CS229187B1

CS229187B1 - Connection of program controlled galvanically isolated phase switch with built-in electronic fuse of adjustable level

Info

Publication number: CS229187B1
Application number: CS114083A
Authority: CS
Inventors: Frantisek Ing Krejci
Original assignee: Frantisek Ing Krejci
Priority date: 1983-02-21
Filing date: 1983-02-21
Publication date: 1984-06-18

Abstract

Účelem vynálezu zapojeni programově řízeného galvanicky odděleného fázového spínače s vestavěnou elektronickou pojistkou nastavitelné úrovně je (jednoduchým způsobem programové řízeni akčního členu s podmínkou galvanického odděleni pracovní země řídicího mikroprocesorového systému od země technologického procesu, s využitím zejména při řízení akčních členů technologického procesu u pracovních strojů v reálném čase. Toho se dosáhlo vhodným zapojením eběrnicového výstupu mikroprocesorového systému s obvody vyrovnávací paměti, optoizolačními členy a obvodu fázového řízení. Řídicí signály z mikroprocesorového systému v binárním tvaru jsou přechodně uchovány v obvodech vyrovnávací paměti a dále zavedeny na vstupy optoizolačních členů, čímž je splněna podmínka galvanického odděleni pracovní země řídicího mikroprocesorového systému a technologického procesu. Na váhových odporech zapojených v emitorech optoizolačních členů se generuje požadovaná řídicí napěťová úroveň, která s využitím funkce obvodu fázového řízení, řídí úhel otevření triaku, a tím i velikost požadované hodnoty pracovního proudu řízeného akčního členu technologického procesu. Funkci proudové ochrany nastavitelné úrovně plní optoizolační člen, zapojený v obvodu triaku.The purpose of the invention of the connection of a program-controlled galvanically isolated phase switch with a built-in electronic fuse of adjustable level is (in a simple way) program control of the actuator with the condition of galvanic separation of the working ground of the control microprocessor system from the technological process ground, with use especially in controlling the actuators of the technological process in working machines in real time. This was achieved by appropriately connecting the bus output of the microprocessor system with buffer memory circuits, opto-isolation elements and a phase control circuit. Control signals from the microprocessor system in binary form are temporarily stored in the buffer memory circuits and further introduced to the inputs of the opto-isolation elements, thereby fulfilling the condition of galvanic separation of the working ground of the control microprocessor system and the technological process. The required control voltage level is generated on the weight resistors connected in the emitters of the opto-isolation elements, which, using the function of the phase control circuit, controls the opening angle of the triac, and thus the size of the required value of the working current controlled actuator of the technological process. The function of current protection of adjustable level is performed by an opto-isolation element connected in the triac circuit.

Description

Vynález se týká zapojení programově řízenéhoygalvanicky odděleného fázového spínače s vestavěnou elektronickou pojistkou nastavitelné úrovně s využitím zejména při programovém,fázovém řízení akčních členů technologického procesu·The invention relates to the connection of a program-controlled, galvanically separated phase switch with a built-in electronic fuse of an adjustable level, used in particular for the program, phase control of actuators of a technological process.

Dosud známá zapojení fázových spínačů., která se používají pro řízení akčních členů technologických procesůjvyužívají vlastností klasických číslicově-analogových převodníků¹, zadávacích potenciometrŮ, transformátorových oddělovacích vazeb. Tento způsob zpracování řídicích signálů již nevyhovuje při návrzích interfaceových modulů řídicích mikroprocesorových systémů z hlediska funkčního montážního prostoru, pracovní rychlosti, způsobu zpracování řídicího signálu, galvanického; oddělení pracovní země řídicího mikroprocesorového systému od země akčního členu řízeného technologického procesu a zejména spolehlivosti, která je při řízení v reálném čase nutným předpokladem·The hitherto known phase switch connections, which are used to control actuators of technological processes, utilize the features of conventional digital-to-analog converters ¹ , input potentiometers, transformer isolation couplings. This method of control signal processing no longer satisfies the design of interface modules of control microprocessor systems in terms of functional mounting space, working speed, control signal processing method, galvanic; Separation of the working ground of the control microprocessor system from the ground of the actuator of the controlled technological process and especially the reliability, which is a prerequisite for real-time control.

