Motor-Strom-Überwachung und Abschaltung

Hi Andreas

Das ist jetzt zwar keine kompetente Nachricht, aber im ELV-Journal 5/10
ist genau das was deiner Anforderung sehr nahe kommt.

Hier ist jedenfalls die Funktion der Schaltung beschrieben:

http://www.elv.de/Kontaktlos-gesteuert-%E2%80%93-DC-Motorabschaltung-MAS-100/x.aspx/cid_726/detail_30742

Hallo Elektronikfreunde und Bastler
Vorweg gesagt.. Meine Kenntnisse auf dem Gebiet der Elektronik schweben 
zwischen Laie und Fachmann. D.h. gelernt aber nie benutzt. Jetzt bin ich 
Rentner und kenne mich mit IC kaum aus.
Ich habe hier viele Beiträge gelesen, kann aber keine Lösung für mein 
Problem finden
Meine Situation: Die Rückschlagklappe im Abfluss schließt nicht mehr 
korrekt. Bei starkem Regen steigt das Wasser in der Kanalisation und 
läuft bis in den Keller. Der Schieber davor kann das verhindern, muss 
aber von Hand zugedreht werden. Jetzt habe ich einen 12V DC Motor 
angebaut, der bei Bedarf den Schieber zu fahren soll. Die Mechanik 
funktioniert einwandfrei. Leider kann ich keine Endschalter anbringen 
und in der Zu-Fahrt soll eh über das Drehmoment abgeschaltet werden. 
Soweit mein Problem.
Für die Ansteuerung sind einige Verriegelungen und Abfragen erforderlich 
und bereits vorhanden. Eine Notstromversorgung steht auch zur Verfügung.
Meine Vorstellung zur Endabschaltung wäre folgende. Wegen dem hohen 
Strom ca. 5 A beim Lauf und ca. 15 A beim Anschlag sind mechanische 
Leistungs-Relais vorgesehen, die über kleine Printrelais angesteuert 
werden. Das gilt auch für diverse Kriterien sowie Potentialtrennung. Die 
Strommessung müsste über ein Shunt von ca. 0,1 Ohm erfolgen. Das ergäbe 
einen Spannungsabfall von ca. 1,5 Volt
Die Frage an die Fachleute: Welches IC ist zu verwenden und wie 
schalten?. Wegen der verschiedenen Abschaltströme (zu-auf) sind 
eventuell zwei unabhängige Schaltungen sinnvoll.

Wäre nicht der erste und beste Ansatz, die Rückschlagklappe instand zu 
setzen?

Jetzt kommt was, was du wahrscheinlich nicht unbedingt hören wolltest: 
da sinnvollste ist tatsächlich der Einsatz eines Mikrocontrollers. Ja es 
geht natürlich auch mit herkömmlicher Elektronik. Wenn du Lust hast, 
dich damit zu beschäftigen, wirst du sehen das das sinnvoll ist.

Stromerfassung kannst du mit einem einfachen Komparator machen, der Rest 
ist ein bisschen Logik.

Aber: es wird ne Weile dauern, bis das zuverlässig läuft. Es geht damit 
los, dass im Einschaltmoment auch der Blockierstrom fliesst, das muss 
mit weiterer Logik abgefangen werden. Dazu ist es sinnvoll die 
Motorlaufzeiten zu begrenzen, unabhängig davon, ob nun die 
Blockierstromerkennung anschlägt oder nicht. Auch mit Störungen musst du 
fertig werden, also die Abschaltung erst aktiv werden, wenn die 
Überstromerkennung für x ms anliegt.

Der Mikrocontroller hätte den Vorteil, dass du all die Sachen in 
Software erledigen kannst. Sprich, du baust einfach eine Hardware mit 
Steuereingängen, Motorausgängen und dem Strommesseingang. Die 
eigentliche Funktion kannst du dann ganz flexibel immer weiter 
verfeinern, ohne jedesmal den Lötkolben anzuschmeissen und alles neu zu 
bauen.

H.Joachim S. schrieb:
> Jetzt kommt was, was du wahrscheinlich nicht unbedingt hören wolltest:
> da sinnvollste ist tatsächlich der Einsatz eines Mikrocontrollers. Ja es
> geht natürlich auch mit herkömmlicher Elektronik. Wenn du Lust hast,
> dich damit zu beschäftigen, wirst du sehen das das sinnvoll ist.

Genau - Microcontroller mit einer H-Brücke und ein Shunt zur 
Strommessung (0,1 Ohm dürfte hier passen). Ich würde aber vorschlagen, 
die Strommessung direkt über einen ADC-Eingang zu machen. Dann kann man 
auch die Abschalt-Schwelle in Software anpassen.
Ganau sowas habe ich als Hobby-Projekt: 
http://www.picalic.de/projects/wctrl/wctrl.html
Die Schaltung ist hier aber auf möglichst kleine Abmessungen und für 
Ströme unter 2A ausgelegt - aber es geht ja erstmal um's Prinzip. Eine 
H-Brücke für 12A ist auch keine Raketentechnik.

