电路控制系统和执行单元之间总有一个接口电路或接口单元,用来转换或缓冲控制指令,再传给执行单元,去完成控制任务。若接口单元电路结构形式不佳.则会出现控制信号不能传输、不匹配、不线性、有干扰等问题,影响任务的执行。
多种多样的工业控制和执行单元的电路接口,均是一个强弱电的转换问题,其结构基本有四种:仪表控制方式、PLC控制方式、计算机控制方式.以及以上三种的混合控制方式等。就其输出控制而言,是一个弱电信号,需要足够的驱动力,才能、带动强电执行单元。
简单地说,控制输出方式常见的有:开关量输出、标准信号输出、模拟量输出等:但和执行单元的接口,存在一个匹配问题,有的需要转换,有的需要隔离。本文主要就仪表、PLC变频器等元件常遇到的问题,提出一些看法和简单的解决措施。
一、开关量输出
1.防止输出触点颤抖的问题
用小继电器输出无源接点信号,控制和执行单元之间无电的联系,既完成了开关信号的传输,又有隔离作用(无源输出,简单地说,是指控制系统的输出信号和接收的接口单元之间无公共电源的情况)。这个方式简单有效、无干扰,用得最多。
在弱电控制系统中的最终驱动方式,基本是oc输出后带小继电器,如图1所示。图2是达林顿输出,图3是光电隔离输出。大家一般会注意在继电器线圈两端加续流二极管或者RC环节,以解决继电器线圈闭合断开的灵敏性及感性线圈的反电势,减少对弱电控制系统的干扰等。
但是容易忽略输出触点的颤抖问题。应该在接收接口单元内,对其输出触点采用RC积分环节或者延时措施,防止触点颤抖带来的问题。图4中,在小继电器J12触点两端并联了一个接触器KM1的自保触点.有效地防止了小继电器J12输出触点的颤抖问题。图5是一个固态继电器方式,用一个RC积分环节来防止触点颤抖。
2.输出处的泄漏电流问题
和仪表或者PLC的接口电路也可以直接连接,而不赛小继电器。控制系统输出的具体电路,一般是一只晶体管或者小晶闸管,如图6所示。当和接口单元直接连接时(若不采用光耦隔离),这个晶体管或者小晶闸管输出处的泄漏电流应该较小。否则,接口电路中的接口元件,可能将泄漏电流输出所得的电压降解释为一个“接通”命令。作为用于带有较高泄漏电流的控制系统输出的补救措施,可将一个RC元件并联在接口单元的输入端子之间,旁路泄漏,消除误动作。
无触点输出:当输出的开关信号频率较快时,继电器的响应时间跟随不上,就不能用继电器输出。例如,当电加热炉控制温度的灵敏度较高时,继电器和接触器就跟不上动作的响应,继电器相接触器频繁的断开和闭合,拉弧严重,并且很快就会损坏。故此时只能是电子元件接口,如图3或图5所示的电子元件和电力电子器件间就无拉弧现象,相对损耗减小了。
3.开关信号频率的响应问题
简单的电加热炉子控制温度的方式,采用固态继电器作接口电路(图3或图5.取代继电器的过渡),去驱动可控硅执行组件。在电加热过程中;这个固态继电器就是一个接口电路,自身不作控制处理,完全受温度信号的控制,是~种最简单的方式。其固态继电器元件有两种:a.任意触发的原理,如图5所示:b.过零触发的原理,如图7所示。选择时加以区分,最好采用过零触发的固态继电器.对电网电源干扰小。
图7的电路原理是.利用反并联可控硅的控制极搭接,漏电流自触发而导通。整流桥U1~U4检出直流电(U5、U6为引导二极管,避免可控硅的漏电流不够).作为三极管的工作和同步电源。在光耦有信号时.U9截止,小可控硅U7导通(二极管U1~U4和小可控硅U7的组合,也叫作交流桥),漏电流通路形成,对应外面的大可控硅导通。当可控硅的漏电流波形整流电压的幅度增大时,电阻R4、R5的分压使三极管Ul0导通,U7截止,对应外面的大可控硅也截止。这样,只是在整流波形(馒头波形)电压的过零附近.Ul0截止.U7才能导通,所以称为过零触发。
这种所谓过零触发,适宜在简单的场合中使用,而比较多的是采用可控硅调功器的方式进行控制。
现在常用的PWM占空比控制和CYC-变周期控制,均为过零触发,而不太用调压控制。单台电炉时多用PWM方式,多台电炉时采用CYC方式,以减少对外的干扰。这种接口电路专门用于炉子的电气控制,称为周波控制器,再接带固态继电器的可控硅模块,对于大功率可控硅模块时,要增加大功率扩展驱动板,如图8所示。
总之,接口电路是多种多样的,只要注意信号匹配、信号转换、线性处理、两者电源不“打架”,或者采用隔离等办法,就能顺利解决。