Dioda RGB sterowana przez PLC

Zamierzam sterować diodą RGB za pomocą wyjść analogowych sterownika PLC.

Link do diody:

http://ledix.pl/files/download/Instrukcja%20SONA%20bez%20ramki%20NT%2014%20V%20PL.pdf

W skrócie:

Dioda ma 4 wyprowadzenia (+, R, G, B)

Można sterować nią (z pominięciem dedykowanego sterownika) poprzez podanie napięcia 14V na '+', oraz regulując napięcie na R,G, B (0 - 14V), im większa różnica potencjałów, tym większe natężenie (jaśniejsze świecenie).

Sterownik posiada moduł z 4 wyjściami analogowymi, jednak można tam uzyskać tylko napięcie -10 - +10V

Ja natomiast potrzebuję sterować różnicą potencjałów 0 - 14V.

Czy sposób podłączenia, jaki przedstawiłem na poniższym rysunku, ma prawo zadziałać ?

Tzn. Do '+' podajemy 10V (względem masy sterownika), a na pozostałych regulujemy na kolejnych 3 wyjściach od -4V do +10V.

Więc żadna z elektrod diody nie będzie podciągnięta do masy sterownika.

Czy ma prawo to działać ?

Czy jest to niebezpieczne i można w ten sposób uszkodzić diodę, lub sterownik ?

Oczywiście, że jest to niebezpieczne. Oprawa którą masz jest dedykowana do jakichś sterowników. To, że napisali tam 14V to wcale nie oznacza, że napięcie sterujące poszczególnymi kolorami zmienia się od 0 do 14V. Sterowniki takie mają na wyjściach źródła prądowe które regulują prąd, lub wyjścia PWM. Szczerze mówiąc nie widziałem diody LED której jasność można by zmieniać napięciem o tak dużej rozpiętości. Prawdopodobnie wystarczy zmiana 10-12V choć bez znajomości struktury wewnętrznej "diody" to tylko zgadywanie.

Z drugiej strony wyjścia analogowe sterownika PLC są wyjściami sygnałowymi. Generują napięcie -10..+10V a nie moc - odróżniaj to. Zwykle prądy wyjściowe są niewielkie (kilka-naście mA), bo nie są to linie przeznaczone do zasilania czegokolwiek a do sterowania i/lub przesyłania informacji kodowanej w postaci napięcia.

Robiąc takie eksperymenty popełnisz kilka błędów jednocześnie:

1. Podłączasz nieznany odbiornik (nie wiesz co jest w oprawie diody) do urządzenia którego parametrów chyba również nie znasz. To bezmyślność.

2. Żadna dioda nie powinna być sterowana ze źródła napięciowego a tak wyglądają wyjścia PLC. To elektroniczne przedszkole.

3. Liczysz na wyciąganie mocy z wyjść sygnałowych. To naiwność.

4. Generalnie chyba nie wiesz co robisz.

Dzięki, że mi to uświadomiłeś.

Mierząc napięcie na wyjściu sterownika, różnica potencjałów między elektrodą '+', a pozostałymi elektrodami zmieniała się od wartości 0V do 14V właśnie.

Bawiąc się z potencjometrem - kolor czerwony pojawiał się już przy 7V i zwiększał swoją intensywność do 14V, kolor zielony 8 - 14V, niebieski 10-14V.

Oczywiście masz rację, że powinno się sterować prądem, nie napięciem.

Do tej pory myślałem jednak, że skoro rezystancja diody jest stała, to przy odpowiedniej wydajności prądowej sterując napięciem, sterujemy również prądem. Choć to chyba nie do końca tak działa.

Jako ciekawostkę, mogę powiedzieć, że podłączając '+' do masy, a pozostałe 3 elektrody do poszczególnych kanałów wyjść analogowych, dioda zachowywała się tak, jak wtedy przypuszczałem, że powinna się zachowywać, tzn. dla elektrody czerwonej zmieniając napięcie na wyjściu -7V - -10V, natężenie światła wzrastało (choć nie wiem, czy i tak nie było mniejsze, niż być powinno).

Z ciekawości:

Czy przy założeniu, że potrzebowałbym sygnału 0 - 14V, sposób połączenia przedstawiony w poprzednim poście, jest prawidłowy (nie 'używamy' masy sterownika) ?

Podłączenie anody diody (+) do czwartego wyjścia PLC jest najgorszym pomysłem, bo tamtędy będzie płynął prąd będący sumą trzech składowych i to wyjście będzie miało najciężej. Najlepiej by było gdybyś znalazł jakieś +12V z którego mógłbyś pobierać prąd potrzebny wspólnej anodzie.