Hallo liebe Leute.
Es freut mich, das so schnell geantwortet wird. Auf die Idee, die 
Dichtung zu wechseln bin ich auch schon gekommen. Es gibt keine solche 
und außerdem ist die Dichtfläche nicht mehr glatt. Eine weitere Lösung 
wäre, mit Beton zukippen. Dann wäre der Abfluss für Gulli, 
Waschmaschine, Toilette usw nicht mehr vorhanden.
Also was bleibt: von Hand zudrehen oder automatisieren. Der Anfang ist 
gemacht. Eine sichere Stromversorgung steht zur Verfügung. Der Motor 
fährt
den Schieber auf und zu, über 12V Leistungsrelais gesteuert, leider nur 
von "Hand". Der Wasserstand wird mit einer Sonde gemessen, und zu Zeit 
mit einer Kontrolllampe angezeigt.
Die Frage ist nur: wie konstruiere ich eine Elektronische Schaltung, die 
auf den Spannungsabfall eines Shunts reagiert und ein kleines 
Printrelais ansteuert. Um die Abschaltung beim Anlauf zu verhindern 
würde ich eine Zeitschaltung zur Überbrückung einsetzen.
Ich habe einen Versuch mit einem IC NE555 unternommen aber leider fehlt 
mir die Kenntnis eine solche elektronische Schaltung zu konstruieren
Vielleicht kann mir Jemand helfen.

Hall0,
> Josef H. schrieb:
> Der Wasserstand wird mit einer Sonde gemessen, und zu Zeit
> mit einer Kontrolllampe angezeigt.
Also hast du ein Startsignal zum Schließen des Schiebers? Soweit so gut.

Wenn dieses Signal nun eine Selbsthalteschaltung aktiviert (mit den 
Relais umzusetzen), kann der Motor so lange laufen, bis der Endzustand 
(Anschlag) erreicht ist.
Ich gehe davon aus, dass die Mechanik robust genug ist, dass beim 
mechanischen Anschlag kurzzeitig keine Schäden zu erwarten sind?

> Die Frage ist nur: wie konstruiere ich eine Elektronische Schaltung, die
> auf den Spannungsabfall eines Shunts reagiert und ein kleines
> Printrelais ansteuert.
Wenn der Shunt so dimensioniert wird, dass er beim Anschlag (ca. 15A) 
einen Bipolartransistor durchsteuert (Spannung 0,8V...1V), dann kann 
dieser Transistor die oben genannte Selbshalteschaltung wieder 
unterbrechen.

Wichtig ist dabei noch, dass der Zustand: "Wasserstand HOCH & Klappe ZU" 
in einem Flip-Flop gespeichert wird, damit die Schaltung nicht immer 
wieder anspricht und versucht, die Klappe zu schließen.

Der Abstand von ca. 5A, im normalem Lauf des Motors, zu 15A beim 
Anschlag ist groß genaug, als dass man sich keine Gedanken um exakte 
Referenz und Toleranzen beim Triggern machen muß.

> Um die Abschaltung beim Anlauf zu verhindern
> würde ich eine Zeitschaltung zur Überbrückung einsetzen.
Eine extra Zeitschaltung IMHO nicht nötig bzw. kann einfacher realisiert 
werden. Der Motoranlauf braucht nur ca. 100...200 ms.
Wenn man den Transistor mit einen RC-Tiefpass (Zeitkonstante ca. 0,5s) 
an den Shunt anbindet, wird die Abschaltung nicht auf kurze Störimpulse 
reagieren, sondern erst, wenn der Endanschlag sicher erreicht wird und 
eben mind. paar hundert ms steht.

> Ich habe einen Versuch mit einem IC NE555 unternommen aber leider fehlt
> mir die Kenntnis eine solche elektronische Schaltung zu konstruieren
Ich meine, man muß nicht für jede Aufgabe gleich einen uC einsetzen. Ein 
uC macht zwar vieles flexibler, aber nicht unbedingt einfacher und meist 
schon gar nicht zuverlässiger. Neben dem uC braucht man zumindest 
Grundkenntnisse in Programmierung und außerdem neben der 
Grundbeschaltung des uC auch extra Schaltungsteile für Stromversorgung, 
Treiber, Debugger, Entw.-Board  usw.

