмами на расстоянии, возникает необходимость устанавливать соответствующее количество пьезокнопок и тянуть пучок проводов. Тем более если пьезокнопка с подсветкой, то нужно обеспечить питание для индикаторного светодиода, который встроен в кнопку. И чем больше кнопок, тем больше нужно протягивать жил, проводов для работы этих кнопок. В этой статье речь пойдёт об устройстве, с помощью которого можно будет организовать связь между кнопками и реле по трём проводам, тем самым убавить количество проводов до минимума! Связь между пультом управления и блоком исполнительного реле осуществляется с помощью трёхжильного кабеля. 1 - питание, 2 - сигнал, 3 - общий.

См. структурную схему устройства: при нажатии на первую верхнюю зелёную кнопку срабатывает первое верхнее реле и его контакты удерживаются в течении 500 мс, затем отпускаются. Все кнопки и реле идентичны. Питается пульт управления через кабель напряжением 5в.

Пульт управления состоит из восьми пьезокнопок, заключённых в герметичную коробку из нержавеющей стали, из которой через гермоввод выходит трёхжильный провод.

Коротко о пьезокнопке: функционально пьезокнопка является аналогом механической кнопки, не требующего источника питания. Она представляет собой твёрдотельный корпус, в котором отсутствуют движущиеся части. Под передней её частью находится пьезоэлемент, который реагирует на сжатие. Коммутация выполняется с помощью транзисторов, которые находятся внутри кнопки. Кроме этого в кнопке расположен индикаторный светодиод с ограничительным резистором. см. рис:

Исполнительный блок реле изготовлен на печатной плате с электронными компонентами и выходными реле.

Рассмотрим электрическую принципиальную схему пульта управления:

Сердцем пульта управления является микроконтроллер PIC16F628A. Пъезокнопки подключены к соответствующим входам МК и зашунтированы помехозащищёнными конденсаторами 0,1 мк. Светодиоды пьезокнопок подключены к соответствующим выходам МК. Так как ограничительные резисторы для светодиодов находятся непосредственно внутри кнопок, поэтому на схеме отсутствуют. При нажатии на какую либо из кнопок на входах МК появляется низкий уровень. МК обрабатывает сигнал и посылает на соответствующий индикаторный светодиод прерывистый импульс, который вызывает кратковременное мерцание светодиода, в знак того, что сигнал от кнопки получен, а c вывода (выв. 16) снимается сигнал - закодированная пачка импульсов, см рис:

Сигнал через развязку, выполненную на оптопаре PC817, поступает на базу транзистора КТ209А, коллектор которого подключен к выходной клемме устройства. Питается схема через кабель от блока исполнительного реле.

Схема исполнительного блока реле так же выполнена на микроконтроллере PIC16F628A, изображена на рисунке:

Питается схема исполнительного блока реле от источника стабилизированного напряжения 12 в, 500 мА. Это напряжение необходимо для питания электромагнитных реле постоянного тока. Напряжение с питающей клеммы поступает на блокировочный конденсатор и на шину питающую реле, а от туда на линейный стабилизатор напряжения, выполненный на микросхеме L7805. С выхода стабилизатора, преобразованное напряжение 5 в поступает на (выв. 14) микроконтроллера PIC16F628A. В состоянии покоя схема находится в ждущем режиме. Как только на пульте управления будет нажата любая кнопка, закодированный сигнал поступит на вход устройства, через защитную оптопару на вход микросхемы (выв.4). Микроконтроллер опознает посланный сигнал, откроется транзистор, сработает соответствующее реле и своими контактами включит исполнительный механизм - магнитный пускатель, например. Вспыхнет индикаторный светодиод.

Печатная плата исполнительного блока реле выполнена из одностороннего стеклотекстолита толщиной 1,5 мм, размеры 85х115 мм:

Печатная плата пульта управления выполнена из одностороннего стеклотекстолита толщиной 1,5 мм, размеры 40х60 мм:

Для удобства подключения пьезокнопок в плату впаяны зажимные клеммники, которые снял с использованных плат ПРА люминесцентных ламп:

Подключение кнопок к блоку управления: очевидно, что у пьезокнопок очень много проводов и тянуть такой пучок до щита управления было бы не целесообразно.

