Одиночные ОУ применяются для получения отдельных, часто мощных сигналов управления. Как видно из рис.1.2., они бывают контактные и бесконтактные. Контактные в свою очередь подразделяются на механические и герметичные (герконы). Механические ОУ имеют наибольшее распространение вследствие своей простоты и широкого диапазона мощностей сигналов управления. В таких ОУ сигнал формируется путем механического замыкания двух проводников, как показано на рис.3.2. Замыкание контактов К1 и К2 осуществляется нажатием оператора на толкатель Т, подпружиненный пружиной П2, возвращающей толкатель в исходное положение после снятия усилия.
| |
 |
Одиночные Групповые
 |
Контактные Бесконтактные
 |  |  |  | ||||
Механические Герметичные Индуктивные Емкостные Магнитные
Рис. 1.7. Классификация органов управления в УЧПУ.
Иногда требуется удержание толкателя в нажатом состоянии после снятия усилия. Для этого толкатель дополняется специальной защелкой, освобождающей толкатель при повторном нажатии. Важной характеристикой любого ОУ является величина тока сигнала. В механических ОУ величина входного тока всегда равна величине выходного I вх. = I вых., а численное значение токов определяется главным образом геометрическими размерами контактируемых площадок.
П2
Iвх.
К1
П1 К2 I вых.
 | |||
 | |||
Рис.1.8. Схематическое изображение механических ОУ.
При очевидной простоте и надежности механических ОУ они имеют два существенных недостатка:
n электрический разряд в воздушном промежутке при замыкании и особенно при размыкании контактов,
n многократное замыкание контактов.
Возникающий электрический разряд вызывает повышенный износ самих контактов, ухудшает форму выходного сигнала, а также создает дополнительные помехи в работе соседних элементов и систем. Для снижения влияния электрического разряда применяется ряд способов:
а. Для уменьшения износа контактов их изготавливают из специальных тугоплавких материалов (на основе вольфрама), иногда для снижения переходного сопротивления между контактами используются накладки из материалов с малым удельным сопротивлением - серебро, золото, платина. Это способствует также стойкости контактов против коррозии, что в свою очередь влияет на величину тока разряда (чем больше разрушена коррозией поверхность контакта, тем медленнее расходятся контактные поверхности и больше микроочагов возникновения разряда.
б. Для устранения условий возникновения разряда при размыкании применяют специальные устройства для быстрого разъединения контактов, например, пружина П1 на рис.1.8.
в. В местах, близких к контактным площадкам устанавливаются специальные механические искрогасители.
г. Для сокращения площади контактируемых поверхностей их выполняют с минимальной степенью шероховатости.
Вторым существенным недостатком механических ОУ является их многократное срабатывание в момент замыкания контактов («дребезг»). Это является результатом поведения упругой системы: рука человека - толкатель -пружины - контакты. Даже при нажатии слабых по усилию контактов возникает больше десятка сигналов, имеющих, хотя и снижающееся значение амплитуды, однако воспринимаемые последующими элементами системы как отдельные сигналы, особенно это заметно при использовании быстродействующих элементов в виде микросхем. Для уменьшения влияния «дребезга» можно применить несколько приемов:
n фильтрация сигнала,
n задержка начала обработки принятого сигнала,
n развязка с помощью RS - триггеров.
На рис.1.9.а., б, в. показаны схематичные изображения этих приемов.
Как показывают экспериментальные исследования, время действия «дребезга» составляет около 10 Мсек, поэтому первые два приема используют либо принцип интегрирования всех сигналов в течение этого времени (а), либо принцип принудительной задержки основного сигнала на этот период (б). Однако оба эти способа снижают быстродействие ОУ, к тому же имеют слабую защиту от внешних индустриальных помех. Для использования в современных системах управления, обладающих большим быстродействием, более предпочтителен третий способ - развязки через RS - триггер. При замыкании кнопки К происходит переброс триггера и формирование выходного сигнала, причем переброс осуществляется любым импульсом «дребезга» и только один раз. Возврат триггера в исходное положение происходит только при возврате кнопки и замыкании другого контакта. Возврат также осуществляется любым импульсом из «дребезга» и тоже только один раз. Резисторы R1, R2 служат для поддержания нужного уровня на входах микросхем. Недостатком такого способа является необходимость применения третьего контакта для одного ОУ.
А. Б.
+Е
+Е К У К И У
С
 | |||
 | |||
ЭЗ
В.
+Е R1 RS У А. Интегрирование сигнала.
Б. Задержка сигнала
К В. Развязка через RS-триггер.
+Е R2
Рис. 1.9. Схемы устранения “дребезга”.
