Vezérlés az LPT-porton Alfától Omegáig. VII.
Az előző részben a tranzisztor, mint kapcsoló elvi működésével ismerkedtünk kicsit közelebbről. Áttekintettük továbbá, hogyan lehet egy dióda, illetve tranzisztor kivezetéseit beazonosítani, üzemképességét ellenőrizni. Láthattuk, nem is olyan ördöngös dolog! Valamint elkezdtük áttekinteni a meghajtó fokozatok főbb típusait. A szorgalmasabbak talán már azóta forgatják is otthon motorjaikat, illetve kapcsolgatják lámpáikat. Azonban ezzel még koránt sincs vége a kifogyhatatlan lehetőségeknek. Lássuk a folytatást! J
Eddig elvi rajzokkal foglalkoztunk. Ideje,
hogy részletesen megnézzünk egy erősáramú gyakorlati példát, s szó legyen pár
villanyszerelő „fogásról” is. Sajnos az elektronikai folyóiratokban, szakkönyvekben
erre igen ritkán szoktak kitérni. Meglátjuk tehát, hogyan kell a valóságban
szakszerűen kivitelezni egy berendezést.
Tegyük fel, hogy egy olyan hosszabbítót
szeretnénk készíteni, amelyben a számítógép mondja meg, mikor legyen áram,
illetve mikor nem. Mire jó ez? Kapcsolhatjuk a géppel éjjeli lámpánkat,
ventillátorunkat, búvárszivattyúnkat, rádiónkat, TV-nket, vagy akár egy iskolai
csengőt is. Gyakorlatilag soha nem látott, univerzális kapcsolóóránk, vagy több
ilyen eszközzel akár digitális vezérlésű kapcsolópultunk is lehet…
Most egy félvezetős megoldás, azon belől is
az SSR mellett döntöttem. Előnye, hogy nem kattog, kicsi a mérete, illetve
meghajtó fokozatot se igényel, egyszerűen a printerportra lehet akár direktben
rákötni, mint egy LED-et. (Hiszen valójában az optocsatoló LED-jét is
vezéreljük!)
Egyszóval szinte bármit lehet így kapcsolni,
ami csak egy konnektorba csatlakoztatható! Mielőtt azonban nekilátnánk a
munkánknak, ismét néhány hasznos intelem;
Jó tervezőhöz illően, ne feledjük el az
esetleges hátrányokat sem!
-
A konnektor érintkezőjének
csupán egyik sarkát szakítja meg! Vagyis az SSR kikapcsolt állapotában is
életveszélyes áramütést kaphatunk, ha a berendezéshez csatlakoztatott villamos
vezetőket megérintjük. (Igaz, kétsarkú leválasztásnál se célszerű az életünket
pár kontaktusra bízni, de ez itt fokozottan érvényes.) Vagyis amíg a
hosszabbítónkat nem húzzuk ki a fali aljzatból, addig nem tekinthetjük
feszültségmentesnek a készüléket, s vele együtt azt sem, amit arra
rákapcsoltunk.
-
A szilárdtest-relék sokkal
drágábbak, mint a hagyományos elektromechanikus változatok.
-
Az SSR jóval érzékenyebb a
túlterhelésekre, illetve az induktív fogyasztók által keltett tranziensekre,
mint a hagyományos relék.
-
Az SSR-t a névleges
terhelésnél nagyobb terheléssel rövid ideig se szabad hajtani, tehát mindig a
maximális terhelésre kell méretezni mindent. Vagyis jóval drágább eszközöket
kell megvásárolni, mint a névleges teljesítmény azt valóban megkövetelné.
-
Az izzólámpák kiégésekor a
szétszakadó szál gyakran átmeneti rövidzárat okozhat, mely garantáltan taccsra
teszi az eszközt. Ezzel számolni kell sajnos! Megoldás: egy maximális áramra
méretezett (vagyis rövid ideig a legnagyobb áramot is elviselni képes)
ellenállást kell sorba kötni a készülékkel. (Mérete, hőtermelése, illetve a
vesztességek miatt néha inkább olcsóbb, egyszerűbb, vagy praktikusabb inkább az SSR-t időnként csereberélni.)
