Sterowanie drzwiami gara owymi

Transkrypt

1 Sterowanie drzwiami gara owymi Andrzej Brzozowski Artyku³ opisuje dzia³anie systemu sterowania drzwiami gara owymi oraz przedstawia rozwi¹zanie dodatkowego uk³adu, który mo e byæ zastosowany w istniej¹cym systemie sterowania do podniesienia poziomu jego bezpieczeñstwa. Typy drzwi gara owych S¹ dwa typy drzwi gara owych: uchylne do góry, segmentowe (dzia³aj¹ce podobnie jak rolety okienne). Ka dy z tych typów mo e byæ napêdzany elektronicznie sterowanym silnikiem. Drzwi uchylne wyposa one s¹ w ramiê po³¹czone z silnikiem. Drzwi segmentowe zwijaj¹ siê podobnie jak rolety okienne. Silnik steruj¹cy zwijaniem umieszczony jest z jednej strony. Je eli silnik z jakiœ powodów siê zatrzyma (np. brak zasilania), nie ma mo liwoœci przesuniêcia drzwi rêcznie. Dlatego drzwi takie s¹ zwykle wyposa one w korbê pozwalaj¹c¹ na ich rêczne przesuniêcie. Silniki stosowane w obu typach drzwi s¹ zwykle silnikami zasilanymi sta³ym napiêciem. Kierunek obrotu silnika zale y od polaryzacji napiêcia zasilaj¹cego. Polaryzacja jest ustalana przez uk³ad steruj¹cy silnikiem. Przyk³ad systemu sterowania drzwi gara owych Na rysunku 1 przedstawiono schemat blokowy systemu sterowania. Za³ó my, e drzwi gara owe s¹ zamkniête. U ycie pilota lub lokalnego przycisku uruchamia przekaÿnik RL1. Kontakty a, b tego przekaÿnika przy³¹czaj¹ napiêcie zasilaj¹ce silnik, a kontakt c od³¹cza rezystor R przy³¹czony równolegle do silnika. Drzwi zaczynaj¹ siê otwieraæ. W momencie, gdy osi¹gaj¹ po³o enie w pe³ni otwarte, naciskaj¹ prze³¹cznik SW1, a uk³ad steruj¹cy w reakcji na za³¹czenie prze³¹cznika od³¹cza napiêcie steruj¹ce przekaÿnikiem RL1. Do silnika zostaje przy³¹czone obci¹ enie R. Dziêki temu silnik zostaje zatrzymany bardzo szybko. W przypadku zamykania drzwi silnik zasilany jest napiêciem o odwrotnej polaryzacji przez styki przekaÿnika RL. W momencie osi¹gniêcia po³o enia zamkniêtego, drzwi naciskaj¹ prze³¹cznik SW i uk³ad steruj¹cy od³¹cza napiêcie steruj¹ce przekaÿnik RL. Uk³ad steruj¹cy silnikiem monitoruje pr¹d silnika w czasie jego dzia³ania. Je eli drzwi w czasie zamykania uderz¹ w coœ, ich ruch zostaje zwolniony i nastêpnie zatrzymany. Uk³ad steruj¹cy wykrywa wzrost pr¹du pobieranego przez silnik i uruchamiany jest uk³ad bezpieczeñstwa, który powoduje, e drzwi zaczynaj¹ siê automatycznie podnosiæ do góry. Poziom czu³oœci uk³adu zabezpieczaj¹cego mo e byæ regulowany. Uk³ad monitoruj¹cy pr¹d silnika powoduje odwrócenie napiêcia zasilaj¹cego silnik w przypadku, gdy drzwi przy opuszczaniu (zamykaniu) napotykaj¹ na przeszkodê. Odwrócenie napiêcia zasilaj¹cego silnik powoduje, e drzwi zaczynaj¹ siê otwieraæ. Dodatkowo w wielu systemach stosowana jest lampa oœwietlaj¹ca gara w czasie otwierania siê drzwi przez ok. minuty. Na schemacie