2014.12.26 走行距離 67,400km インターフェース

 秘密基地のML4のCNC化に向けては、続いています。
 今回のテーマは、インターフェース、電気の道に入った頃は、意味を理解もせずに聞き流していた自分ですが、
 三菱のACサーボアンプを3台同時に使う場合、非常停止スイッチ、EMG、サーボの信号を操作するには、インターフェースを作らないと、スイッチやリレーに繋がらないことが分かった。
電気音痴の自分には、、、ま〜、フライス盤本体の納期が2月中旬頃になると、秘密基地より話が来たので、ぼちぼちと勉強することに。





構  成
1、非常停止回路
2、秋月のPWM(スイッチング方式)DCモーター速度可変キット
3、オペアンプと基準電圧電源(シャントレギュレータ)
4、定電流ダイオード
5、インターフェース
6、作業を終えて


1、非常停止回路
先ずは、三菱サーボアンプMR-J3-40AのALM信号を統合する方法の検討から入りました。





フォトカプラー

フォトカプラーは、何といっても、インプットされた信号を光に変えて受動側に伝達する技術です、アイソレーションというそうです。
サーボアンプの保護につながります。
自分は、ある方から教わったのですが、フォトカプラーも色々とあるようでして、ダイオード内蔵型のTLP627-4を見つけました。
ダイオード内蔵していて、誤接続による故障を回避できます。

素人の自分にとって、難関は、受光側にあるコレクター 〜 エミッターに流れる電流です。 



リレーRLはオムロンMY3、定格電流36.9mADC24V駆動、操作コイルを励磁させるには、36.9mAが必要。
注意:以下は、21mAのリレーでの計算です。

トランジスターの変換効率は順電流21mAで、6倍 → ということは、ベースには、21/6=3.5mAでOK
その為には、ベースの前に抵抗RRを配置して、電流を抑えなければなりません。
順電圧は、順電流21mAの時、1.2Vの電圧降下ですので、Rb=(24V-1.2)/3.5mA =6.5kΩ
とすべきところは、なんとなく失敗して7.5kΩを買ってしまった。
説明が遅くなりましたが、フォトカプラーTLP627-4を使用 。

ま〜、幅があるからいいでしょう、ということで、とりあえず 実験 ↓ ↓








ブレットボードで実験、成功(^^♪、うまく動作しています。この時は、電源をバラック的に、転がっていたノートパソコン用のACアダプター19Vでやりました。
発光ダイオードの赤色は、フォトカプラーTLP627-4の発光側ダイオードの通電状態を示しています。

黄色の発光ダイオードは、TLP627-4の受光側のトランジスターにより、スイッチONさせてリレーの操作コイルを励磁させ、リレーの接点がONとなっている状態を示しています。
初めて、トランジスターの増幅率などを計算して抵抗を決めたりしました。
結構アバウトでしたが、大成功でした(^^♪
これで、ACサーボアンプ複数台からでるALRM信号を一つのリレーで操作できます!!
自己満足ですが、嬉しかったです。 で、よく見ると、リレー内部にある、励磁状態を表示する発光ダイオードが点灯していません、多分これはDC19を使って駆動させているからでしょう。
本番は、DC24Vだから大丈夫でしょうということで、ササと行きます。





2、PWM(スイッチング方式)DCモーター速度可変キット



このキットは、旋盤市場のPSL-550VDRにも使いまして、今回もML4用に使うことにしました。
理由は、ま〜、この道では歴が浅いので、大口は叩けませんが、でも、キットに使われているPwerMosFET IRL1520NPbF です。
IDドレイン電流が8.1Aと大きく、且つ、PD 発熱容量が30Wと小さくので、ヒートシンクが小さくなります。自分で探しましたが、こういったスペックを持った Power Mos FETは見つかりませんでした。
それと、基板の中央に見えるのはタイマーIC NE555といいます。 これは発信器として使われていて、可変抵抗器によりデューティー比を変えてモーターの回転数を変える仕掛けです。
これで、500円で買えるのですから、激安です(^^♪

ヒートシンクの大きさは、ネットでこの写真を見つけて、大雑把に計算しました。2A程度のポンプを想定しました。
このサイトです。



3、オペアンプと基準電圧電源(シャントレギュレータ)