Na wyjściu analogowym PLC jest zwykle wzmacniacz operacyjny (osobny lub wbudowany w DAC) więc jemu jest wszystko jedno czy prąd wpływa czy wypływa i dokąd. Jeżeli podepniesz się diodą między masę a wyjścia, zapodawanie napięć ujemnych zadziała. Oczywiście w sensie kierunku przepływu prądów a nie wielkości mocy. Tutaj wciąż mam zastrzeżenia co do obciążania wyjść prądami >10mA, chyba że specyfikacja PLC pozwala na więcej.

Dioda nie jest rezystorem więc nie ma stałej rezystancji. Do pewnego napięcia praktycznie nie przewodzi a potem prąd gwałtownie rośnie. Dlatego źródło napięciowe nie jest dobrym pomysłem i przynajmniej rezystor szeregowy byłby mile widziany. A najlepiej źródło prądowe w którym gdy ustawisz 75mA to tyle płynie niezależnie od napięcia diod itp. Nie wiemy też jak wygląda schemat/wnętrze samej oprawy/diody. Ile jest tam struktur LED połączonych szeregowo i co jeszcze. Piszą przynajmniej o układzie "wyrównującym prąd" czy jakoś tak. To może być jakiś dławik szeregowy albo inny wynalazek wygładzający prąd przy sterowaniu PWM.

Twoje eksperymenty ze zmianą napięcia już coś mówią, choć z uwagi na słabą obciążalność wyjść nie traktowałbym ich jak zasilacza laboratoryjnego gdzie jak ustawisz 7V to tyle jest.

Przy takich próbach musisz koniecznie mierzyć napięcia multimetrem bezpośrednio na wyjściach. Może się okazać, że dopóki dioda nie świeci, napięcie ładnie rośnie zgodnie z ustawieniami a potem gdy prąd wzrasta i widzisz światło, napięcie praktycznie się zatrzymuje i pracujesz już na krawędzi wydolności wzmacniacza wyjściowego.

W opisie sterownika SLR-11 dedykowanego przez producenta do tej oprawy znalazłem informację, że ma on wyjścia PWM. Tak więc te podawane 14V to tylko maksymalne zasilanie oprawy a w wersji RGB jest ona napędzana modulacją szerokości impulsów. Jeżeli masz w swoim PLC min. trzy wyjścia cyfrowe PWM, dołączając trzy tranzystory (i zasilacz 12-14V) możesz zrobić naprawdę jasno świecący punkt w dowolnym kolorze.

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

Czy schemat połączenia jest prawidłowy ?

Mam do dyspozycji moduł:

Niestety w dokumentacji nie ma wiele więcej informacji, poza tymi które są przedstawione na obrazku.

Przypuszczam, że funkcja CNT przy Digital I/O tyczy się tylko przypadku "IN" i służy (jak to counter) do zliczania zboczy narastających (może też opadających?).

Więc za pomocą tego PWM raczej nie wygeneruję.

W dokumentacji PLC znalazłem natomiast informację o opóźnieniu I/O, i wynosi 1ms

Czy zatem posługując się tymi wyjściami, i korzystając z funkcji BLINK:

BLK(ENABLE:=start , TIMELOW:=time1 , TIMEHIGH:=time2 , OUT=>OUT_R );

i przyjmując częstotliwość np. 100Hz (time1 + time2 = 10ms)

dobierając w zależności od pożądanego natężenia danej barwy odpowiednie wartości time1 i time2, byłbym w stanie to wysterować ?

-------------------------

Dysponuję sterownikiem SLR-13

http://ledix.pl/files/download/Instrukcja%20SLR-13%20PL.pdf

Po podłączeniu jak w dokumentacji:

W przypadku rozwartego łącznika przy potencjometrze - kręcąc gałką potencjometru reguluje się natężenie wybranej barwy. Napięcie między "ujemnym" zaciskiem do potencjometru a masą wynosi zawsze 2.12V.

W przypadku zwartego łącznika przy potencjometrze - kręcąc gałką potencjometru mamy możliwość wyboru jednej z czternastu barw (której to potem natężenie możemy regulować poprzez rozwarcie łącznika).

Na chwilę obecną, do dodatniego zacisku przeznaczonego dla potencjometru jest podłączone analogowe wyjście sterownika PLC (0 - 10 V), a do ujemnego zacisku, poprzez przekaźnik, podłączona jest masa układu.

Wyglądało jakby działało poprawnie, ale to ciągle jest ograniczenie, tylko do 14 możliwych barw, oraz wymaga wykorzystania dedykowanego sterownika.