blokowym systemu przedstawiono dwa sposoby pod³¹czenia silnika do uk³adu. Odbiornik zdalnego sterowania W³¹cznik lokalny a) SW1 Mikroprze³¹czniki SW Uk³ad steruj¹cy Cewka przekaÿnika RL1 (otwieranie) Cewka przekaÿnika RL (zamykanie) RL1a RL1b RLa RLb RL1c RLc Y1 Y R Z1 Y Silnik Regulacja czu³oœci zabezpieczenia Kontrola pr¹du silnika Lampa oœwietlaj¹ca gara b) Alternatywny sposób pod³¹czenia silnika Y1 Y RL1 Y X1 Napiecie sieci X X Zasilacz Vs Silnik RL Rys.1. Schemat blokowy systemu sterowania drzwi gara owych

2 Pierwszy z nich pokazany na rysunku 1.a stosowany jest w przypadku, gdy wymagane jest przy³¹czenie dodatkowego obci¹ enia do silnika w celu jego szybkiego zatrzymania. Je eli silnik nie wymaga dodatkowego obci¹ enia, stosowane jest prostsze rozwi¹zanie pokazane na rysunku 1.b. Poni ej opisany jest uk³ad dodatkowego systemu bezpieczeñstwa, który mo e byæ w³¹czony w istniej¹cy system sterowania jako blok X lub Y. Przyk³ad realizacji dodatkowego systemu bezpieczeñstwa W opisanym systemie sterowania uk³ad bezpieczeñstwa kontroluj¹cy pr¹d silnika zaczyna dzia³aæ dopiero wtedy, gdy drzwi gara owe napotkaj¹ na przeszkodê w czasie swojego ruchu. Mo e to spowodowaæ np. nara enie osoby znajduj¹cej siê pod przesuwaj¹cymi siê drzwiami lub uszkodzenie samochodu. Dodatkowy uk³ad bezpieczeñstwa wykorzystuje wi¹zkê promieniowania podczerwonego z systemu fotokomórek do wykrycia obecnoœci cz³owieka lub przedmiotu na drodze zamykaj¹cych siê drzwi. Uk³ad taki zapewnia znacznie wiêkszy poziom bezpieczeñstwa ni uk³ad z kontrol¹ pr¹du silnika i reaguje zanim drzwi napotkaj¹ opór na swojej drodze. Przy stosowaniu wi¹zki podczerwieni do wykrycia przeszkody bardzo wa na jest wysokoœæ umieszczenia wi¹zki. Je eli wi¹zka jest umieszczona zbyt wysoko, system mo e nie wykrywaæ obecnoœci dzieci lub ma³ych zwierz¹t. Je eli wi¹zka zostanie umieszczona zbyt nisko, system bezpieczeñstwa mo e nie zadzia³aæ i spowodowaæ uwiêzienie samochodu wje d aj¹cego do gara u. Opis uk³adu Dodatkowy uk³ad bezpieczeñstwa wykorzystuje wi¹zkê podczerwieni do wykrywania przeszkody na drodze przesuwaj¹cych siê drzwi. Uk³ad zawiera trzy bloki: dwa z nich to nadajnik i odbiornik podczerwieni w opisywanym systemie zastosowano zestaw do monta u nadajnika i odbiornika firmy Velleman. Zestaw ma oznaczenie MK 10IR. Modu³y nadajnika i odbiornika podczerwieni montowane s¹ naprzeciwko siebie na bokach futryny drzwi gara owych, trzecim blokiem jest uk³ad steruj¹cy zawieraj¹cy interfejs, uk³ady logiki i zasilacz. Blok ten montowany jest na œcianie gara u. Na p³ycie czo³owej uk³adu zamontowano dwa prze³¹czniki: pierwszy z nich s³u y do zatrzymania drzwi w przypadku niespodziewanego zdarzenia, drugi s³u y do wy³¹czenia lub w³¹czenia sygna³u dÿwiêkowego sygnalizuj¹cego przeszkodê pojawiaj¹c¹ siê na