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小孙学变频系列之CPU的信号输入电路
日期:2019-08-06 10:28  人气:
模拟量输入电路 1.模拟量输入电路的任务 根据张老师的要求,小孙进行了预习。他说: 变频器里的模拟量输入信号主要是频率给定信号,或者是PID控制时的目标信号和......

模拟量输入电路

1.模拟量输入电路的任务

根据张老师的要求,小孙进行了预习。他说:

变频器里的模拟量输入信号主要是频率给定信号,或者是PID控制时的目标信号和反馈信号。它有如下的基本特点:

它可以是电压信号,也可以是电流信号。如图9-11中之AVI和ACI端子所示。

图9-11模拟量信号的接受电路

模拟量输入0~5V0~10V

它的电压信号范围有:0~5V、0~10V、1~5V、和2~10V等;电流输入信号的范围有:0~20mA和4~20mA。

而CPU所能接受的模拟量信号范围是0~5V的电压信号。

所以,模拟量输入电路的任务,是把变频器的各种模拟量输入信号都转换成0~5V的电压信号。

2.电压信号输入电路

0~5V输入电路

因为变频器的模拟量输入信号正好和CPU所能接受的相配,所以,可以将变频器的输入信号直接输入到CPU就可以了,如图9-11所示。图中的VD1和VD2是嵌位二极管,用于防止输入信号超越0~5V范围。

图9-12 1~5V输入电路

0~10V输入电路

当变频器的输入信号为0~10V时,首先通过电阻R1和R2对输入电压进行分压,得到0~5V的信号电压,然后再输入给CPU,如图9-11所示。

1~5V输入电路

当输入信号为1~5V时,怎样把1~5V的电压信号,转换成0~5V,我想不起来了,请老师指点吧。

张老师画出了一张图,然后说:问题的关键是怎样把下限值1V转换成0V。这里可以分三个步骤:

第一步,首先将1~5V的电压信号输入到运算放大器A1的反相端,在A1的输出端A点得到V的电压信号;

第二步,通过稳压管VS和电位器RP得到+1V电压,并在B点合成为V的电压信号;

第三步,由运算放大器A2反相并略加放大,在C点得到0~5V的电压信号。

小孙高兴地说:下面,我就会了。

3.电流信号输入电路

0~20mA

当变频器输入电流信号时,首先要把电流信号转换成电压信号。

因为电流信号的上限值是20mA,所以,只要让电流信号通过250电阻。就可以把0~20mA的电流信号转换成0~5V的电压信号了,其上限电压便是CPU能够接受的5V了。在图9-13中,运算放大器A接成电压跟随电路,用来作为功率放大。

图9-13 0~20mA输入电路

4~20mA

首先,让输入信号通过250电阻,就可以把4~20mA的电流信号转换成1~5V的电压信号了,如图9-14所示。后面的电路和1~5V电压输入时完全相同。

图9-14 4~20mA输入电路

开关量输入电路

1.变频器的外接控制指令

变频器可以通过外接输入端子输入各种操作指令,如启动、停止、正转、反转等。这些操作指令都是开关量,如图9-15所示。

图9-15开关量信号的接受电路

变频器输入端开关量输入电路

2.CPU的开关量接受电路

如图所示。当继电器KA的触点断开时,光耦合器PC的发光二极管无电流,光敏三极管处于截止状态,A点为高电平,CPU未得到输入信号。

当KA闭合时,光耦合器有电流,光敏三极管饱和导通,A点降为低电平,CPU得到有效信号。

把许多开关量输入电路都集合起来,如图9-16所示。

图9-16开关量输入电路之集合

小孙见张老师似有话说,就停了下来,又回忆了一下方才说过的话,觉得没说错什么,不无疑惑地望着张老师。

张老师说:你说得没错,但我想问问你,这里的光耦合器,用的是哪一种光耦合器?当用在开关状态时,对电路参数有什么要求?

小孙说:上一章中已经讲过了,光耦合器有两种:

普通光耦合器

在中间段是线性的,但在起始段和饱和前,是非线性的,如图9-17所示。这种光耦合器主要用于对线性度要求不高的场合。

图9-17光耦合器的特性

光耦合器电路普通型线性型

张老师笑了,问:举例说呢?

小孙红着脸说:一时想不起来。

张老师说:在自动控制电路里,常常需要开关量的控制。在这种情况下,我们需要的是:要么截止,要么饱和导通。用于这种控制的器件,其线性度如何当然就无关紧要了。

小孙说:我知道了。

线性光耦合器

光敏三极管的电流和发光二极管的电流之间成正比的,或者说,是呈线性关系的,就是线性光耦合器,如图所示。

在变频器的开关量输入电路里,光耦合器用于开关状态,所以用普通型的就可以了。

如图9-17所示,对于电阻RD和RT的选择,应该满足:

式中,RD-光耦合器中,发光二极管的限流电阻,W;

l-光耦合器的传输比;

RT-光耦合器中,光敏三极管的集电极电阻,W。

对吧?式是光耦合器用于开关状态的基本条件?。张老师强调说。

3.键盘输入电路

小孙说:变频器的面板上,除了显示屏外,就是操作键盘了,如图9-18所示。键盘是通过按键向变频器发出各种指令的,每一个按键实际上就是一个按钮开关。这里的输入电路就是把按键的信号输入给CPU的电路。

图9-18键盘输入电路

如图所示,未按键时,各输入线均为高电位。当按下某个按键时,该输入线即转为低电位,CPU得到信号。

例如,当按下FWD键时,3号线转为低电位,CPU得到正转信号。

信号输入电路实例

张老师拿出了如图9-19所示的输入电路实例,要小孙归纳。

图9-19输入控制电路实例

小孙说:这个比较简单。左上角是键盘控制电路。当按键未被按下时,进入CPU的各端子都是高电位;当某一个按键被按下时,进入CPU的端子变成低电位,CPU就得到相关的控制信号。

左下角是模拟量信号的输入电路。AVI是电压信号的输入电路;ACI是电流信号的输入电路。

右边是开关量控制信号的输入电路。这里,二极管VD5~VD12的作用是什么?

张老师说:这是用于防止一些微弱的干扰信号引起光耦合器的误动作。就是说,输入信号必须大于二极管的管压降才能进入。

小孙的笔记

1.模拟量输入电路的核心,是把各种模拟量输入信号变换成CPU所能接受的0~5V电压信号。电路的主要特点有:

对于电压信号来说,应把大于0~5V的电压信号转换成0~5V;

对于电流信号,则首先要转换成0~5V的电压信号;

对于非零的下限信号,应首先把下限信号转换成0V。

2.开关量输入电路通常由光耦合器进行隔离并变换到0~5V的电路里。

3.变频器的键盘输入电路和外接开关量输入电路基本相同。

 
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