Schemat jest zły. Ma być tak:

1. Plus diody (wspólna anoda) do plusa zasilania.

2. Trzy katody diodek przez oporniki szeregowe do trzech kolektorów tranzystorów.

3. Bazy przez oporniki do wyjść PLC, emitery na masie.

Dobrze byłoby dać też jakieś oporniki od baz do masy, bo teraz sterowanie jest bardzo niesymetryczne. Tranzystory dostają 0-24V a złączają się przecież 0-0.6V. Daj szeregowo z wyjściami PLC 5.1k i od baz do masy z 10-22k.

Oporniki szeregowe diod (te w kolektorach) musisz dobrać jakoś na prąd każdej diody osobno tak, by włączone wyjście (i tranzystor) nie przeciążało danej diody a jednocześnie by względne jasności przy kolejnym załączaniu kolorów były mniej więcej podobne. No i by przy włączeniu wszystkich na raz wypadkowy kolor był jakoś zbliżony do białego. Dopiero wtedy możesz eksperymentować z wypełnieniami pośrednimi. Np. jeśli na jakiejś diodzie spada 9V (gdy już sensownie świeci), masz zasilanie 12V i chcesz mieć prąd 100mA to R=(12V-9V)/100mA czyli 30Ω.

Dobrze to to nie wróży, ale wcale nie jest powiedziane na 100%, że CNTx to tylko wejście zliczające. To może oznaczać "pin współpracujący z licznikiem x" a jedną z jego funkcji może być PWM. Poczytaj, może jednak coś znajdziesz.

Metoda z generacją pojedynczych impulsów dla każdej diody osobno będzie OK pod warunkiem, że zachowasz stałą częstotliwość powtarzania. Zauważ, że gdybyś skrócił jeden impuls nie wydłużając "jego" przerwy to sumaryczny czas sekwencji się skróci a większa częstotliwość (przy niezmienionej długości pozostałych dwóch impulsów) to większe wypełnienie innych kolorów i wszystko się rozjeżdża.

Sterowniki PLC mogą takie funkcje jak Twój BLK wykonywać równolegle, tak więc możesz wygenerować na trzech wyjściach trzy impulsy różnej długości zaczynające się jednocześnie. Potem tylko przerwy o dopełniającej długości i masz trzy przebiegi PWM. Nie ma przymusu, by były jeden po drugim lub w ogóle jakoś synchronizowane ze sobą. Oko i tak uśrednia po czasie a liczy się suma składowych.

Poprawiony schemat:

Gdzie:

OUT_R, OUT_G, OUT_B - wyjścia cyfrowe PLC,
Złącze RGB: 1 - anoda, 2 - katoda R, 3 - katoda G, 4 - katoda B

Zasada działania:

- kiedy na OUT_R stan wysoki - tranzystor otwarty, katoda R podciągnięta przez rezystor do potencjału masy (napięcie kolektor - emiter bardzo małe), napięcie między anodą, a katodą R to napięcie zasilania pomniejszone o spadek na rezystorze

- kiedy na OUT_R stan niski - tranzystor zamknięty, prąd nie płynie, napięcie między anoda a katodą R w przybliżeniu 0V

Coś pomieszałem ?

Już prawie nie ma się do czego przyczepić, oprócz tego: "Dobrze byłoby dać też jakieś oporniki od baz do masy". Rysuj wolniej i ze zrozumieniem zmian.

Tak się właśnie zastanawiałem, w jakim celu tam (tam, gdzie go wstawiłem) ten rezystor...

Zajrzałem też do oryginalnej dokumentacji modułu, i tam jest napisane: Additional function - Capture CNT0.

Pewności ciągle nie mam, ale raczej utwierdziło mnie to w przekonaniu, że to tylko do INput.

Dziękuję za pomoc.

Acha, to dobrze - że się zastanawiałeś.

Szkoda - że nie zrobili PWM tylko zliczanie.

Może jakiś schemat - dla pewności? I może zmień ten fragment w którym "bateria" 14V robi +15V. Jakie tranzystory?

Tranzystory pierwsze z brzegu:

http://electropark.pl/tranzystory-bipolarne-npn-pnp/1390-bc817-25-tranzystor-npn-0-5a-sot23.html

Parametry na które zwracałem uwagę:

Vceo - Max napięcie Collector-Emiter - 45V (potrzebuję przynajmniej 14V (lepiej mieć zapas))

Ic - Max prąd kolektora - 0.5A (więcej niż 100mA raczej nie będzie potrzebne)

Nie do końca jestem pewien jak interpretować:

Vebo - emitter-base voltage, (przy warunku - otwarty kolektor) - Max 5V

Ale tu raczej sprawę powinien załatwić rezystor 5.1k ?