drodze wi¹zki podczerwieni. Gdy sygna³ dÿwiêkowy zostanie wy³¹czony, czerwona dioda LED miga sygnalizuj¹c przeszkodê na drodze wi¹zki podczerwieni. Dodatkowym sygnalizatorem jest lampka neonowa, która jest w³¹czona, gdy napiêcie sieci zasilaj¹ce ca³y system jest wy³¹czone. Zielona dioda LED wskazuje, e system pracuje normalnie, jej wy³¹czenie oznacza brak napiêcia zasilania, wy³¹czenie drzwi lub wy³¹czenie sygna³u dÿwiêkowego. Dwukolorowa dioda LED wskazuje status uk³adu kontroli: œwieci w kolorze zielonym gdy wi¹zka podczerwieni nie jest zak³ócana, œwieci w kolorze czerwonym w przypadku zak³ócenia wi¹zki. Gdy zak³ócenie zanika, sygna³ dÿwiêkowy automatycznie wy³¹cza siê, a dioda statusu prze³¹cza siê na œwiecenie w kolorze zielonym dopiero po czterech sekundach. Ten czas jest czasem zw³oki, po którym drzwi mog¹ zacz¹æ dzia³aæ normalnie. Czas zw³oki jest potrzebny, aby zabezpieczyæ silnik przed w³¹czaniem i wy³¹czaniem w przypadku, gdy na przyk³ad dziecko lub pies biegaj¹ szybko powoduj¹c zak³ócenie wi¹zki podczerwieni. Nadajnik sygna³u podczerwieni Schemat ideowy nadajnika przedstawiono na rysunku. 1n 1n Tr LED1 LED Rys.. Schemat ideowy nadajnika R 8 Tranzystory, Tr pracuj¹ w uk³adzie multiwibratora generuj¹cego sygna³ o czêstotliwoœci khz. Sygna³ wyjœciowy z multiwibratora podawany jest do stopnia koñcowego z tranzystorem Tr, który steruje dwie diody emituj¹ce sygna³ podczerwieni. Zastosowanie dwóch diod nadawczych zapewnia bardzo dobr¹ czu³oœæ ca³ego uk³adu nadajnikodbiornik. Zestaw Vellemana pozwala na uzyskanie zasiêgu m dla sygna³u podczerwieni bez potrzeby stosowania filtrów lub soczewek. Odbiornik sygna³u podczerwieni Schemat ideowy odbiornika przedstawiono na rysunku. Fototranzystor odbiera sygna³ z nadajnika. Na kolektorze tranzystora pojawia siê sygna³ na poziomie mv przy odleg³oœci nadajnikodbiornik równej m. Sygna³ z kolektora przez uk³ad, podawany jest na wejœcie wzmacniacza operacyjnego Ia. Sygna³ z wyjœcia wzmacniacza przez uk³ad, podawany jest do wejœcia Ib, który razem z diodami D, tworzy uk³ad detektora przetwarzaj¹cego sygna³ zmienny na napiêcie sta³e ³aduj¹ce kondensator C. Uk³ad Ic pracuje jako komparator. Rezystory R9, 0, 1 i kondensator C ustalaj¹ poziom odniesienia na wejœciu nieodwracaj¹cym komparatora. Je eli napiêcie na kondensatorze C przekroczy poziom napiêcia na kondensatorze C (nastêpuje to wtedy, gdy wi¹zka podczerwieni nie jest zak³ócana), napiêcie wyjœciowe z uk³adu komparatora przyjmuje stan niski. Je eli wi¹zka podczerwieni zostanie zak³ócona, napiêcie na wyjœciu komparatora przyjmuje stan wysoki. Sygna³ S1 z wyjœcia komparatora podawany jest do uk³adu kontroli. Uk³ad kontroli Na rysunku przedstawiono schemat ideowy uk³adu zasilania i kontroli. Tr