С целью уменьшения искрения и, следовательно, повышения нагрузочной способности механических контактов их помещают в герметичную оболочку, из которой удален воздух, или заполненную инертным газом. Такие ОУ называют герметичными контактами (герконами), а замыкание их производится внешним магнитным или электромагнитным полем (см. Рис.1.10.). Поскольку замыкание и размыкание происходит в вакууме, возможность возникновения разряда сведена к минимуму и, следовательно, резко снижается износ самих контактов. В таких ОУ входной ток и выходной, как правило, не равны - чаще всего входной ток значительно меньше выходного, кроме того исключается непосредственный контакт оператора с мощными коммутируемыми токами, что повышает безопасность ОУ. Недостатком герметичных ОУ является ограничение (до нескольких ампер) величины коммутируемого тока, т.к. его увеличение вызывает увеличение геометрических размеров контактов и, следовательно, увеличение их жесткости. Последнее влечет за собой резкое увеличение управляющего тока.
S
 | |||||
 | |||||
 | |||||
Uупр.
Рис. 1.10. Схемы герметичных ОУ.
Несмотря на все приемы уменьшения искрения полностью его избежать не удается, поэтому механические ОУ быстро изнашиваются и требуют периодической замены. Более долговечными и, следовательно, более надежными являются бесконтактные ОУ. Существует большое число Бесконтактных ОУ, использующих различные электрические явления для формирования сигнала от оператора. На рис. 3.5 показана принципиальная схема индуктивного ОУ (индуктивной кнопки). Основу ОУ составляют три индуктивные катушки L1...L3, две из которых включены в схему импульсного генератора, собранного на транзисторе Т1. Катушки конструктивно расположены таким образом, что индуктивная связь между ними слаба и генератор работает в обычном режиме. При введении между катушками металлической пластины - толкателя, взаимоиндукция катушек резко возрастает, что приводит к срыву колебаний генератора. Этот процесс фиксируется усилительной частью схемы , собранной на транзисторе Т2, таким образом на выходе транзистора Т2 получается перепад напряжений от уровня «0» при выведенном толкателе, уровня «1» при введенном толкателе, что и используется в схемах управления.
+12 в.
620ом 2,7ком
18к L2 1н Uвых.
1н КД522 3.6к
L1 L2 L3 КТ315Г КТ315Г
L1 1,8к 51ом L3 6н8 27ом
5,6к
 |
Рис.1.11. Схематичное изображение и принципиальная схема индуктивного ОУ.
В некоторых ОУ вместо LC используется RC - генератор. В таких схемах толкатель является составляющей емкости задающего конденсатора, поэтому при движении толкателя меняется частота генератора, что фиксируется последующей схемой выделения сигнала.
Довольно широкое распространение в настоящее время получили ОУ на основе датчиков Холла, представляющих собой элемент, параметры которого изменяются под действием магнитного поля. На рис.3.6 показана принципиальная схема кнопки на базе элемента МН1551, представляющего собой датчик Холла со встроенным усилителем сигнала, что позволяет включать такие кнопки непосредственно в исполнительные схемы УЧПУ.
МН1551 +5в К155ЛН1
270 Ом Uвых. 0,4…3,6 в
S N
Рис. 1.12. Схема ОУ на базе датчика Холла.
В тех случаях, когда в целях безопасности обслуживающего персонала требуется отделить цепи управления от исполнительных цепей используют ОУ с гальванической трансформаторной или оптронной развязкой. Трансформаторная развязка может применяться только в цепях управления с переменным током, поэтому более распространены развязки оптронного типа. На рис. 3.7 показаны несколько примеров реализации ОУ с оптронными развязками диодного, транзисторного и тиристорного типа. В качестве управления может использоваться маломощный ОУ любого типа, обеспечивающий требуемый ток для срабатывания входного светодиода, который обычно составляет 10...30 ма.
+Е +Е
+ Е S N
К К
а. б . в
R R R
 | |||||||||||
 | |||||||||||
 | |||||||||||
 |  |  | |||||||||
Рис. 1.13. Схемы оптоэлектронных ОУ.
Групповые ОУ - клавиатуры.
Конструктивно групповые ОУ представляют собой совокупность одиночных ОУ, выходные сигналы которых определенным образом кодируются и передаются в исполнительное устройство по каналам связи с ограниченным числом линий связи. Число этих линий зависит с одной стороны от числа таких одиночных ОУ, с другой от способа шифрации и передачи информации. Существует два способа шифрации сигналов в клавиатурах: линейный и матричный. Рассмотрим их подробнее.
Дата: 2019-02-19, просмотров: 261.