Nie udało mi się znaleźć informacji na temat dopuszczalnej częstotliwości otwierania/zamykania, ale 100Hz, to nie powinien być problem.

Schemat jest OK. Tranzystory wytrzymają pod warunkiem poprawnego sterowania.

Ograniczeniem będzie nie prąd kolektora (bo te wybrane mają dużo większy niż planujesz), ale wydzielana moc - to zawsze jest problem małych obudów i słabego odprowadzania ciepła. Twój tranzystor ma grupę -25 czyli wzmocnienie gwarantowane przez producenta: min. 160 przy Ic=100mA. To znaczy, że musisz władować do bazy min. 0.6mA, a najlepiej z 10 razy więcej bo: a) nie wiadomo jaki prąd diody będzie potrzebny (i ile popłynie przy eksperymentach z opornikami) - nagle może to być przez chwilę np. 200mA, b) w warunkach określonych w tabelce (Ic=100mA) masz Uce=1V a to oznacza, że tranzystor właściwie jest na granicy wyjścia z nasycenia a przecież każde napięcie Uce>0 w stanie włączenia to moc strat w postaci ciepła. Żeby nie upiec takiego malucha musisz zapewnić prąd bazy dużo większy niż wynika z ilorazu Ic/hFE. Dla sterowania z wyjść 24V i opornika szeregowego w bazie 5.1k dostajesz prawie 5mA - uznałem to za dobre optimum. Gdy będziesz chciał poszaleć z prądem diod musisz koniecznie badać napięcia Uce tranzystorów w stanie włączonym. Gdy zaczynają przekraczać 300-500mV to znaczy, że zaczyna brakować prądu bazy do głębokiego nasycenia i powinieneś zmniejszać oporniki w bazach (te szeregowe oczywiście) bo obudowa SOT23 bardzo szybko się nagrzewa.

BC817 ma ft=100MHz - chyba dzisiaj nie robi się wolniejszych tej wielkości.

EDIT: Veb0 to napięcie wsteczne (emiter-baza a nie baza-emiter) tj. napięcie Zenera tego złącza. Tranzystory tego typu mają to zwykle w tych właśnie okolicach. W Twoim układzie to bez znaczenia, przecież sterujesz tylko plusem.

parametr ft znalazłem, ale odrobinę zdziwiło mnie to, że 100MHz było podane jako minimum.

Bardzo fajnie i zrozumiale wyjaśnione!

Minimum oznacza gwarancję producenta, że w każdej sztuce tranzystora ft będzie nie gorsze niż 100MHz. Parametr dotyczy bardziej zachowania "analogowego", w końcu to częstotliwość przy której wzmocnienie spada do 1. W przypadku pracy impulsowej (jako przełącznik/klucz) ft daje jakieś pojęcie o opóźnieniach, prędkości zboczy itp rzeczach. Zbliżanie się zapodawanym prostokątem już do ft/50 będzie dawało zauważalny skutek szczególnie, gdy zależy na szybkim przełączaniu ze stanu on do off. Tu jeszcze dodatkowo wchodzi problem usuwania ładunków z obszaru bazy czyli głębokości nasycenia. Jeśli chcesz mieć szybki przełącznik, nie możesz wprowadzać go nasycenie (→ technologia cyfrowych bramek ECL), to powoduje straty mocy na grzanie i.. koło się zamyka.

Na szczęście to raczej nie jest przypadek sterowania z PLC 🙂

Daj znać gdy już zrobisz własną tęczę.

Wygląda na to, że sterownik nie jest w stanie z odpowiednio dużą częstotliwością włączać/wyłączać wyjście. Max to około 20Hz. Diodka przy sterowniku sygnalizująca załączone wyjście miga z podobną częstotliwością, co dioda zasilana przez tranzystor.

I sposób sterowania (czy z użyciem funkcji blink, czy też w każdym kolejnym cyklu (czysty projekt) zmiana stanu) nie ma wpływu na zachowanie diody.

Znalazłem jednak sterownik z dwoma wyjściami PWM.

W dokumentacji jest jakieś info odnośnie rejestrów, które są powiązane z PWM.

http://www.manualsdir.com/manuals/414235/horner-apg-xle-ocs-hexe220c015-xle-ocs-hexe220c115-xle-ocs-he-xe105.html?page=3

Choć nie zdążyłem jeszcze sprawdzić, czy po dwa bajty do jednego parametry -> jedna liczba zapisana za pomocą 16 bitów (starszy, młodszy bajt), czy jednak chodzi tam o coś innego.

Inną alternatywą wydaje się być wykorzystanie układu NE555, ale nie chciałbym aż tak rozbudowywać tego układu.