Podle vynálezu/zapojení programově řízenéhoj galvanicky odděleného fázového spínače s vestavěnou elektronickou pojistkou nastavitelné úrovně podstata spočívá v tom, že sběrnicový výstup z řídicího mikroprocesorového systému je připojen na vstup vyrovnávací paměti, přičemž jednobitové výstupy z vyrovnávací paměti jsou připojeny na anody diod prvého, druhého, třetího a čtvrtého· optoizolačního členu a Že katody diod prvého, druhého:, třetího a čtvrtého optoizolačníhu Členu jsou připojeny přes pracovní odpory na pracovní zemAccording to the invention / connection of a program-controlled galvanically separated phase switch with a built-in electronic fuse of an adjustable level, the essence is that the bus output from the control microprocessor system is connected to the buffer input, the single bit outputs from the buffer are connected to the anode diodes the third and fourth optoinsulating members and that the cathodes of the diodes of the first, second: third and fourth optoinsulating members are connected through working resistors to the working ground

228 187 řídicího mikroprocesorového systému, čímž je splněna podmínka galvanického oddělení pracovní země řídicího systému od země technologického procesu, přičemž emitory tranzistorů, prvého, druhého, třetího a čtvrtého optoizolačního členu jsou připojeny přes váhové odpory na desátý vstup integrovaného obvodu fázového řízení}do kterého se zavádí řídicí napěťová úroveň, která s využitím funkce integrovaného obvodu fázového řízení řídí úhel otevření triakuja tím I požadovanou hodnotu pracovního proudu řízeného akčního členu a současné na vstup prvého a druhého časovacího odporu a jednu stranu prvého kondenzátorů, přičemž kolektory tranzistorů prvého, druhého, třetího a čtvrtého optoizolačního členu jsou připojeny přes kolektorový odpor na prvý vstup integrovaného obvodu fázového řízení, a že výstup prvého časovacího odporu je připojen přes prvý kondenzátor na druhý vstup integrovaného obvodu fázového řízení a současně na anodu prvé diody a třetí vstup integrovaného obvodu fázového řízení, přičemž katoda prvé diody je připojena současně na druhý vývod druhého kondenzátorů a kolektor tranzistoru pátého ópto— izolačního členu, a že emitor tranzistoru pátého· optoizolačního členu je připojen na druhý vývod druhého časovacího odporu, přičemž prvá anoda triaku je připojena na anodu druhé diody a vstupní vývod snímacího odporu, a že katoda druhé diody je připojena současně na vstup řídicího odporu a vstup třetího kondenzátorů, přičemž výstup řídicího odporu je připojen na anodu diody pátého optoizolačního; členu, který plní funkci galvanického oddělení potenciálu řízeného akčního členu a současně generuje řídicí signál pro funkci elektronické pojistky v případě zkratu na řízeném akčním členu, a že katoda diody pátého optoizolačního členu, je připojena přes indikační diodu do společného uzlu současně s druhým; vývodem třetího kondenzátorů, s druhým vývodem snímacího odporu a vstupní svorkou střídavého napájecího napětí a čtvrtou vstupní svorkou integrovahého obvodu fázového řízení, přičemž druhá anoda triaku je připojena přes vazební odpor na pátou vstupní svorku integrovaného obvodu228 187 control microprocessor system, which fulfills the condition of galvanic separation of the control system working ground from the technological process ground, whereby the emitters of the first, second, third and fourth optoinsulating elements are connected via weight resistors to the tenth input of the integrated phase control circuit. introduces a control voltage level that, using the phase control integrated circuit function, controls the opening angle of the triac to set the desired value of the actuator actuator current and simultaneously to input the first and second timing resistors and one side of the first capacitors; the fourth optoinsulating member is connected via a collector resistor to the first input of the phase control integrated circuit, and that the output of the first timing resistor is connected via the first capacitor to the second an integrated diode of the phase control and at the same time anode of the first diode and a third input of the integrated diode of the phase control, wherein the cathode of the first diode is connected simultaneously to the second terminal of the second capacitors and the collector of the fifth isolator; to a second terminal of the second timing resistor, wherein the first triac anode is connected to the second diode anode and the sensing resistor input terminal, and that the second diode cathode is connected simultaneously to the control resistor input and the third capacitor input, the control resistor output is connected to the fifth diode anode optoizolačního; a member that fulfills the function of the galvanic isolation of the potential of the controlled actuator and at the same time generates a control signal for the electronic fuse function in the event of a short circuit on the controlled actuator and that the cathode of the diode of the fifth optoisolator is connected via the indicator diode to the common node simultaneously; a third capacitor terminal, a second sense resistor terminal and an AC power input terminal, and a fourth phase integrated circuit input terminal, the second triac anode being coupled via a coupling resistor to the fifth integrated circuit input terminal

