Alfra RLE irányváltós mágnestalpas fúrógéphez vezérlőelektronika
Ezt az áramkört eredetileg a gyári modul kiváltására terveztem. A panel kialakítása úgy lett megtervezve, hogy teljes mértékben illeszkedjen az eredeti modul helyére, így gyakorlatilag ez az elektronika teljes mértékben csereszabatos a régi vezérléssel.
Az eredeti áramkörről
A modul feladata a fúrógép ki-be kapcsolása, valamint a motor forgási irányának változtatása és a mágnestalp biztonságos működtetése. A gyári megoldás gyakorlatilag teljesen analóg elven működik, az áramkör legkomolyabb része néhány optocsatoló. Maga a kapcsolástechnika ennek ellenére viszonylag bonyolult. A teljesítményt és a forgásirány változtatást gyárilag relékkel oldották meg. Ezzel önmagában nem is lenne sok probléma, bár én nem igazán szeretem a reléket a mechanikai problémáik miatt. Ebben az esetben viszont akárhogy közelítettem a dologhoz félvezetős technikával, az vagy jeletős hűtőfelületet igényel volna a kapcsolt teljesítmény miatt, vagy ami kis helyen elfért volna, az pedig árban nem volt elegendően olcsó. Szóval nagyobb összegből jobb, és tisztán elektronikus áramkört lehetett volna készíteni, mivel a keret meg volt szabva, így maradt a relés megoldás.
A gyári áramkör gyengéi
Mivel a gyári modulról teljes kapcsolási rajzot készítettem, így nagyon hamar kiderültek azok a problémák, melyek az eddigi meghibásodásokért nagyban felelősek voltak. Hozzá kell tennem, hogy a gyári vezérlés sem hibásodik meg rendszeresen, de amikor tönkremegy általában mindig azonos hibával teszi. A fő hibaforrás pedig az irányváltó relék beégése. Forgásirány váltásra viszonylag jó minőségű reléket használt a gyártó, de két okból is hátrányos a megoldásuk. Egyik ok, hogy közel a bekapcsolás pillanatában történik az irányváltás is. Ez nem szerencsés, mert így az ellentétes állapotba billenéskor láthatóan elektromos ív keletkezik a relék érintkezői között. Ez hosszú távon pedig beégéshez vezet. Ezekkel a relékkel a másik nagy probléma, hogy már nem gyártják, és kereskedelmi forgalomban sem lehet őket beszerezni, ezzel a javítás is lehetetlenné válik, hacsak nem helyettesítjük ki valamivel, vagy alakítjuk át az eredeti áramkör egyes részeit. Ez viszont már olyan szintű kóklerkedés, ami egy ipari gépnél nem engedhető meg, nem is beszélve a biztonságos használat további kockázatáról.
A gyári konstrukció másik gyenge pontja egy feszültségcsökkentő rész, melyben egy zéner dióda zárlatosodik be általában. Ez átmeneti túlfeszültség esetén következik be, viszonylag ritka hiba, ha viszont bekövetkezik, szépen felég a fólia is bizonyos helyeken. A gyári kapcsolási rajzot, magam vételeztem le az áramkörről, ezt több ok miatt sem teszem/tehetem közzé a honlapon.
A tervezés főbb szempontjai
Első szempont, hogy az új áramkör illeszkedjen a gép testében a gyári panel számára kialakított helyre, csatlakozásai azonos elrendezésben és teljesen azonos típusúak legyenek, mint az eredeti egységé. Mivel ez a vezérlés csak az egyik részét képezi a teljes elektronikának, így szem előtt kellett tartanom azt is, hogy a fúrógép másik részén elhelyezett elektronikával is megmaradjon a kompatibiliása. A másik elektronikai egység szerepe egyébként a fordulatszámszabályozás és a forgásérzékelés. Ezen okoból is maradtam a relés megoldásnál. Így gyakorlatilag az új egység kimenetei, valamint csatlakozásai, minden paraméterükben és működésükben is megegyeznek a gyári moduléval, egyedül a vezérlőegység változik. A vezérlés viszont teljesen új, teljesen saját fejlesztés. A gyári modul problémái természetesen teljes mértékben ki lettek küszöbölve.
A vezérlés és kialakítása
Tehát a kimenetek kialakításától eltekintve a vezérlés az, ami teljes mértékig saját fejlesztésű. A gép kezelőszerve egy 4 gombból álló fóliatasztatúra, ami a fém házra van ragasztva. Ehhez jön még egy külön irányváltó gomb, ami egy kétállású nyomókapcsoló visszajelző fénnyel, ill. egy potméter, ami a fordulatszámot szabályozza, de ez a másik elektronikához kapcsolódik, így jelen esetben itt nincs szerepe. A fóliatasztatúra vékonysága, valamint az a tény, hogy az egész gép váza fém, arra enged következtetni, hogy mindeképp leválasztott, alacsony feszültségű jelekkel szabad csak működtetni a kezelőszervet és a hozzá tartozó áramkört. A gyári kapcsolásban erre egy NYÁK trafót és optocsatolókat használtak ezzel biztosítva volt a leválasztás egyrészt a hálózat felől, másrészt a nagyfeszültségű egységek felől is.
A leválasztást szintén NYÁK trafóval oldottam meg, viszont oylan teljesítményű biztonsági transzformátort választottam, ami képes elegendő energiát biztosítani a relék behúzásához, ill. a vezérlés és visszejlező LED-ek működtetéséhez. Itt nem kell nagy teljesítményekben gondolkodni, elvégre ez csak a vezérlő része az áramkörnek. A vezérlést PIC mikrovezérlővel oldottam meg. Ennek a megoldásnak nagy előnye az egyszerű kapcsolástechnika, minimális alkatrészigény és a működési paraméterek módosításának lehetősége az áramkör hardveres részeinek megváltoztatása nélkül.
A vezérlés késleltetéseket, gombműveleteket kezel, valamint visszacsatolt jelek segítségével a kapcsolt fogyasztó állapotát is figyeli. Ezen események között olyan logikai kapcsolatok vannak, melyek a biztoságos és megbízható működést valósítják meg. Mivel a különböző változók közötti összefüggések figyelése és ennek megfelelően történő esetenkénti automatizált beavatkozás is szükséges, (vészleállítás stb.) így analóg, vagy logikai kapukkal történő kialakítása sokkal bonylultabbá tette volna a modult.
Néhány kép a saját tervezésű modulról:
Sorozatgyártás és felhasználás
Az áramkör sorozatgyártásra lett tervezve, de másként alakultak a dolgok, így csupán két mintadarab készült belőle. Ettől függetlenül, mivel a fémiparban elég sok helyen használnak ilyen gépet, így azok elektronikacserés javítása esetén mint utángyárott egység, kiválóan alkalmazható, nem is beszélve a jelentős árkülönbségről.