Pokračujem v mojej teraz už poloregulárnej práci na zapájaní rozvádzača a ocitol som sa v zaujímavej situácii. Dokumentácia k produktu obsahovala nasledujúcu schému:
Schéma ukazuje odporúčané zapojenie medzi riadiacim systémom — v tomto prípade PLC — a samotným zariadením. Budem ho označovať ako zariadenie, hoci skúsené oko si môže všimnúť popisy vstupov a rozpoznať, že ide v skutočnosti o ovládač krokového motora. O krokových motoroch som začal písať tu a neskôr tu, tento príspevok je však všeobecnejší a dá sa preniesť aj na iné zariadenia so vstupmi.
Schéma konkrétne hovorí o vstupoch zariadenia v konfigurácii so spoločnou katódou, v žargóne priemyselnej automatizácie bežne označovanej jednoducho ako „PNP”. Na schéme ani na zapojení samotnom nie je nič chybné.
Rezistory v rozvádzači #
Väčšina vecí súvisiacich s rozvádzačmi a PLC pracuje okolo nominálnej hodnoty 24 VDC. 24 VDC sa uplatňuje ako napájacie napätie aj ako napätie diskrétnych signálov. Zo schémy vyššie je však zrejmé, že zariadenie bolo navrhnuté aj pre signály 5 V. Tie sú historicky bežné pre elektroniku s logikou TTL.
Popis pod schémou ukazuje, že vnútorný prúdovo obmedzujúci rezistor pre optočleny vo vnútri zariadenia je dostatočne veľký pre vstupy 5 V. Tu je však háčik. Vnútorné rezistory nemusia stačiť pri vyšších úrovniach signálu. Pre výrazne vyššie napätia — konkrétne 24 V — dokumentácia odporúča pridať externý sériový rezistor 3K, inak by dióda optočlenu mohla zhorieť a trvalo poškodiť vstup.
Hodnota vnútorného rezistora #
Bez akýchkoľvek meraní vypočítajme najpravdepodobnejšiu hodnotu použitého vnútorného rezistora. Majte na pamäti, že ide o odhadované hodnoty. Väčšina bežných optočlenov pracuje bezpečne pri prúde diódou od 2,5 mA do približne 25 mA a bezpečne znáša krátke vrcholy okolo 50 mA.
Predpokladajme, že pri vstupnom signáli 5 V tečie diódou asi 10 mA. Aká je hodnota vnútorného rezistora?
5 V / 0.010 A = 500 ohm
Výpočet skutočného rozsahu hodnôt rezistora pre signály 5 V nám dáva nasledujúcu tabuľku upravenú na štandardné hodnoty rezistorov:
| ohmy | prúd | popis |
|---|---|---|
| 220 | 22,73 mA | minimálny rezistor |
| 470 | 10,64 mA | bezpečná hodnota |
| 1k | 5,00 mA | vrátane 3,3 V |
| 2k2 | 2,78 mA | maximálny rezistor |
Ak je zariadenie schopné pracovať so signálmi 3,3 V, hoci to dokumentácia nespomína, maximálna hodnota vnútorného rezistora je obmedzenejšia:
3.3 V / 0.0025 A = 1320 ohm
Dostupná štandardná hodnota je 1k2, ale 1k je oveľa pravdepodobnejšia. Vzhľadom na vyššie uvedené je pravdepodobne bezpečné predpokladať, že hodnota vnútorného rezistora sa pohybuje niekde od 220 ohmov do 1k, možno, ale nie veľmi pravdepodobne, až do 2k2.
Signály 24 V #
Vypočítajme, čo by sa stalo pri použití externého rezistora a aplikovaní signálov 24 V:
| ohmy | prúd | popis |
|---|---|---|
| 220 | 109,09 mA | dióda vyprážaná |
| 470 | 51,06 mA | dióda v nebezpečí |
| 1k | 24,00 mA | dióda na hranici svojich limitov |
| 2k2 | 10,91 mA | dióda v bezpečí |
Je veľmi pravdepodobné, že rozumný návrhár zvolil hodnotu 1k pre vnútorný rezistor, keďže je tak bezpečné použiť ho pre napätia od 3,3 V až trochu nad 24 V a všetko medzi tým, vrátane 5 V a 12 V. Prečo sa teda pre signály 24 V odporúča externý rezistor 3k?
Záhada externého rezistora 3k #
Prepočítajme tabuľku pre signály 24 V s externým rezistorom 3k:
| vnútorný R | externý R | ohmy | prúd |
|---|---|---|---|
| 220 | 3k | 3220 | 7,45 mA |
| 470 | 3k | 3470 | 6,91 mA |
| 1k | 3k | 4k | 6,00 mA |
| 2k2 | 3k | 5k2 | 4,62 mA |
Bez ohľadu na hodnotu vnútorného rezistora sú všetky hodnoty prúdu dobre v bezpečnom rozsahu.
Máme čísla, čo teraz? #
Čísla sú pekné, ale je tu aj praktickejší problém. Kam umiestniť skromný rezistor v rozvádzači? Aj iní sa pýtajú presne túto otázku. Najlepšie riešenie, ktoré som našiel pre ľahkú dokumentáciu rozvádzača, pričom je zároveň reprodukovateľný a opraviteľný inými, je použiť WAGO 289-114 s 288-001 a 288-002. Aby si to nemusel hľadať, vyzerá to takto:
Tieto tri sa dajú namontovať na DIN lištu, čo je takmer nevyhnutnosť pre väčšinu rozvádzačov, s ktorými som sa stretol. Je tam 8 rezistorov a svorkovnice na zapojenie káblov. Svorkovnice WAGO 236 vyžadujú na vloženie vodičov špeciálny páčkový nástroj, ale dá sa to urobiť aj plochým skrutkovačom ak je núdza, hoci na svorkách zostanú viditeľné stopy.
Je tu iba jedna výhrada — 289-114 obsahuje rezistory s nominálnou hodnotou 2k7, nie 3k odporúčané pre naše zariadenie. Bude to mať vplyv? Pravdepodobne to vieš, ale pre úplnosť, tu je výpočet:
| vnútorný R | externý R | ohmy | prúd |
|---|---|---|---|
| 220 | 2k7 | 2920 | 8,22 mA |
| 470 | 2k7 | 3170 | 7,57 mA |
| 1k | 2k7 | 3k7 | 6,49 mA |
| 2k2 | 2k7 | 4k9 | 4,90 mA |
Teda bude to fungovať s 2k7 namiesto externých rezistorov 3k pri signáloch 24 V? Rozhodne.
Toto je 97. príspevok #100daystooffload.