- 4 229 187 fázového řízení' a současně na vstup: akčního členu řízeného technologického procesu, a že výstup akčního členu řízeného technologického procesu je připojen na šestý vstup integrovaného obvodu fázového řízení a současně na vstupní svorku střídavého napájecího napětí, přičemž řídící elektroda triaku je připojena přes ochranný odpor na sedmou svorku integrovaného obvodu fázového řízení,a že osmá a devátá svorka integrovaného obvodu fázového řízení je spojena přes zpětnovazební odpor, přičemž zpětnovazební výstup řízeného technologického' procesu je připojen na vstup řídicího mikroprocesorového systému přes obvod, galvanického oddělení, a že řídicí výstup z mikroprocesorového řídicího systému je připojen na vstup řízení vyrovnávací paměti·- 4,229,187 phase control and at the same time to the input of the process control actuator, and that the output of the control process actuator is connected to the sixth input of the phase control integrated circuit and simultaneously to the AC power input terminal, the triac control electrode connected through a protective resistor to the seventh phase control integrated circuit terminal, and that the eighth and ninth phase control integrated circuit terminals are coupled via a feedback resistor, wherein the feedback output of the process control process is connected to the microprocessor control input via a galvanic isolation circuit; output from microprocessor control system is connected to buffer control input ·

Zapojení podle vynálezu odstraňuje dosavadní nevýhody a nedostatky výše uvedené a má řadu předností oproti stávajícím zapojením· Největší jeho výhodou j^;e možnost přímého programového fázového řízení akčního členu technologického přocesu mikropočítačovým sběrnicovým výstupem, galvanické oddělení pracovní země. řídicího systému od země: technologického procesu, malý montážní prostor, malý příkon· Další výhodou je možnost využití zapojení ve funkci dvouhodnotového programově řízeného spínače a možnost programového fázového řízení v uzavřené smyčce·The circuit according to the invention overcomes the previous disadvantages and drawbacks of the above and has a number of advantages over the existing circuitry ^. e possibility of direct program phase control of the actuator of the technological process by the microcomputer bus output, galvanic separation of the working ground. control system from the ground: technological process, small mounting space, low power consumption · Another advantage is the possibility of using wiring in the function of two-value program controlled switch and the possibility of program phase control in closed loop ·

Zapojení podle vynálezu je 2řejmé z připojeného vyobrazení·The connection according to the invention is apparent from the attached drawing.

Zapojení programově řízeného,galvanicky odděleného fázového spínače s vestavěnou elektronickou pojistkou nastavitelné úrovně_řsestává z řídicího: mikroprocesorového systému £, který na základě algoritmu řízení generuje požadované řídicí signály, které jsou připojeny na vstup vyrovnávací paměti přičemž jednobitové výstupy z vyrovnávací paměti 2 jsou připojeny na anody diod prvého, druhého, třetího; a čtvrtého optoizolač— ního členu 1, 2, 2» á, které plní funkci galvanického oddělení pracovní země řídicího systému 6 od země technologického procesu 21, a že katody diod prvého, druhého, třetího a čtvrtého “The wiring of a programmable, galvanically isolated phase switch with a built-in electronic fuse of adjustable level _Ř consists of a control microprocessor system 6 which, based on the control algorithm, generates the desired control signals which are connected to the buffer input. anode diodes of the first, second, third; and a fourth opto-isolating element 1, 2, 2 ' which functions as a galvanic separation of the working ground of the control system 6 from the ground of the technological process 21 and that the cathodes of the first, second, third and fourth diodes'