3 10k 7n Uk³ad zasilania wytwarza napiêcie zasilaj¹ce dla nadajnika i odbiornika podczerwieni oraz uk³adu generowania dÿwiêku. Transformator sieciowy T1 dostarcza napiêcie zasilaj¹ce 1VAC, które prostowane jest w uk³adzie RE i. Napiêcie na kondensatorze wynosi ok. 18V. Stabilizator I wytwarza napiêcie. Kontakty przekaÿnika RLA za³¹czaj¹ lub od³¹czaj¹ silnik poruszaj¹cy drzwi i mog¹ byæ w³¹czone w istniej¹cy system sterowania w miejscach oznaczonych na rysunku 1 jako X lub Y. Sygna³ S1 z wyjœcia komparatora odbiornika podczerwieni przyjmuje normalnie stan niski (wi¹zka nie jest zak³ócana). Napiêcie to podawane jest w uk³adzie kontroli do wtórnika z tranzystorem Tr. W przypadku zak³ócenia wi¹zki podczerwieni napiêcie to wzrasta do poziomu ok., a napiêcie na emiterze Tr narasta do poziomu ok. 8V. Napiêcie z emitera Tr podawane jest do uk³adu generuj¹cego sygna³ dÿwiêkowy sygna³ S oraz ³aduje kondensator C przez rezystor R7 i diodê. Ia I LM 7n D Ib Id R 10k C.µ R7 RA R8 0 0k 1 k Rys.. Schemat ideowy odbiornika R9 0k Ic C.µ C 1000µ k Gdy kondensator C jest roz³adowany, tranzystor Tr jest wy³¹czony, a tranzystor Tr jest w³¹czony. Przez cewkê przekaÿnika RLA p³ynie pr¹d, a styki przekaÿnika RLA s¹ zwarte zapewniaj¹c normaln¹ pracê systemu sterowania silnikiem. Pr¹d p³ynie przez rezystor, tranzystor Tr, rezystor i przekaÿnik RLA. Gdy kondensator C jest na³adowany, tranzystor Tr zostaje w³¹czony, Tr wy³¹czony, cewka przekaÿnika nie jest zasilana i styki przekaÿnika s¹ rozwarte uk³ad sterowania silnikiem zostaje zablokowany. W momencie, gdy wi¹zka podczerwieni ustabilizuje siê, napiêcie na emiterze Tr spada do poziomu ok. i kondensator C jest roz³adowywany przez rezystory R i. Po oko ³o sekundach tranzystor Tr zostaje wy³¹czony, a tranzystor Tr w³¹czony zwiêkszaj¹c pr¹d p³yn¹cy przez rezystor, co powoduje przyspieszenie wy³¹czenia tranzystora Tr. Dziêki temu przekaÿnik zostaje za³¹czony w sposób bezpieczny dla przy³¹czonego do jego styków obci¹ enia indukcyjnego. Sygna³ S do modu³u kontroli stan wysoki gdy wi¹zka jest zak³ócana 1 RE W00 Modu³ zasilania i kontroli 1VAC z transformatora T1 PE 18V 00µ V I L n C 100n C 0µ 8,10 9,11 Zasilanie do modu³ów nadajnika, odbiornika idÿwiêku D Dioda "Status" Czerwona Zielona PrzekaŸnik RLA 00R D D1 Tr Tr R R9 100 R7 7 R8 1 Do diody LED "System" Sygna³ S1 1 z odbiornika podczerwieni 1 Sygna³ S do modu³u dÿwiêku 7 Tr C xx Rys.. Uk³ad zasilania i kontroli

4 Podobnie jest w sytuacji, gdy wi¹zka podczerwieni jest zak³ócana i przekaÿnik zostaje wy³¹czony. Czas za³¹czania przekaÿnika jest zale ny od wartoœci pojemnoœci kondensatora C. Dla wartoœci µf wynosi sekundy, dla wartoœci 7µF 8 sekund, dla wartoœci 100µF 1 sekund. Dioda D jest diod¹ wskazuj¹c¹ status systemu. Gdy przekaÿnik RLA jest zwarty, pr¹d p³ynie przez elementy:, Tr, D1,, D i dioda D œwieci w kolorze zielonym. Z³¹cze