Схема подключения исполнительного блока реле, практическое применение: в данном блоке используются реле NRP07-C12D с переключающей контактной группой. На примере показана пусковая схема двигателя транспортёра. В состоянии покоя катушки реле находятся в обесточенном состоянии. В нижнем реле с зелёным светодиодом используется открытый контакт, а в верхнем реле (на рисунке второе с низу) с красным светодиодом используется закрытый контакт. При нажатии на кнопку "пуск" пульта управления на исполнительном блоке срабатывает нижнее реле и вспыхивает зелёный светодиод. Фазное напряжение через нормально закрытый контакт верхнего реле, затем через замкнувшийся контакт нижнего реле поступает на катушку магнитного пускателя, который срабатывает и своим блок-контактом блокируется. Запускается транспортёр. При нажатии на кнопку "стоп" пульта управления срабатывает верхнее реле, вспыхивает красный светодиод, контакт размыкается, цепь рвётся, пускатель возвращается в исходное состояние и двигатель транспортёра останавливается.

Особое внимание следует уделить цепочке защиты от индуктивных выбросов. Параллельно катушкам реле подключены защитные диоды 1N4004, которые защищают выходные транзисторы от импульсного всплеска в момент отключения реле. Также немаловажно установить снабберную цепь параллельно катушке магнитного пускателя - резистор 39 Ом последовательно с конденсатором 0,1мк. В противном случае система может дать сбой.

Пульт управления с кнопками установлен в цехе:

Детали

Все выводные компоненты размещены на основной лицевой стороне печатных плат. Со стороны дорожек припаяны планарные резисторы и конденсаторы. Если вас не пугают габариты печатных плат, то можно использовать компоненты других типов, но тогда придётся изменить чертежи печатных плат. Вместо диодов 1N4004 подойдут диоды 1N4004-1N4007 или отечественные аналоги КД243Г, Д226Б. Транзисторы КТ815 можно заменить на КТ817, BD135, BD137, BD139. Транзистор КТ209А заменим на КТ361Б. Электролитические конденсаторы на напряжение не ниже 16в. В качестве соединительного кабеля можно использовать трёхжильный провод ПВС 3Х0,75. В качестве блока питания использовал импульсный источник 220/12в - выходной ток 1,25А

Правильно собранная конструкция после прошивки МК начинает работать сразу и в настройке не нуждается.

При работе и сборке соблюдайте ПРАВИЛА ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТИ!

Список радиоэлементов

Обозначение Тип Номинал Количество ПримечаниеМагазинМой блокнот
MK МК PIC 8-бит
PIC16F628A
2 Поиск в Utsource В блокнот
V Биполярный транзистор
КТ815А
8 n-p-nПоиск в Utsource В блокнот
V Биполярный транзистор
КТ209А
1 p-n-pПоиск в Utsource В блокнот
R Резистор
680 Ом
1 0,25 ВтПоиск в Utsource В блокнот
R Резистор
2.2 кОм
2 0,25 ВтПоиск в Utsource В блокнот
R Резистор
3.6 кОм
8 0,25 ВтПоиск в Utsource В блокнот
R Резистор
47 кОм
8 0,25 ВтПоиск в Utsource В блокнот
R Резистор
510 Ом
1 0,25 ВтПоиск в Utsource В блокнот
R Резистор
6.8 кОм
1 0,25 ВтПоиск в Utsource В блокнот
R Резистор
33 Ом
1 0,25 ВтПоиск в Utsource В блокнот
R Резистор
1.5 кОм
1 0,25 ВтПоиск в Utsource В блокнот
С Электролитический конденсатор100 мк3 16 вПоиск в Utsource В блокнот
С Конденсатор0.1 мк9 63 вПоиск в Utsource В блокнот
С Конденсатор0.047 мк1 63 вПоиск в Utsource В блокнот
Р РелеNRP07-C12D8 12 вПоиск в Utsource В блокнот
Д Выпрямительный диод
1N4004
8 1 А, 400 вПоиск в Utsource В блокнот
VD Линейный регулятор
L7805AB
1 5 вПоиск в Utsource В блокнот
U Оптопара
PC817
2 Поиск в Utsource В блокнот
КН Пьезокнопка зелёнаяIP684 NOПоиск в Utsource В блокнот
КН Пьезокнопка краснаяIP684 NOПоиск в Utsource В блокнот
Конденсатор0.1 мк 630в1 снабберПоиск в Utsource В блокнот
Резистор
39 Ом 1Вт
1 снабберПоиск в Utsource В блокнот
Добавить все

Скачать список элементов (PDF)

Прикрепленные файлы:

Теги:

Опубликована: 0 0
Я собрал 0 Участие в конкурсе 1
x

Оценить статью

  • Техническая грамотность
  • Актуальность материала
  • Изложение материала
  • Полезность устройства
  • Повторяемость устройства
  • Орфография
0

Средний балл статьи: 5 Проголосовало: 1 чел.