229 187 optoizolačního členu 1, 2, 2» A jsou připojeny.přes pracovní odpory 8, 2, 10» 11 na pracovní zem řídicího mikroprocesorového systému Jo, přičemž emitory tranzistorů prvého, druhého·, třetího a čtvrtého optoizolačního členu 1, 2, 2» A jsou připojeny na vstupy váhových odporů 12, 13, 14. 15. na kterých vzniká požadovaná řídicí napělová úroveň, a že výstupy váhových odporů 12, 12, 14, 15 jsou připojeny současně do společného uzlu s desátým vstupem d integrovaného obvodu 21 fázového, řízeni, a vstupem prvého a druhého časovacího odporu 19. 24 a vstupem druhého kondenzátoru 23. přičemž kolektory tranzistorů prvého, druhého, třetího a čtvrtého optoizolačního členu 1, 2, 2, A jsou připojeny přes kolektorový odpor 17 na prvý vstup o integrovaného obvodu 21 fázového řízení, a že výstup prvého časovacího odporu 19 je připojen do společného uzlu se vstupem prvého kondenzátoru 20 a současně se třetím vstupem f integrovaného obvodu fázového řízení 21 a s anodou prvé diody 22 a že výstup prvého kondenzátoru 20 je připojen na druhý vstup, e integrovaného obvodu 21 fázového řízení, přičemž katoda prvé diody 22 je připojena současně na druhý vývod, druhého kondenzátoru 23 a kolektor tranzistoru pátého: optoizolačního členu 2» a že emitor tranzistoru pátého optoizolačního členu 2 ΰθ Připojen na druhý vývod druhého; časovacího odporu 24« přičemž prvá anoda triaku 31 je připojena současně na anodu druhé diody 29 a vstup; snímacího odporu 30 a že katoda druhé diody 29 je připojena současně na vstup řídicího odporu 27 a vstup třetího kondenzátoru 26 a že výstup řídicího odporu 27 je připojen přes diodu pátého optoizolačního členu 2 a indikační diodu 22 ' současně do společného uzlu s výstupem třetího kondenzátoru 26 a s výstupem snímacího odporu 30 a vstupní svorkou střídavého; napájecího napětí X a čtvrtou svorkou ch integrovaného; obvodu fázového řízení 21« přičemž druhá anoda triaku 31 je připojena současně přes vazební odpor 18 na pátý vstup .g integrovaného; obvodu fázového řízení 21 a vstup akčního členu 32 řízeného technologického procesu 33 a že výstup akčního členu 32 je připojen současně na šestý vstup h integrovaného obvodu _ 6 229 187 fázového řízení 21 a svorku Y střídavého napájecího napětí, přičemž řídicí elektroda triaku 31 je připojena přes ochranný odpor 28 na sedmý výstup £ integrovaného obvodu 21 fázového řízení a že osmá a devátá svorka b, i integrovaného obvodu 21 fázového řízení je spojena přes zpětnovazební odpor 16, přičemž zpětnovazební výstup z řízeného technologického procesu 33 je připojen na vstup řídicího mikroprocesorového, systému 6 přes obvod 34 galvanického oddělení a že řídicí výstup z mikroprocesorového systému 6 je připojen na vstup· řízení vyrovnávací paměti 2·229 187 of the opto-insulating member 1, 2, 2 »A are connected.with working resistances 8, 2, 10» 11 to the working ground of the control microprocessor system Jo, the emitters of the first, second, third and fourth opto-insulating members 1, 2, 2 »A are connected to the inputs of the weight resistors 12, 13, 14. 15. at which the desired control voltage level is generated and that the outputs of the weight resistors 12, 12, 14, 15 are connected simultaneously to a common node with the tenth input d of the integrated circuit 21 , control, and input of first and second timing resistors 19, 24 and input of second capacitor 23, wherein the collectors of the transistors of the first, second, third and fourth optoinsulating members 1, 2, 2, A are connected via the collector resistor 17 to the first integrated circuit input. 21, and that the output of the first timing resistor 19 is connected to a common node with the input of the first capacitor 20 and with the third input f of the phase control integrated circuit 21 and the anode of the first diode 22 and that the output of the first capacitor 20 is connected to the second input e of the phase control integrated circuit 21, the cathode of the first diode 22 connected simultaneously to the second terminal, the second capacitor 23 and the collector transistor fifth: optoisolating member 2 »and that emitter transistor of fifth optoisolating member 2 ΰθ Connected to second terminal of the second; a timing resistor 24 ' wherein the first anode of the triac 31 is connected simultaneously to the anode of the second diode 29 and the input; the resistor 30 and that the cathode of the second diode 29 is connected simultaneously to the input of the control resistor 27 and the input of the third capacitor 26 and that the output of the control resistor 27 is connected via the diode of the fifth optoisolator 2 and the indicator diode 22 'simultaneously to a common node with the output of the third capacitor 26 and with a sensing resistor output 30 and an AC input terminal; the supply voltage X and the fourth terminal ch integrated; a phase control circuit 21 ' wherein the second triac anode 31 is connected simultaneously via a coupling resistor 18 to the fifth integrated input; phase control 21 and actuator input 32 of process control 33 and that the output of actuator 32 is connected simultaneously to the sixth input h of integrated circuit 6 229 187 of phase control 21 and AC terminal Y, the triac control electrode 31 being connected via a protective resistor 28 to the seventh output of the phase control integrated circuit 21 and that the eighth and ninth terminals b, i of the phase control integrated circuit 21 are coupled via the feedback resistor 16, the feedback output from the controlled process 33 being connected to the microprocessor control system 6 through the galvanic isolation circuit 34 and that the control output of the microprocessor system 6 is connected to the input · buffer control 2 ·