-
Az induktív terheléseknél,
mint pl. a villanymotorok, transzformátorok, fénycsövek előtétjei,
bekapcsoláskor a névleges áram többszörösét (8…10 szeresét is!!!) felvehetik. Itt a megoldást a megfelelő
túlméretezés jelenti.
-
Hiába a hálózati
váltakozóáram nulla-átmenetében végzett kapcsolás, a szilárdtest kapcsolón
mindig esik feszültség, illetve kapcsolási karakterisztikája se egészen olyan,
mintha relé lenne. Emiatt pl. toroidtrafók kapcsolásakor a transzformátor búgni
kezd, működése nem lesz tökéletes. Ide teljesen más kapcsolású áramkör lenne
szükséges….
A fenti szempontokat minden esetben érdemes
szemmel tartani, mielőtt valamit megtervezünk.!
Biztonágtechnika:
A vezérlés elkészítésénél fokozott
elővigyázatossággal kell eljárnunk, mert részben, vagy teljesen felügyelet
nélkül hagyott, automata rendszerekről van szó. Ez vonatkozik úgy a tűz, mint
az érintésvédelemre!!! (Lsd. a korábbi számaink oldalain olvasható
figyelmeztetéseket, jótanácsokat, kiváltképpen a szakemberrel történő közös
munkát, vagy felülvizsgálatot.)
Mivel a számítógép jeleit igen közel kell vinnünk a kapcsolt áramkörhöz, ezért egyetlen szál vezeték elszabadulása, átütése, vagy a készülékbe véletlen behullott fémdarabka végzetes lehet a kezelőre nézve. Tehát jelszó: gondosság, illetve óvatosság - vagyis a körültekintő szerelés!
FIGYELEM, ISMÉTELTEN JELEZZÜK, HOGY A SZERZŐ SEMMIFÉLE FELELŐSSÉGET SEM VÁLLAL A CIKKSOROZATBAN KÖZÖLT MEGOLDÁSOKKAL KAPCSOLATBAN. EZT MINDENKI SAJÁT FELELŐSSÉGÉRE KÉSZITHETI CSAK EL, ILLETVE KÖTELESSÉGE A SZAKEMBERREL TÖRTÉNŐ BEVIZSGÁLTATÁS IS!!!
Ezek után lássunk neki konstrukciónak:
-A kereskedelemben számos SSR-t lehet kapni. Választásom most a SHARP cég termékére, az S216SE2 típusra esett. Paraméterei a következők: Maximális feszültség, mely az eszköz kapcsain lehet: 800V.
-A maximális áramerősség, ami áthaladhat
rajta károsodás nélkül: 16A.
(Pl. a lakások zöme 10, esetleg 16A áramra
van biztosítva, e felett a kismegszakító leold…)
-A vezérlést egy infravörös LED
bekapcsolásával lehet végezni, melyen 10mA áramot kell hajtani a biztonságos,
stabil kapcsoláshoz.
-Az optocsatoló átütési szilárdsága 3KV,
vagyis 3000V. Ez az a feszültség, ami alatt a számítógépre garantáltan nem tud
az erősáram átmenni. (Ez igen jó, ennyit sok hagyományos kapcsoló, vagy relé
kontaktusa sem lenne képes elviselni!)
Törpefeszültségű
áramkör:
További adatot az eszközről nem találtam az
egyszerűsített adatlapon, de ennyi nagyjából elég is. Ahhoz azonban, hogy az
optikai csatoló LED-jének az előtét
ellenállását ki tudjuk számítani, szükség lenne a LED nyitófeszültségére. Ez
változó szokott lenni típusonként: 2-3V közötti érték. Megmérni pl. úgy lehet,
hogy egy ellenálláson keresztül a nyitófeszültségnél biztosan nagyobbat adunk
az alkatrészre. Ez a feszültség méréseim szerint 1,3…1,8V körül szórt. Mi azért
2V-nak vesszük, biztos ami biztos. Tehát 5V esetén 5-2=3V-ot kell a soros
ellenállással feletetni, hogy a LED pontosan 2V-ot kapjon. Az áram 10mA=0.01A...
Ohm törvénye szerint, melyet már mindenki
megismert: R=U/I, vagyis R=3V/0.01=300 Ohm! Természetesen a szabványsorhoz
igazodva 270-330ohm között tetszőlegesen válogathatunk, ez a +/- 10%-os
ingadozás (1mA) belefér. Tehát a vezérlő áramkörünk egyszerű lesz, le se
rajzolom.J A LED negatív
kivezetése GND-re, a pozitív pedig az áramkorlátozó ellenálláson át a
printerport adott bitjére megy.
