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!

 

Kis Norbert - norbimagan@freemail.hu