Zapojení podle vynálezu pracuje tak, že programově řízený sběrnicový výstup, z .řídicího mikroprocesorového systému 6 je připojen na vstup vyrovnávací paměti 2, která svými výstupy v požadovaném binárním tvaru aktivuje diody prvého, druhého, třetího a čtvrtého optoizolačního Členu 1, 2, 2, á* Optickou vazbou se vybudí tranzistory prvého, druhého, třetího a čtvrtého optoizolačního členu 1, 2, 2» čímž je definována přes výstupní váhové odpory 12, 13, 12, 15 požadovaná řídicí napěťová úroveň integrovaného obvodu fázového řízení 21. který ovládá přes ochranný odpor 28 v řídicí elektrodě triaku 31 úhel otevření,a tím velikost pracovního proudu na řízeném akčním členu 32 řízeného technologického procesu 23,· Hodnotu pracovního, proudu řízeného akčního členu 32 lze programově libovolně měnit dle požadavků řízeného technologického procesu 23 zapojeného přes, obvod galvanického oddělení 34 v uzavřená smyčce s řídicím mikroprocesorovým systémem 6· Případný zkrat na řízeném akčním členu 32 způsobí napěťový úbytek na snímacím odporu JO, který po usměrnění druhou diodou 29 aktivuje diodu pátého optoizolačního Členu 2· Optickou vazbou dojde k vybuzení tranzistoru pátého optoizolačního členu 2, čímž se připojí paralelně druhý časovači odpor 24 k prvému časovacímu odporu 19. Výsledná hodnota těchto odporů způsobí pokles řídicího napětí integrovaného; obvodu 21 fázového řízení do nulové hodnoty,, čímž dojde k uzavření triaku 31> Frekvence akčního zásahuThe circuit according to the invention operates in such a way that the programmed bus output from the microprocessor control system 6 is connected to the buffer input 2, which activates the diodes of the first, second, third and fourth optoinsulating members 1, 2, 2, By optical coupling, the transistors of the first, second, third and fourth optoinsulating members 1, 2, 2 are excited thereby defining the desired voltage level of the phase control integrated circuit 21 via the output weight resistors 12, 13, 12, 15. the resistance 28 in the triac control electrode 31 opening angle and thus the magnitude of the operating current at the controlled actuator 32 of the controlled technology process 23, the value of the operating current of the controlled actuator 32 can be programmatically changed according to the controlled technology process 23 Closed loop 34 with microprocessor control system 6 · A potential short circuit on the controlled actuator 32 causes a voltage drop on the sensing resistor JO, which, when rectified by the second diode 29, activates the diode of the fifth opto-isolating element 2. thereby connecting the second timing resistor 24 in parallel to the first timing resistor 19. The resulting value of these resistors causes the integrated control voltage to drop; of the phase control circuit 21 to zero, thereby closing the triac 31 '