Erősáramú
áramkör:
Az erősáramú oldal se bonyolultabb; a dugalj
egyik oldalérintkezőjének vezetékét megszakítjuk, s a két kapott véget az SSR
hullámjellel jelölt két sarkára kötjük. Mivel váltakozó-áramról van szó, a
polaritás is lényegtelen. Elektromosan tehát elvileg már üzemkész is az
eszközünk. J
Azért
a zavarszűrés itt sem árt:
Még
valami fontos dolgot el kell azonban végeznünk: Kapcsolók, relék érintkezőit
szokás „pergésmentesíteni”. Ez azárt van, mert kapcsolás alkalmával a pogácsák
záródásakor, nyitódásakor a kapcsolat nem hirtelen, hanem „szakaszosan” jön
létre, vagy szűnik meg. Nyitáskor a villamos szikrázás, záráskor az érintkezők
rugalmas visszapattanása okozza ezt a jelenséget. Kellemetlen, mert az
érintkezőket a szikrák jobban koptatják, de emellett a TV-ben, rádióban zavaró
nagyfrekvenciás elektromágneses jeleket is termel. Ezért egy zavarszűrő tagot
kell beiktatni, ami ezt csökkenti. A működést most nincs időnk megismerni, de a
lényeg, hogy frekvenciafüggő ellenállást alkalmazunk, ami a hálózati áram
frekvenciáján nem képvisel számottevő terhelést, de ugyanakkor a
nagyfrekvenciát hatékonyan felemészti. A gyakorlatban egy ellenállással
sorbakötött kondenzátort szokás kapcsolni a relék, kapcsolók pogácsái közé. Ezt
RC-szűrőnek nevezi a szakirodalom. Gyakran egy 68nF-os kondenzátor, illetve egy
100ohmos ellenállás szokott betéve lenni. Ezt meg is láthatjuk, ha pl.
megnézzük a hajszárítónk belsejének kapcsolóját. A kondenzátor, illetve az
ellenállás nem lehet tetszőleges típus! A kondenzátornak a hálózati
csúcsfeszültséget biztonsággal kell kibírnia, vagyis minimum 600V-os típust
illik venni. Jelenleg a szervizek leggyakrabban az MKP-41X2 kondit építik be,
de kapható sok más is. Az ellenállás wattszáma is döntő, mert melegszik... Ide
2W-os terhelhetőségű beépítését javaslom, ismét nem részletezett számítások
alapján. Azonban ne ijedjünk meg: ha egy alkatrészüzletben járunk, az eladó
minden bizonnyal útba fog igazítani bennünket.
Bár
eszközünk nem tartalmaz mechanikus kontaktust, ennek ellenére több,
gyakorlatban dolgozó szakember ismerősöm alkalmaz ilyet szilárdtest
kapcsolókban is. Nekem szintén az a tapasztalatom, hogy a maradékfeszültség,
illetve a nem ideálisan nulla-periódusban kapcsolás miatt az eszköz termel
valamennyi zajt!
Tehát
a zaj itt nem az SSR ki/bekapcsolása, hanem üzeme közben termelődhet. Ha
valakinek ez hirtelen sok, nem kell kétségbeesni; a zavarszűrés természetesen
elhagyható. A zaj mértéke alapvetően a kapcsolt fogyasztótól függ. Igy csak
akkor tegyük be, ha valami gond lenne, pl. a szomszéd káromkodva verné a falat,
vagy rádiónkban furcsa zúgást hallanánk, stb. A leírásunkban mi se pazarlunk
erre több szót. J
A
mechanika összeáll:
|
|
|
|
Az SSR a maga valójában… |
A kiszemelt kettős dugaljzat. |
Levesszük a hátlapot. |
Így néz ki felülről… |
ssr01.jpg |
konn01.jpg |
konn02.jpg |
konn03.jpg |
|
|
|
|
S így pedig szétszerelve… |
Jól látható a konnektor és az SSR aránya. |
Egy felfogatási lehetőség, |
S egy másik… |
konn04.jpg |
konn05.jpg |
konn06.jpg |
felfog.jpg |
1. ábracsoport, az alkatrészek…
Az ábrák alapján a konnektort szétszerelve elénk tárul a belseje.