Da du eh schon diverse Relais incl. Stromvers. zur Ansteuerung hast, 
kann man wahrscheinlch recht einfach mit paar Relais und wenigen 
Transistoren die gewünschten Funktionen ergänzen.
> Vielleicht kann mir Jemand helfen.
Wenn du das Konzept mit uC nicht angehen willst und es lieber rein 
diskret aufbauen möchstest, würde ich versuchen, mit dir die Wünsche in 
einer Schaltung umzusetzen.
Gruß Öletronika

Hallo, ich bin sehr erfreut über so viele Vorschläge.
Zum Vorschlag Motorschutzschalter: Diese sind zum Schutz von Motoren bei 
Überlastung gedacht. Sie arbeiten thermisch mit Bimetallen, die sich 
erwärmen und dann entsprechend die Steuerung unterbrechen bzw. den Motor 
abschalten. Bei Blockierung würde wohl eher der Motor durchbrennen als 
der Schutzschalter auslösen.
Den Tipp mit dem Stromsensor finde ich gut. danke für den Tipp.
Aber erlöst nicht das eigentliche Problem, und ändert auch nichts an der 
Schaltung. Außerdem benötigt er eine Versorgungsspannung, auch kein 
Problem.
Die Sache mit dem uC scheint mir doch eine Nummer zu groß für diese 
simple
Anlage.

Der Vorschlag von Autor: U. M. (oeletronika) gefällt mir besonders gut.
Ich nehme Ihren Vorschlag gerne an und werde Ihnen in den nächsten Tagen 
meine bisherige Schaltung präsentieren.
Leider habe ich im Moment wenig Zeit mich mit dieser Sache zu befassen, 
Haus, Garten, Enkelkinder haben Vorrang.
Gruß J. H.

Hallo,
> josef Heidkamp schrieb:
> Ich würde mich sehr freuen, wenn der Autor sich zunächst meine Bastelei
> ansieht und sich meldet.
ich habe mal einen Schaltungsvorschlag für eine Klappensteuerung 
angehängt.
Gruß Öletronika

Für einen ähnlichen Zweck nutze ich einen Stromsensor auf Basis des 
Chips INA291 mit SPI, einen Arduino Nano, ein 2-Relais-Modul für eine 
(relaisbasierte) H-Schaltung und als Antrieb einen sog. 
"Elektrozylinder".

Der Zylinder hat interne Endschalter mit Dioden. In Verbindung mit dem 
Stromsensor und etwas Logik kann man einen schönen und intelligenten 
Antrieb machen ...

https://www.amazon.de/Linearantrieb-Linearmotor-Verstellantrieb-Tor%C3%B6ffner-Lineartechnik/dp/B071D9XZDX/ref=sr_1_3

Hallo Manfred
Danke für die schnelle Antwort.
Ich habe das Ding noch nicht, und auch kein Datenblatt. Es ist bei 
Conrad bestellt.
Der Test mit 1,5 V Batterie war dann wohl für....
zunächst herzlichen Dank

Hallo,
> josef Heidkamp schrieb:
> Autor: U. M. (oeletronika) Sie haben sich wirklich intensiv mit dem
> Thema befasst. Eine komplexe Schaltung, die durchdacht ist.
Danke für die Blumen :-)

> Allerdings, meine Frage: warum dieses Gemisch aus Transistoren
> und Relais?
Die Verwendung von Leistungsrelais, welche durch kleinere Signalrelais 
angesteuert werden sollen, war ja ein Wunsch deinerseits, nicht wahr?
Beitrag "Re: Motor-Strom-Überwachung und Abschaltung"

Die Verwendung von bipolaren Transistoren als stromverstärkende 
Bauelemente hat aber rein pragmatische Gründe. Alleine als Stromsensor 
bekommt man damit eine Triggerschwelle von ca. 0,5...0,6V am Meßshunt.
Man könnte es auch mit einen "stromgesteuerten Relais" machen, aber 
alleine die Beschaffung wäre sicher ein Problem. Die Nutzung von 
Transistoren für einfache Signalverarbeitung hat immerhin eine fast 70 
jährige Tradition.

> Ferner vermisse ich eine zweite Stromeinstellung, oder sehe ich
> sie nicht?
Was versprichst du dir davon?

> Der Schieber soll in Auffahrt bei kleinem Strom (ca. 6 A)
> abschalten damit er nicht blockiert und sicher wieder zufahren kann.
Darin sehe ich keinen großen Sinn. Das würde die Sache nur noch 
komplizierter machen.

Ein DC-Motor wird in beide Bewegungsrichtungen etwa den gleichen Strom 
benötigen und auch etwa den gleichen Anlaufstrom haben.
Eine Bedingung war auch von Anfang an, dass der Motor beim Endanschlag 
auf Grund des deutlich höheren Stillstandsstromes abschalten soll.
Beitrag "Re: Motor-Strom-Überwachung und Abschaltung"
Das muß ja nicht erst bei 15...20A erfolgen.

