개시하다

고객 공장에서 IoT 시스템을 설치하기로 결정했습니다.
자신이 가지고 있는 IoT 기계는 크랜베리 파이다.그 크랜베리 파이의 GPIO판을 통해 공장의 기계와 통신할 계획이다.
예를 들어 파이썬을 통해 프로그램을 크랜베리 파이로 이동해 공장 장치에 OK/NG 신호를 보내거나 장치 상태를 나타내는 플래그 신호를 받는 식이다.
여기에 문제가 하나 있다.공장의 장치는 PLC라고 불리는 공업용 컴퓨터를 사용한다.왜 이 PLC의 표준은 24V입니까?DC 전원 공급 장치도 24V입니다.IO 레벨 전압도 24V입니다.이에 비해 크랜베리파이의 GPIO 전압 레벨은 3V~3.3V로 구성됐다.아뿔싸.

사진: 미쓰비시 모터의 PLC(미쓰비시 모터의 PLC 제품은 시퀀스 발생기라고 부른다. Copy기를 Xerox라고 부르는 것과 같다.)
그리고 여기에 맹점이 하나 더 있다.PLC 측에서는 계전기를 자주 사용한다.
계전기를 구동하기 위해서는 어느 정도의 전류(50mA 정도)가 필요하다.3.3V를 단순히 24V로 전환하는 회로가 있어도 전류가 없으면 계전기를 구동할 수 없다.
따라서 대체로 다음과 같은 규격이 필요하다.
항목
컨텐트
메모
입력 전압
3.3V
크랜베리 파이의 GPIO 레벨
출력 전압
24V
PLC용 GPIO 레벨
출력 전류
36mA 이상
계전기 구동 최저 전류

3.3V를 24V 회로로 변환

전압을 변환할 때 광전기 결합기를 자주 사용한다.
구동 원리는 아래 그림에 쓰여 있다.그림에는'입력 측과 출력 측의 GND는 연결되지 않았다'고 쓰여 있는데 이것이 바로 미소다.
입력 측과 출력 측의 전기 절연으로 인해 예를 들어 출력 측에 파도가 발생하더라도 입력 측에 영향을 주지 않는다.나는 정말 똑똑한 디자인 사상이라고 생각한다.

그리고 샤프제 PC 817은 광전기 결합기에 자주 사용된다.이번 시뮬레이션과 파일럿에도 PC 817을 활용했다.

다음은 3.3V의 신호를 24V의 회로로 바꾸는 것을 나타낸다.
3.3V측의 저항 330Ω와 24V측의 저항 2200Ω는 전류값을 10mA 정도로 축소하는 역할을 한다.

다음 시뮬레이션 결과가 표시됩니다.
3.3V측의 펄스가 24V측으로 바뀌어 나타나는 것을 확인했다.
여기서 보트에서 릴레이가 연결되면 그건 움직이지 않는다.
PC817 내부 트랜지스터의 정격 전류값이 계전기를 구동하기에 부족하기 때문이다.

NPN 트랜지스터의 전류 증폭 회로 사용

따라서 아래의 회로를 사용한다.
광전기 결합기의 출력단에서 NPN 트랜지스터의 발사극 접지 증폭 회로를 준비한다.
광전기 결합기의 출력을 NPN 트랜지스터의 기극에 연결하여 트랜지스터를 통하게 하거나 끄다.
트랜지스터의 발사극 접지는 계전기를 수집가에 미리 연결한다.확대된 집전극 전류로 계전기에 24V, 최대 150mA 정도의 전류를 가하여 계전기 ON/OFF를 만든다.(트랜지스터의 포화 영역을 이용하기 위해 집전극 전류의 최대값은 정해진 150mAg 정도이다)
처음 보는 사람에게는 복잡하게 느껴질 수도 있다.그러나 이런 구성의 회로는 자주 쓰인다.이 회로는 나무베리 파이와 마이크로컴퓨터의 GPIO가 변환될 때 가장 간단하고 믿을 만하다.

다음 그림은 이 회로의 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
3V측의 입력을 통해 계전기를 구동할 수 있다.중간은 트랜지스터 기 전류와 계전기 코일에서 유통되는 전류를 나타낸다.

판에 실제 회로를 조립하여 동작을 확인했다.
유튜브 동영상 링크도 게재했다.
https://www.youtube.com/watch?v=kdzRCSrn6X4

총결산

3

광전기 결합기, NPN 트랜지스터를 사용하여 3.3V→24V 전압 전환과 계전기 구동 회로를 설계, 동작 확인했다

참고 자료

1. 아날로그 계전기 구동