Комментарии (24) | Я собрал (0) | Подписаться

0
Публикатор #
На форуме автоматически создана тема для обсуждения статьи.
Ответить
0
BARS_ #
А почему обычные кнопки вдруг стали пьезокнопками? Ну и конденсаторы не помехозащищенные, а помехозащитные.
Ответить
+1

[Автор]
Shida #
Ошибаетесь. В схеме применены пьезокнопки со светодиодной подсветкой.
Ответить
0
BARS_ #
Тогда в чем их отличие от обычных?
Ответить
0
СЕРГЕЙ #
Всё-таки хорошо бы указать тип кнопок, потому что по поиску нахожу только пьезокнопки для бассейнов. А там минимальный ценник 8500 руб за штуку.
Ответить
0

[Автор]
Shida #
Да, не дешёвые, скажу я вам. https://pool.msk.ru/catalog/attrakciony-dlya-basseyna/upravlenie-i-avtomatika/sensornaya-knopka.html
Отредактирован 19.11.2019 16:36
Ответить
0
Критик #
"Открытый колектор", разве?
Исполнение АС комутации не электробезопасное.
Подача 5V на терминал тоже не электробезопасное.
Галваническая развязка тоже не полная.
Ответить
0

[Автор]
Shida #
Открытый коллектор - это коллектор, оторванный от схемы. Когда вы к открытому коллектору подключите ваш вход, ваш вход станет частью схемы этого транзистора, и транзистор будет управлять потенциалом на вашем входе. См. ссылку: https://partners.bolid.ru/forum/forum_18947.html
Ответить
0
Андрей #
Еще бы добавить в схему возможность срабатывать реле как кратковременно (по принципу нажал и срабатывает до тех пор пока не отпстил) так и по принципу нажал - включилось, второй раз нажал - выключилось..... было вообще универсальное решение. А если для каждого канала отдельно можно было сконфигурировать реакцию на нажатие (например теми же перемычками) то то вообще была бы сказка.
Ответить
0
Критик #
"Открытый колектор" подразумевает "короткое на общий", а не подпитку током....
На счет "правильно и надежно" труно судить при закрытом коде и алгоритме...
Ответить
0

[Автор]
Shida #
Подразумевайте пожалуйста, это ваше право. Если уж на то пошло, то вы говорите об открытом транзисторе, который в момент насыщения имеет проводимость с эмиттером. Открытый коллектор, это когда вывод транзистора, а именно коллектор висит в воздухе и никуда не подключен.
Отредактирован 21.11.2019 06:11
Ответить
0
Владимир Макарчик #
Два оптрона - неоправданно бестолковое решение, которое не имеет никакого технического обоснования.
Ну если только запитывать кнопочную станцию от отдельной обмотки трансформатора БП или от отдельного БП. А так смысла совсем нет.
Да и всегда такие вещи делают просто цепочкой последовательных резисторов которые шунтируют кнопки... Так везде реализовано в аудиоаппаратуре, автомагнитолах, телевизорах и т д и т п.
Самое простое - источник опорного напряжения, набор резисторов и АЦП (можно самые простые и дешевые которые используют в линейных индикаторах) и на выходы АЦП исполнительные реле.
Схема проста как две копейки, проста и надежна, обладает большой помехоустойчивостью и позволяет каскадировать включение микросхем для увеличения команд.
Сложно сделать легко, интереснее сделать проще
Например LM3915
Ответить
0
Олег Богомолов #
Без оптронной развязки очень часто слетает прошивка - проверено временем.
Ответить
0

[Автор]
Shida #
Микросхемы LM3914, LM3915 и LM3916 позволяют создавать светодиодные индикаторы с различными характеристиками — линейной, растянутой линейной, логарифмической. Это прекрасно подходит для контроля аудиосигнала в звуковоспроизводящей аппаратуре.
Я бы не рекомендовал использовать эти микросхемы для управления технологическими процессами на предприятии.
Ответить
0
Владимир Макарчик #
А постоянно слетающие прошивки - это нормально?

