200512. lajstromszámú szabadalom • Kapcsolási elrendezés villamos tápegység nélkül működtetett jelátalakítóknak a folyamatirányító számítógép bemenetére, illetve kimenetéhez történő csatlakoztatására
1 HU 200512 B 2 A jelen találmány tárgya olyan kapcsolási elrendezés, amely alkalmas arra, hogy a fizikai mennyiségek jellemző értékeit villamos jellé átalakító (bemeneti) jelátalakítók jeleit a folyamatirányító számítógép bemeneteire, illetve a számítógép kimeneti jeleit a fizikai folyamatokat befolyásoló beavatkozószerveket vezérlő jelátalakítókra csatlakoztathassuk olymódon, hogy a jelátalakítók táplálására külön villamos tápegységet nem alkalmazunk. Irányítástechnikai feladatok megoldásánál alkalmazott jelátalakítók, amelyek egyes fizikai mennyiségek értékeit villamos jellé alakítják át, jelentős részükben 0-24 V egyenfeszültséget, vagy pedig 0-5 tnA, 0-20 mA, illetve 4-20 mA egyenáramot adnak le jelként, különösen akkor, ha működésük félvezető elemek alkalmazásán alapul. Ezek a jelátalakítók általában közvetlenül (galvanikusan) csatlakoztathatók a folyamatirányító számítógépekhez. A fizikai mennyiségek jellemzőit befolyásoló beavatkozószerveket a folyamatirányító számítógépek legtöbbször nem közvetlenül vezérlik, mivel ezek működtetéséhez jelentős energiára van szükség, - azért a számítógép és a beavatkozószerv között rendszerint alkalmaznak egy jelátalakítót és egy erősítőt. A körülmények jellege miatt gyakran adódik olyan eset, hogy a közvetlen csatolás alkalmazását valamilyen ok kizárja. Ez tipikusan akkor fordul elő, ha a jelátalakítók robbanásveszélyes térben vannak elhelyezve, a folyamatirányító számítógép pedig természetesen ezen a téren kívül. Ilyenkor leggyakrabban azt a megoldást alkalmazzák, hogy a két áramkört egymástól galvanikusan elválasztják, és az összeköttetést úgynevezett „csatoló elemekkel” oldják meg. Ezek a csatoló elemek rendszerint úgy működnek, hogy a jelátalakító villamos jelét valamilyen önmagában ismert módon (pl. feszültségvezéreit oszcillátor útján) az egyenáramú jellel arányos frekvenciájú váltakozó áramú jellé alakítják át, és ezt vezetik transzformátoron, vagy újabban opto-csatolón keresztül a folyamatirányító számítógéphez. Ilyen megoldások ismerhetők meg a DE-OS 30 47 188, a DE-OS 31 33 798, a DE-OS 29 24 698, és a DE-OS 29 10 898 számú szabadalmi bejelentésekből. De alkalmazhatunk egyenáramú átvitelt is az opto-csatolók lineáris jelleggörbeszakaszán történő működtetésével a 195.374 lajstromszámú HU szabadalom szerint. Mindezek a megoldások azonban szükségessé teszik, hogy a robbanásveszélyes térben elhelyezett jelátalakítókat megfelelő (robbanásbiztos) tápegységről lássuk el tápfeszültséggel. Robbanásbiztos tápegységek ugyancsak széles körben ismertek, ezek a berendezések azonban - elsősorban a velük szemben támasztott igen magas követelmények kielégítése érdekében - sok elemből álló komplikált és költséges berendezések, amelyek az irányítástechnikai megoldások létesítésének költségeit jelentősen megnövelik. A jelen találmány olyan kapcsolási elrendezést ismertet, amely lehetővé teszi, hogy a jelátalakítókat galvanikus leválasztás mellett csatlakoztathassuk a folyamatirányító számítógéphez, ugyanakkor a kapcsolás útján biztosíthatjuk a jelátalakítók tápfeszültséggel történő ellátását is, külön robbanásbiztos tápegység alkalmazása nélkül, a biztonsági követelmények teljes betartása mellett. 