Legelőször a szükséges hosszra vágott,
boltban vett 230V-os 1,5-ös keresztmetszetű, 3-eres tömlőkábel (Jelölése:
MTK3*1,5) kábel egyik végére egy földelő érintkezővel ellátott dugvillát
szerelünk. Szabvány szerint jobb oldali villába a kék, bal oldaliba a fekete, a
földelő-oldalérintkezőbe pedig a zöld-sárga vezetéket kötjük. A vezetéket a
bekötés előtt leónozni tilos, mert az ón a csavar alatt „hidegfolyik”, vagyis a
kötés pár hónap múlva magától meglazulna. Minden kötés alá szemet kell
hajlítani olyan irányban, hogy a szorítócsavar azt megszorításakor ráhúzza!!! A
fekete kábel kivételével a többit rövidebbre is szabhatjuk, hiszen azok megszakítás
nélkül a csavarokhoz mennek majd, - feleslegesen kígyóznának a dobozban.
A kábel másik végét 15cm hosszan
megblankoljuk, vagyis a külső szigetelést eltávolítjuk úgy, hogy a belső
szigeteléseket ne sértsük meg. Ha nem sikerül elsőre, próbáljuk másodszorra. A
kábel olcsó, az élet drága… Ezután az aljzat egyik végén a félkör alakú
bevezetőt kitörjük, esetleg kissé megreszeljük, hogy sima legyen. Ott fog
bejönni a vezeték. Az alsó részre egy rögzítő bilincset csavarozunk, s ezzel
megfogatjuk a kábelt. A villanyszerelő boltokban kapható „törésgátló” gumi a
kábelre, ezt is célszerű használni, ha igazán szakosat akarunk alkotni. A
zöldsárga zsinórt értelemszerűen blankoljuk meg a végén, s a már leírt,
kérdőjel alakú szemmel, (akár a töbit dugvillánál) , kössük be a védőérintkeő
csavarjába. A kérdőjelet itt is úgy kell betenni, hogy a csavar becsavarásakor
ráfele szoruljon! A kék zsinórt a jobb, a feketét a baloldali érintkezőbe
kössük. Eddig tehát egy közönséges
hosszabbítót készítet-tünk… J
Most jön a lényeg: Az SSR-t csavarozzuk fel
a dugalj aljára vagy oldalára, de úgy, hogy egy pár négyzetcentiméteres
felületű, minimum 3mm vastag alumíniumlemezkét is fogassunk közé. Fontos
életvédelmi figyelmeztetés: Az SSR-ünk tetején, (a csavarnak szánt furat
felett) kétoldalt található egy-egy picike kis fülecske. (bal felső sarokban a
fotón látható) Ez sajnálatos módon gyárilag a bal oldali első lábbal, vagyis az
erősáramú kontaktus egyik sarkával össze van kötve. Tehát a csavar alátétje
semmiképpen sem érhet ehhez, hiszen akkor a hűtőborda és a csavar külső része
feszültség alá kerülhet. A veszélyes érintkezők ugyan süllyesztettek, de nem
árt az óvatosság. Az alulemez se érjen ezen a részen ki egészen az SSR széléig,
mert hasonló veszélyeket rejthet. Használjunk téglalap helyett tehát egy olyan
T-alakú lemezkét, mely még a kivezetésekig sem ér le!
Természetesen a kivezetéseket is szigetelni illik. E célra szintén a villanyszerelő boltokban kapható zsugorcsövet szokás használni. Különféle átmérőben kapható több színben, vagyis színjelölésre is kiválóan alkalmazható. Olyat válasszunk ami lazán ráhúzható lesz a kivezetésre forrasztott kábelre, ugyanakkor hőlégfúvóval, hajszárítóval, vagy öngyújtóval, óvatos felmelegítés után lehúzhatatlanul rászorul a helyére!
Egy szálat vegyünk meg, s abból szabjunk le a
4db, 30mm hosszúságú csövecskét.