Индикаторная микросхема - для примера, хотя они работают десятками лет без всяких проблем в схемах стабилизации напряжения в окружении сильных помех от мощных трансформаторов, симисторов и больших комутируюмых токов.. Если и бояться помех, то применение микроконтроллеров - последнее дело.
Ответить
0
Олег Богомолов #
Вот поэтому автор и применил все меры, для предотвращения сбоя работы микроконтроллера - оптронную развязку, блокировочные конденсаторы в цепях питания и на входах кнопки зашунтированы защитными конденсаторами.
Ответить
0
Владимир Макарчик #
Вот пример
Прикрепленный файл: stabseti2.gif
Ответить
0
Владимир Макарчик #
И управление на LM3914
Прикрепленный файл: 0e8-stab_seti0e8f8.png
Ответить
0
Критик #
LM3914 одна не потянет, к ней ещё нужна задержка и оконный компаратор, ибо будет "бегушка" по пускачям двигателям и т.п.
Ответить
0

[Автор]
Shida #
LM391- не для данного проекта. Елочные гирлядны на ней собирать, да светодиодные маячки. И применение схемы с цепочкой резисторов, как порекомендовал Макарчик - тоже не годится. Контакты кнопок могут быть загрязнены и вносить искажения на вход АЦП. Например, вместо второго пускателя возможно сработает первый, из за грязи на контактах кнопок, определит команду не верно... Здесь ведь речь идёт о кнопках на промышленных предприятиях, а не кнопках в бытовых магнитофонах, где царит чистота и отсутствует влага.
Отредактирован 22.11.2019 08:56
Ответить
0
Владимир Макарчик #
Ага, нет ни алаги ни пыли в автомагнитолах....
Тем более что автор применил пьезо кнопки у которых нет контактов и нечего загрязнять. Что вы прицепились к LMкам, я привел просто пример. А слетевшая прошивка или заглючная, не наделает бед в производстве?
Если уж делать то совсем отказаться от любой электроники и делать все чисто на реле пускателей. А количество жил в кабеле продетого в металлорукав в принципе не важно.. Три или десять, когда речь о стабильной работе то экономить в проводах смысла нет.... Это не сотни контактов нет большой экономии... А задавит завтра автора машина и кто будет разбираться??? Выкинут все и поставят обычые кнопки.
И кстати, для схем а АЦП сопротивление контактов неимеет никакого влияния.. Что единицы ом, что десятки килоом. Так как мы снимаем напряжение с резистивного делителя то ток протекающий по коммутирующем контактам очень маленький.. Потому применяют в схемах и с механическими контактами и с токопроводдящей резиновой клавиатуре, где сложно нормировать сопротивление замкнутых контактах.
Если уж сильно заморачивпться для супер надежности и взрывозащиты то можно применить обычные пневмо кнопки... Тут нажал там включилось. Как устроена на всех приборах с повышанной влажностью.
Ну и еще один вариант... У вас вместо проводов - оптоволоконный кабель. С одной стороны источник света приходит, у вас чисто механические выключатели, хоть шаровые краны, и на другой стороне оптоприемники.
И все.... Ни контактов, ни влаги, взрывобезопастность и прочее.... Тупое применение МК уже не интересно...
Ответить
0

[Автор]
Shida #
Придавить может любого рабочего, который не соблюдает технику безопасности. Тип и конструкция кнопок здесь не причём. Цель этого проекта - уйти от пучка проводов и заменить обычные кнопки более надёжными пьёзокнопками, которые не требуют ухода. И эта задача выполнена. На микроконтроллере схема отличается высокой надёжностью, содержит минимальное количество компонентов в обвязке и не требует настройки по сравнению с LM.
Отредактирован 23.11.2019 12:48
Ответить
0
Критик #
Какая тут надежность, когда мк запитан прямо с кабеля, на который имеется влияние мочных наводок от промышленных приборов? Тема утечек 220..380в по плате тоже не раскрыта. О собаке в мк тоже умолчано.
Ответить
0
Олег Богомолов #
А по моему мнению автор применил МК целенаправленно. Схема удобна в повторении. Если радиолюбитель имеет элементарные азы умения прошивать МК, то спокойно может повторить конструкцию. Тем более, что данный МК pic16f628a доступен и ему цена меньше сотни рублей.
Ответить
Добавить комментарий
Имя:
E-mail:
не публикуется
Текст:
Защита от спама:
В чем измеряется электрическое сопротивление?
Файлы:
 
Для выбора нескольких файлов использйте CTRL

Конструктор - Гитарная педаль Remote Delay 2.5
Конструктор - Гитарная педаль Remote Delay 2.5
Конструктор - темброблок на LM1036 Конструктор: DDS генератор сигналов
вверх