Wenn im normalen Lauf der Strom bei ca. 3...4 A  liegt, kann die 
Abschaltschwelle bei ca. 6...8A Liegen.
Allerdings braucht die Abschaltung auf Grund der Unterdrückung der 
Anlaufstromspitze sicher einige 10ms.
Aber ich hatte das oben auch schon angesprochen, dass das ganze Konzept 
darauf beruht, dass der Motor mit Getriebe robust genug sein muß, damit 
er ohne Schaden gegen die Endanschläge fahren kann.
siehe hier:
Beitrag "Re: Motor-Strom-Überwachung und Abschaltung"
Zitat:
>> Ich gehe davon aus, dass die Mechanik robust genug ist, dass beim
>> mechanischen Anschlag kurzzeitig keine Schäden zu erwarten sind?

> Bei Zufahrt soll er bei hohem Strom (ca. 15 A) abschalten und
> sicher schließen. Übrigens bei Voller Blockade werden 26 A erreicht.
Wenn du keine Endschalter verwendest, wird die Steifigkeit der Mechanik 
bestimmen, wie schnell der Motorstrom ansteigt und welches max. 
Drehmoment der Motor an den Achsen erreicht. Da spielt auch die Tragheit 
des Motos und die Motorspannung eine Rolle. Das ganze System wird quasi 
wie eine Feder gespannt.

> Zum Vorschlag von Autor: Frank E. (Firma: Q3) Es wurde vorgeschlagen
> statt Shunt einen Stromsensor zu verwenden. Den Vorschlag finde ich
> Klasse, ich hatte daran nicht gedacht.
Was versprichst du dir davon? Welchen Vorteil soll das haben?

Ein einfacher Widerstand ist immer noch als robuster Stromsensor gut zu 
gebrauchen.
Der Spannungsabfall am Shunt muß beim normalen Motorlauf deutlich unter 
0,6V liegen, sonst spricht die Stromabschaltung an. Mit angenommen 
0,2...0,3V bei 2...3A ist der Spannungsabfall an 12V Betriebsspannung 
vernachlässigbar.

Bei hohen Strömen wird der Meßshunt aber recht wirksam den sehr hohen 
Stillstandsstrom deutlich begrenzen.
Der Shunt muß aber robust ausgelegt werden. Der deutlich zunehmende 
Spannungsabfall über den Shunt wird also auch das max. Drehmoment 
begrenzen, was sehr gut für die Mechanik sein wird. Probleme wird es nur 
geben, wenn für die Erreichung der Endposition ein hohes Drehmoment 
nötig ist.

Sollte die Strombegrenzung durch den Shunt tatsächlich problematisch 
werden, dann wäre ein OPV zur Verstärkung der Shuntspannung z.B. um 
Faktor 2...3 immer noch gut möglich.

> Es wäre schön wenn mir jemand zeigen würde wie man eine solche Schaltung
> aufbaut.
Ich schlage vor, erstmal die einfache Strombegrenzungsschaltung mit dem 
Shunt R8-R9 bis zum Transistor Q4 und der Anzeige LED2 und R12 
praktisch zu erproben. Da kannst du erkennen, ob der Transistor beim 
Endanschlag anspricht aber auch, ob der Tiefpass den Einschalt-Strompeak 
ausreichend unterdrückt. Du siehst dann auch, ob der Shunt den Motorlauf 
evtl. negativ beeinflußt.

> Zum Schluß noch eine weitere Variante. Man könnte leicht einen Impulsgeber
> anbringen, der die Umdrehungen zählt und bei n Umdr. in Auffahrt  abschaltet.
Kann man machen, aber da fehlt dir immer noch eine Referenzposition, die 
durch mind. einen Endschalter gegeben sein sollte. Du bräuchstest sonst 
einen Absolutwertgeber. Außerdem wird das dann ohne uC keinen Sinn mehr 
machen.

Es gibt aber auch andere Lösungen zur Realsisierung von Endschalter 
direkt am Motor.
Man könnte z.B. die Motorwelle mit einer Gewinndestange koppeln, über 
die eine Gewindehülse bewegt wird, welche Mikrotaster betätigt. Das 
Prinzip wird bei Rollomotoren häufig verwendet.

Evtl. besteht aber doch dir Möglichkeit, an der Drehachse zwischen Motor 
und Klappe doch noch Endschaltzer zu montieren.
Wie sieht den das ganze aus?
Gruß Öletronika

U. M. schrieb:
> Evtl. besteht aber doch dir Möglichkeit, an der Drehachse zwischen Motor
> und Klappe doch noch Endschaltzer zu montieren.

Reed-Kontakte & Magneten. Gekapselt, Wasserfest etc ...

Diese IPAs sind meinen Messungen nach eindeutig keine CMOS! Nur marginal 
stromsparender als NE555 von ST.

Es ist eine Frechheit, sowas als ICM7555-kompatibel zu verkaufen. Leider 
hatte ich den Verkäufer bereits vor dem Test bewertet. Krasser Fehler!

Beste Grüße R.