A fekete vezetéket vágjuk el a kábel és a
csavar között valahol félúton, majd a két véget ónozzuk le, egy-egy
zsugorcsövecskét húzzunk a vezetékekre. Ónozzuk le az SSR kivezetéseit is, majd
a baloldali kettőre, amelyiknél távolabb vannak az érintkezők, s hullám jellel
jelöltek, forrasszuk rá bőven ónozva a vezetéket. Vigyázat, hosszú idejű melegítéstől a félvezetők meghibásodhatnak!
Ezután várjuk meg, amíg teljesen lehűl, majd toljuk fel ütközésig a
zsugorcsöveket, s melegítsük rá a kötésre. Akkor megfelelő, ha a fekete
vezetékrészen is szorul, s nincs kilógó, szigeteletlen felület sehol. Ha
öngyújtót, vagy gyufát alkalmaztunk, akkor töröljük le a keletkezett kormot. A
vezérlés kábelét is 230V-os vezetékből készítsük el, de itt lehet lapos
ML2*0,5, vagy MZSL2*0,5-ös kábelt is használni.
(Azért
erősáramú kábelt alkalmazunk, hogy egy esetleges hiba esetén is maradjon meg a
megfelelő szigetelés.) A leszorításnál, illetve bekötésnél a már
ismertetett módon lehet itt is eljárni. (A dugaljzaton kétfelől is van
kitörhető ”abakocska”!) Az ellenállást az LPT port műanyagházába szereljük, a
kábel másik végére. Ha minden helyén van, akkor a csatlakozó műanyagházát,
valamint a dugalj fenéklapját csavarozzuk helyére. Ezzel a számítógéppel
vezérelhető konnektorunk elkészült! Láthatjuk, egy látszólag ilyen egyszerű
kapcsolásnál is milyen sok dologra kellett tekintettel lennünk. Kérek tehát
mindenkit, hogy a saját berendezéseit legalább ilyen körültekintéssel készítse
el.
Azért ha belejöttünk a munkába, valószínűleg
nem fogunk megállni egyetlen áramkörnél:
Mivel 12 kimenő bitünk van, így jelen
tudásunk alapján egyszerre 12, egymástól független konnektort is
felügyelhetünk. Ez egy kisebb lakásban, műhelyben már igen tág automatizálási
lehetőséget biztosít. S mivel egy gépben egyidőben 3 LPT port lehet, ezért ez a
szám 36-ig minden komolyabb trükk nélkül bővíthető! A számítógépek azonban
hálózatba is kapcsolhatók a lakásban, vagyis minden szobában lehet egy
berendezés, melyeket csak egy hálózati kábel köt össze. Ekkor a határ a
végtelen!
Ha mindezek mellé a bemeneti portbiteken még
érzékelést is végzünk, akkor az egyszerű kapcsolóóra, illetve számítógépes
felületű irányítópult intelligens vezérlő-irányítórendszerré változhat. Pl a
személyfelvonók, elektromos kapuzárak, mosógépek, riasztórendszerek is
számítógépesíthetővé válnak, vagy éppen bármely épületgépészeti, esetleg ipari
rendszer.
Ezek mellé jön, hogy a PC-k hangmintákat
játszhatnak le, vagy akár beszédszintézist is végezhetnek. Gyakorlatilag
megfizethető áron kapható, vagy éppen kidobásra szánt, értéktelen
alkatrészekből megvalósíthatja ma már otthon bárki a fantasztikus filmekben
látható intelligens házat. Hol is van tehát határ??? Hát ahol az emberi fantázia véget ér.JJJ
Természetesen tudomásul kell venni a PC-k,
illetve a kommersz alkatrészek megbízhatósági korlátjait, üzemi tartományait, s
ennek megfelelően választani alkalmazási területet, illetve tervezni bele a
rendszerbe a biztonsági tartalékokat. Hiszen ez messze nem ipari technológia….
A következő részben még folytatjuk a meghajtó
fokozatok típusainak megismerését, de hamarosan rátérünk a bemeneti eszközök
illesztési lehetőségeire is. Ez is igen érdekes, hálás terület! Pedig még hol
van a portunk bitjeinek megsokszorozása, az A/D, illetve D/A konverzió, ami
által analóg jeleket is mérhetünk, illetve adhatunk ki. Ettől szép ez a
terület: mire mindent megismerünk, rájövünk: szinte az egész elektrotechnika
minden területe benne van! Sok sikert az utánépítéshez!