Многофункциональный контроллер для двигателя постоянного тока. Схема

Представленное устройство предназначено для управления двигателем постоянного тока, позволяющее ему вращаться в обоих направлениях с регулируемой скоростью. Контроллер оснащен функцией плавного пуска с остановкой: через концевые выключатели, по истечении заданного времени или в случае перегрузки.

Рекомендация: благодаря своей функциональности контроллер может выступать в качестве, например, контроллера привода ворот, жалюзи и подобных устройств.

Устройство управляется по одному каналу (входу). В нейтральном состоянии (двигатель остановлен) на управляющем входе присутствует напряжение 2,5 В. Подключение этого входа на землю приводит к тому, что двигатель начинается вращаться в одном направлении, а подключение входа к +5 В вызывает вращение в противоположном направлении. Таким образом, для управления можно использовать переключатель.

Многофункциональный контроллер для двигателя постоянного тока. фото

Скорость вращения двигателя пропорциональна изменению напряжения на управляющем входе от нейтрального положения. Поэтому, вместо переключателя можно использовать потенциометр и плавно регулировать скорость вращения в обоих направлениях.

Это также может быть ползунковый потенциометр — в среднем положении двигатель не вращается, а перемещение ползуна в одну или другую сторону вызовет вращение двигателя в одном или другом направлении соответственно.

Еще более интересным решением может быть использование потенциометрического джойстика. Тогда скорость будет пропорциональна отклонению ручки джойстика.

ШИМ-регулятор скорости двигатель
Напряжение: 12/24В, регулировка: 0...100%, цифров...

Есть еще один способ управления устройством. Сигнал на управляющий вход может быть подан, например, от контроллера PLC (программируемый логический контроллер). Популярный в автоматизации стандарт сигнала 0…10 В можно уменьшить резистивным делителем до напряжения 0…5 В.

Контроллер не допускает резкого изменения направления вращения двигателя. Если сигнал на входе управления резко изменяется, вынудив двигатель изменить вращение в противоположном направлении, система сначала отключит питание двигателя примерно на 2 секунды, чтобы двигатель (и механизм привода) мог полностью остановиться. После такой короткой паузы двигатель начинает вращаться с функцией плавного пуска в обратном направлении.

Если концевой выключатель, предназначенный для этого направления вращения, замкнется во время работы двигателя, двигатель будет немедленно остановлен. Для срабатывания концевого выключателя достаточно короткого импульса. В этом состоянии контроллер препятствует работе двигателя в этом направлении, но позволяет работать в противоположном направлении.

Контроллер также имеет режим таймера, в котором после каждого запуска двигатель измеряет время работы, и если оно превышает установленное значение, двигатель останавливается. Повторное включение в любом направлении будет возможно только после перевода управляющего входа в нейтральное положение. Время работы устанавливается потенциометром с надписью «TIME». Функцию таймера можно отключить, установив потенциометр в положение максимального сопротивления.

Устройство также имеет функцию отключения при перегрузке. Если ток, потребляемый двигателем, значительно превышает установленное значение (потенциометр «RANGE»), он будет остановлен. Это особенно полезно в чрезвычайных ситуациях, таких как повреждение или блокировка приводного механизма. Заблокированный двигатель будет выключен, что позволит уменьшить возможные повреждения. Как и в режиме таймера, повторное включение (в любом направлении) будет возможно только после перевода управляющего входа в нейтральное положение.

Функцию контроля перегрузки можно отключить, установив потенциометр в положение максимального сопротивления.

Принципиальная схема контроллера показана ниже.

Многофункциональный контроллер для двигателя постоянного тока. Схема

Основой схемы является микроконтроллер Attiny24. Исполнительный каскад реализован с помощью двух реле (которые отвечают за изменение поляризации напряжения на выводах двигателя) и силового транзистора, который подает питание. Полевой транзистор (IRL3705) управляется с помощью ШИМ сигнала. Таким образом, регулируя средний ток, протекающий через обмотку двигателя, обеспечивается регулировка скорости вращения двигателя и функция плавного пуска.

Важно, чтобы полевой транзистор был типа «Logic Level Compatible», потому что он управляется непосредственно с вывода микроконтроллера.

Резистор R17, включенный в цепь истока транзистора — шунт для измерения тока. Он должен иметь сопротивление 0,1 Ом. Диапазон ограничения по току зависит от значения сопротивления этого резистора. В прототипе был использован кусок проволоки диаметром 1 мм. (ограничение примерно с 8 А)

Все входы защищены простыми RC-фильтрами, которые устраняют помехи и защищают от повреждений. Разъем REG является управляющим входом устройства, который имеет дополнительный делитель напряжения, устанавливающий напряжение нейтрали на уровне 2,5 В. Смежные клеммы имеют заземление и +5 В, поэтому вы можете напрямую подключить потенциометр и другие элементы управления.

Разъем EXT используется для подключения двух концевых датчиков. Отключение должно произойти при коротком замыкании на SA1 или SA2 на минус.

Элементы IC1 (7812) и IC2 (7805)должны быть установлены на радиатор через изолирующие прокладки, диодный мост B1 не требует теплоотвода. Дорожки платы, которые будут проводить значительные токи, необходимо залудить.

Устройство имеет два разъема питания. Через разъем POW2 запитывается как сам котроллер, так и двигатель. Разъем POW используется для подключения источника питания двигателя. На него может подаваться напряжение, отличное от напряжения питания самого контроллера.

Важно, чтобы оно соответствовало номинальному напряжению и току двигателя и находилось в диапазоне 3…48 В (максимальный ток нагрузки составляет 15 А). Если напряжение питания двигателя подходит для питания контроллера, установив перемычку на контакты CFG1, вы можете подать на контроллер напряжение питания двигателя.

Когда питание включено, короткие вспышки светодиода LED1 сигнализируют о работе устройства. При включении двигателя диод начнет светиться непрерывно. При срабатывании концевых выключателей, таймера или режима перегрузки светодиод будет мигать значительно быстрее.

В начале потенциометры настройки таймера «TIME» и уровня перегрузки «RANGE» следует установить в максимальное положение (в сторону «+»), чтобы эти функции не блокировали двигатель во время тестирования. Затем вы можете установить необходимые значения пробным методом.

Скачать прошивку и рисунок печатной платы (412,8 KiB, скачано: 102)

 

Добавить комментарий

Ваш электронный адрес не будет опубликован.


*