baza emiter tranzystora jest spolaryzowane odwrotnie i jest wy³¹czony. Gdy przekaÿnik jest wy³¹czony, tranzystor Tr jest wy³¹czony i napiêcie na bazie narasta powoduj¹c jego w³¹czenie i zasilenie przez rezystor diody D. Dioda w tym przypadku œwieci w kolorze czerwonym. Dioda D1 jest spolaryzowana w kierunku zaporowym. Przez przekaÿnik RLA p³ynie tylko pr¹d bazy tranzystora, dioda D stanowi w tym momencie zabezpieczenie przez wzrostem napiêcia na cewce przekaÿnika w wyniku jego gwa³townego wy³¹czenia. Uk³ad generowania sygna³u dÿwiêkowego Na rysunku przedstawiono schemat uk³adu generuj¹cego sygna³ dÿwiêkowy. Gdy wi¹zka podczerwieni zostanie zak³ócona, napiêcie na emiterze tranzystora Tr w uk³adzie kontroli (rys.) przyjmuje stan wysoki. Sygna³ S z emitera Tr podawany jest do modu³u generatora dÿwiêku, gdzie zasila buzzer. Gdy na wyjœciu I jest stan niski, pr¹d p³ynie przez buzzer, diodê D, prze³¹cznik SWa powoduj¹c generowanie dÿwiêku. Gdy na wyjœciu I jest stan wysoki, pr¹d przez buczek nie p³ynie. Uk³ad I pracuje jako multiwibrator z czasem prze ³¹czania cykle na sekundê. Kondensator dostarcza wymagany pr¹d buzzera. Prze³¹cznik SW s³u y do wy³¹czania sygna³u dÿwiêkowego i za³¹czania diody LED D1 ( DŸwiêk wy³. ) migaj¹cej ca³y czas, gdy wi¹zka podczerwieni jest zak³ócana a sygna³ dÿwiêku jest wy³¹czony. Sekcja b prze³¹cznika SW s³u y do wy³¹czenia diody LED (dioda System wskazuj¹ca poprawn¹ pracê systemu) w czasie, gdy buzzer jest wy³¹czony. Sygna³ S z modu³u kontroli SWa 1 D1 DŸwiêk wy³. BUZ1 D Wypr. 1 modu³u kontroli Modu³ generatora dÿwiêku 10µ Dioda System 1 8 I NE SWb 7 1M 0.7µ V Rys.. Schemat uk³adu generuj¹cego sygna³ dÿwiêkowy L N F1 0mA Napiêcie sieci L1 SW1a Napiêcie sieci i przekaÿnik Na rysunku przedstawiono obwody po³¹czone z napiêciem sieci i przekaÿnikiem. Napiêcie sieci poprzez prze³¹cznik SW1 podawane jest do transformatora T1. Warystor VD zabezpiecza uk³ad przed przepiêciami. Neonówka L1 wskazuje wy³¹czenie uk³adu kontroli prze³¹cznikiem SW1. Uk³ad kontroli nie jest wówczas zasilany i œwiecenie neonówki L1 wskazuje jego wy³¹czenie. Na rysunku 7 przedstawiono dwa alternatywne sposoby przy³¹czenia dodatkowego systemu bezpieczeñstwa do systemu sterowania silnikiem. Mo liwe s¹ trzy sposoby przy³¹czenia dodatkowego systemu bezpieczeñstwa do systemu sterowania. 1. Pierwszy z nich rys.7a polega na tym, e kontakty przekaÿnika RLA s¹ w³¹czone szeregowo w przewód zasilaj¹cy uk³ad sterowania (na rys.1. w miejscu oznaczonym jako X1, X). W przypadku zak³ócenia wi¹zki podczerwieni blokowany jest system steruj¹cy silnikiem poprzez od³¹czenie napiêcia zasilaj¹cego. Taki sposób w³¹czenia styków przekaÿnika ma wadê. Uk³ad kontroli silnika po usuniêciu zak³ócenia wi¹zki podczerwieni i za³¹czeniu zasilania mo e nie pamiêtaæ ustawieñ sprzed