229 187 proudové ochrany je dána hodnotou druhého Časovacíh© odporu a kondenzátoru 23. 24 a hodnotou třetího kondenzátoru 26·229 187 current protection is given by the value of the second timing resistor © and the capacitor 23. 24 and the value of the third capacitor 26 ·

Činnost ochrany je indikována světelnou diodou 25»Protection activity is indicated by LED 25 »

Výše popsané zapojení lze použít všude tam, kde je zapotřebí programově fázově řídit eventuálně dvoustavově řídit akční člen technologického procesu, s využitím nastavitelné úrovně proudové ochrany a galvanického oddělení výstupu řídicího mikroprocesorového systému od řízeného technologického procesu·The above-described wiring can be used wherever it is necessary to programmatically phase control or two-state control of the technological process actuator, using adjustable level of current protection and galvanic separation of control microprocessor system output from controlled technological process ·

Claims

Object of the invention

229 187

Wiring of a programmable, galvanically isolated phase switch with a built-in electronic fuse of an adjustable level using more than one optoinsulating element, characterized in that the bus output from the microprocessor control system C6) is connected to the buffer input C7), with single bit outputs from the buffers C 1) are connected to the anodes of the diodes of the first, second, third and fourth optoinsulating members (1, 2, 3, 4), and that the cathodes of the diodes of the first, second, third, and fourth optoinsulating members (1, 2, 3, 4) ) are connected via working resistors (8, 9, 10, 11) to the working ground of the control microprocessor system (6), the transistor emitters of the first, second, third and fourth opto-isolating elements (1, 2, 3, 4) being connected via weight resistors (12, 13, 14, 15) to the tenth input (Cd) of the phase control integrated circuit (21) and simultaneously to the input of the first and a second timing resistor (19, 24) and one side of the first capacitor (23), wherein the collectors of the transistors of the first, second, third and fourth optoinsulating members (1, 2, 3, 4) are connected via a collector resistor (17) to the first the input () of the integrated phase control circuit (21), and that the output of the first timing resistor. (19) is connected via a first capacitor (20) to a second input Ce) of the phase control integrated circuit (21) and simultaneously to the anode of the first diode (22) and a third input Cf) of the phase control integrated circuit (21); 22) is connected simultaneously

- 9 229 187 to the second outlet of the second capacitor (23) and the collector of the fifth op's insulating member (5), and that the emitter of the transistor of the fifth? the optoisolating member (5) is connected to the second terminal of the second timing resistor (24), the first anode of the triac (31) being connected to the anode of the second diode (29) and the input terminal of the sensing resistor (30). and that the cathode of the second diode (29) is connected simultaneously to the input of the control resistor (27) and the input of the third capacitor (26), the output of the control resistor (27) being connected to the anode of the fifth optoisolating member (5); the optoinsulating member (5) is connected via an indication diode (.25) to a common node with a second terminal? a third capacitor (26), with a second sensing resistor terminal (30), and an AC power input terminal (X), and a fourth input terminal (s) of the phase control integrated circuit (21), the second triac anode (31) connected via a coupler a resistor (18) to the fifth input terminal (a) of the phase control integrated circuit (21) and at the same time to the input of the process control (32) actuator (33) and that the output of the control process (32) actuator (32) is connected to the sixth input (h) of the phase control integrated circuit (21) and simultaneously to the AC input voltage input (Y), the triac control electrode (31) being connected via a protective resistor (28) to the seventh terminal Cg of the integrated circuit (21) and that the eighth and ninth terminals (b, i) of the phase control integrated circuit (21) are connected via a feedback resistor * (16), wherein the feedback The output of the process control technology (33) is connected to the input of the microprocessor control system (6) through the galvanic isolation circuit (34) and that the control output of the microprocessor control system (6) is connected to the buffer control input (7) *