電源のモニター用に付けた発光ダイオードは、電源が落ちたら、即消灯の方が好みです。
なかなかアイディアが浮かばなかったんですが、ある時、オペアンプを勉強していたら、ある方から、シャントレギュレーターを教わりました。
シャントレギュレーターとは、出力電圧の精度が高いため基準電圧源としてよく利用されるそうです。
また、基本的な制約事項としてシャント・レギュレータに流せる電流のMin.とMax.との差分までの負荷電流の変化までしか対応ができません。

で、このシャントレギュレーターを調べていたら、中にオペアンプが入っているんですね! またまたオペアンプに戻ったわけです(笑

ディバイスは、可変シャントレギュレーターNJM1431Aです。



話は戻って、LEDを電源のダウン時に即消灯させる仕掛けですが、それは、オペアンプの使い方にコンパレータというのがあって、特徴としては、
プラス端子に印可された電圧がマイナス端子の電圧より下回っていると、電源電圧より下目の電圧が出るという点です。
コンパレータは、その時に出る電圧の発声の仕方が、デジタル的なので、電源がだうんしたら、オペアンプからの出力が即ダウンすると踏んだのです。


オペアンプは定番のLM358N


計算方法はここ 6ページ目にあります。






4、定電流ダイオード CRD
ある電圧範囲の電流がほとんど変化していない状態を保てます。
複数のLEDをCRD1個を直列接続にすることにより、一度に複数のLEDを点灯できます。
今回のフォトカプラーの発光側にもLEDがあるので、CRDを利用出来ると思いました。でも、実際は止めました。

発光LEDの肩特性電圧は、フォトカプラーのデータシートにないけど、恐らく2V程度。
そうすると、
2V < 1.15V×3個 < 24v- 1.15v*3個  となるので、サーボオン、EMGの信号に使えます。


5インターフェース
とま〜、この他にも、FETやトランジスターのスイッチング、I/O、ロジックICなどをちまちまと学習。

2015/2/14 この日は、自分の母親の1周忌、何故か、この日になって、実装でのテスト日と重なりました。
発光ダイオードで、動作を確認できるようにしました。

真冬のこの時期、実測すると、電流増幅率は、TLP628が10倍、MY3の定格電流37mA、37/10=3.7mA が発光側の最低必要電流
(24-1.2v):発光側順電圧 ÷ 3.7mA= 6.1kΩ 
TLP627の発光側 順電流の絶対最大定格は50mAなので、
手持ちの3.9kΩを使うことに。 これでも、発光側順電流は(24-1.2v)/3.9=5.8mAと推奨順電流16mAを下回っている、、、ま〜、発光してくれるでしょう。





TLP621 
SONとEMGからの信号からは、写真の技術書を見ると5mAとある。非常に微弱なので、発光側は、適当に3.9kΩをチョイス。
TLP621、3.9kΩ、発光LEDDを直列に並べてC24Vを印可すると、実測4.9mA、これなら、十分なはずです。




これは、電源から、サーボアンプ、端子台、リレー、今回製作のインターフェースの実態配線図です。
インターフェースの回路は2回路ですが、面倒だったので、端折っています。 実際は、3台分の3回路が必要です。





2015.2.17

この日、OMRONのMY3N-D2という、リレーが来たので、自作インターフェースで、操作できるかを試した。
電圧を印可すると、操作コイルの定格電流の36.9mAの近くを出した。結構、あっさりと成功
尚、そのまま通電を続けていると、通電によりコイルが温まりますので、コイル抵抗が増加することにより、少し電流の値が下がります。
自分の場合、34mA位に下がりました。このことは、Omronから、回答があったので間違いありません。



5、作業を終えて

この記事を書き始めたのが、2014年12月ですから、まる2か月経過しています。
ここまで、シーケンサの本2冊、電気工事の本、電子回路の本2冊、トランジスターの本を買いました。
何でもそうだと思いますが、本は何冊も買わないとなかなか分かりません。
自分の場合、本を買いネットで情報を漁り、キットを作ったり、FETや、定電流ダイオード、3端子レギュレーター、オペアンプなどの部品を買い、 遊びながら覚えました。 結果、こういったインターフェースを作れるようになりました。
やれば、結構楽しいものです。(^^♪




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