wy³¹czenia zasilania i w³¹czyæ siê z ustawieniami startowymi. Przy takim pod³¹czeniu, gdy uk³ad kontroli podczerwieni jest wy³¹czony prze³¹cznikiem SW1a, druga sekcja tego prze³¹cznika SW1b za³¹cza zasilanie systemu sterowania silnikiem. Warystor VD stanowi zabezpieczenie przed przepiêciami. VD T1 1VAC do modu³u kontroli Rys.. Obwód napiêcia sieci i pod³¹czenie przekaÿnika a) b) punkt X1 lub Y1 VD punkt Y1 punkt Z1 NO styki RLA NO styki RLA SW1b NC NC SW1b punkt X lub Y punkt Y punkt Z1 Rys.7. Pod³¹czenie styków przekaÿnika RLA do systemu sterowania

5 . Drugi sposób rys.7a pod³¹czenia polega na w³¹czeniu dodatkowego uk³adu bezpieczeñstwa w miejscu oznaczonym na schemacie z rys.1 jako Y. Styki przekaÿnika RLA w³¹czaj¹ lub od³¹czaj¹ zasilanie silnika. W takim przypadku uk³ad sterowania silnikiem jest ca³y czas zasilany i pamiêta swoje ustawienia. Gdy styki przekaÿnika RLA przerywaj¹ obwód napiêcia sta³ego zasilaj¹cego silnik, silnik jest zatrzymywany dopiero po chwili.. Aby uzyskaæ efekt natychmiastowego zatrzymania silnika, nale y zastosowaæ po³¹czenie przekaÿnika RLA i prze³¹cznika SW1b przedstawione na rysunku 7b. W tym po³¹czeniu silnik jest zwierany, gdy przekaÿnik RLA nie jest zasilany (po³o enie NC przekaÿnika RLA, prze³¹cznik SWb w po³o eniu ), co powoduje szybkie zatrzymanie silnika. Prze³¹czenie prze³¹cznika SW1 w pozycjê powoduje wy³¹czenie uk³adu kontroli fotokomórek i system sterowania silnikiem pracuje normalnie. Monta i testowanie uk³adu W nadajniku i odbiorniku podczerwieni zastosowano zestaw firmy Velleman MK10. P³ytki nadajnika i odbiornika s¹ na tyle du e, e mo na w nich nawierciæ otwory monta owe. P³ytki zosta³y umieszczone naprzeciwko siebie po obu stronach futryny drzwi gara owych na wysokoœci ok. 0cm. Po³¹czenie z modu³em zasilania i kontroli wykonano stosuj¹c cztero y³owy kabel telefoniczny. Uk³ad steruj¹cy umieszczony zosta³ w obudowie zamontowanej na œcianie gara u. Przed ostatecznym monta em uk³adu warto skontrolowaæ poprawnoœæ jego dzia³ania. W czasie testów wymagane jest w³aœciwe umieszczenie p³ytek nadajnika i odbiornika podczerwieni. Prosty test uk³adu polega na zakryciu palcem jednej z diod nadajnika. Je eli dioda LED wskazuj¹ca status œwieci ci¹gle w kolorze zielonym, oznacza to poprawn¹ pracê nadajnika i odbiornika z du ym zapasem czu³oœci uk³adu. Je eli dodatkowy uk³ad bezpieczeñstwa ma byæ zastosowany w systemie z drzwiami segmentowymi, to mo na zastosowaæ automatyczne testowanie systemu bezpieczeñstwa przy ka dym opuszczaniu lub podnoszeniu drzwi. W tym celu nale y umieœciæ w dole drzwi wystaj¹cy kawa³ek metalu, który ka dorazowo przy ruchu drzwi zak³óci wi¹zkê podczerwieni. W takim przypadku nast¹pi zatrzymanie silnika na cztery sekundy, po czym uk³ad zacznie dalej przesuwaæ drzwi w górê lub w dó³. }