1 A találmány abból a felismerésből indul ki, hogy a folyamatirányító számítógépek bemeneti kapcsain is jelen van mindenkor egy olyan egyenfeszültség, amelyről - megfelelő átalakítással - galvanikus elválasztás mellett is biztosítható a jelátalakítók működtetéséhez szükséges - és a robbanásveszélyes térben még megengedett - villamos teljesítmény. Ugyanakkor a folyamatirányító számítógépek kimenőjele mindenkor villamos feszültség, amelyről - az adott teljesítmények mellett - bizonyos, a robbanásveszélyes terekben elterjedten alkalmazott - pl. elektropneumatikus jelátalakítók (fúvókás jelátalakító) megbízhatóan működtethetők. Ennek érdekében a két áramkör között transzformátoros csatolást alkalmazunk, azonban a jelátalakító jelének torzulását úgy akadályozzuk meg, hogy jelleggörbéjének lineáris szakaszán működtetett optikai csatoló segítségével az átvitt jelet negatív értelemben visszacsatoljuk. A találmány néhány lehetséges kiviteli alakját az ábrák tüntetik fel, ahol az 1. ábra a kapcsolási elrendezés kialakítását tünteti fel kapcsolási vázlatban, 2. ábra változó ellenállásértékkel működő jelátalakító csatolására alkalmas egyik kiviteli alak tünteti fel vázlatban, 3. ábra feszültségforrásként működő jelátalakító csatolására alkalmas kiviteli alakot tüntet fel vázlatban, 4. ábra a külső tápfeszültséggel működtetett jelátalakító csatolására alkalmas kiviteli alakot ábrázolja kapcsolási vázlatban, 5. ábra változó ellenállásértékkel működő jelátalakító un. „négyvezetékes” csatolására alkalmas kiviteli alakot tüntet fel vázlatban. Az 1. ábra szerinti elrendezés esetén az 1 folyamatirányító számítógép 2 és 3 kapcsaira a 4 ellenálláson keresztül az 5 áramszaggató inverter van kapcsolva, amelyet a 6 multivibrátor stabil frekvencián vezérel. Az 5 áramszaggató inverter kimeneti kapcsaira a 7 transzformátoron keresztül a 8 egyenirányító áramkör van kapcsolva, amely a 9 áramgenerátort táplálja. A 9 áramgenerátor bemenetei a 9/1, 9/2, 9/3, 9/4 és 9/5 kapcsok, amelyek közül a 9/3 a 9/4 és a 9/5 kapocs a 11, 12 és 13 csatlakozókhoz van kötve, ezek a jelátalakító csatlakoztatására szolgálnak. A 4 ellenálláson eső feszültség a 10 opto-csatoló 10/1 és 10/2 kapcsain keresztül a LED-re van kapcsolva, míg a 10 opto-csatoló tranzisztorához csatlakozó 10/3 és 10/4 kapcsok a 9 áramgenerátor bemeneti 9/1 és 9/2 kapcsaihoz vannak csatolva. A 2. ábrán feltüntetett kiviteli alak esetében a 9 áramgenerátor 9/1 és 9/2 kapcsai a 8 egyenirányító áramkör kimenetére vannak kötve. A 9/3 és 9/5 kapcsokra a 17 és 19, valamint a 18 és 20 ellenállásokból álló hídkapcsolás csatlakozik. A 17 és 19 ellenállásokból álló hídág a 10 opto-csatoló tranzisztoroldalára van kapcsolva, míg a 18 és 20 ellenállásokból álló hídágba kapcsoljuk a 11, 12 és 13 csatlakozók útján a 23 jelátalakítót, amely itt ellenállásváltozással működő jelátalakítók bármelyike lehet, (pl. hőmérsékletfüggő ellenállás). A 10 opto-csatoló tranzisztoroldalának kimenetei a 21 és 22 potenciométereken keresztül van a tápfeszültségre kapcsolva. („háromvezetékes kapcsolás”) 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
