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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Störsicherheit Eingänge


Autor: Danny P. (Gast)
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Hi Zusammen :-)

Ich möchte Eingänge eines µC´s per "normalem" Installationsschalter
angeschlossen an NYM (x*1,5mm²) betätigen.

Ich werde mit 24V arbeiten und per Z-Diode auf 5V bringen (aus
Platzgründen keine Optokoppler, find ich hierbei auch überflüssig da
keine Fremdspannung. Die 24V nur weil mir die 5V über lange Weg zu
wenig sind (persönliches Empfinden)).

Zum Entprellen per Software habe ich hier ja schon eine Menge gefunden
und bin auch sehr zuversichtlich dass das klappt.

Wie siehts aber mit Störeinflüssen aus? Die Langen Leitungen (bis
12mtr) bilden ja prima Antennen. Sind diese Einflüsse auch mit einer
guten Software-Entprellung erledigt?
Oder muss/sollte ich zusätzlichen Hardware-Aufwand betreiben?

Hat damit schonmal jemand Erfahrungen gesammelt?
Oder andere positive/negative Ergebnisse bei ähnlichen Anwendungen?


thx & greetz
Danny

Autor: Kurt (Gast)
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Hallo Danny,

man kann viel rausrechnen (entprellen),
aber sobald zuviel Störungen (von Gleichspannung bis Hochfrequenz)
anliegt wird es kritisch.
HF am Diodenübergang (BE-Strecke) wird gleichgerichtet und zur
"Steuer-nden-Spannung".
Bei FET-Eingängen gibt es sicherlich ähnliche Effekte.
Eine Z-Diode ist schon gut wirksam aber ev. zu langsam.

Als erstes sollte man das Ganze "Niederohmig"  machen (Strom fliessen
lassen)  und dann noch Filtern (RC müsste reichen).

dann sind auch 12 Meter in starker Verseuchung noch sicher
beherrschbar.

Kurt

Autor: Danny P. (Gast)
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Danke für die schnelle Antwort Kurt

hm, wenn ich nun doch per Optokoppler entkoppel, kann ich mir dann wohl
das RC-Glied sparen? D.h. würde eine Störspitze (was auch immer) einen
Optokoppler treiben können (10-20mA)? Ich denke wohl nicht, oder?

Dann würd ich den Platz an dem sich nun R-ZD/RC befinden durch den
Optokoppler nutzen. Aber dann entsteht das nächste Problem... ich habe
noch nirgends SMD-Optokoppler gefunden (Privatmann)...

Diese Störungen sind so ein unberechenbarer Faktor :-) und bei dem
Fehlen mir die Erfahrungen weil ich bisher noch keine "Antennen" an
den Eingängen hatte :-)

greetz
Danny

Autor: Kurt (Gast)
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Hi Danni,

Ein Optokoppler bringt viele Vorteile (für den Rechnereingang),
aber Du verlagerst das "Problem" nur in den OptoK.
Dieser ist nun gefordert das zu verdauen:

Spannungen von mehreren Tausend Volt (beide Richtungen, und alle
Frequenzen und Impulsformen).
Ströme die aus diesen Spannungen resultieren und viele Amper erreichen
können (kurzzeitig).

Besonders hinterlistig sind die kurzen Peaks wie si bei Schaltvorgängen
und Gewittern entstehen.

Diese sind aber wiederun mit einfachen Mitteln zu bendigen.
Eine RC-glied entschärft sie gewaltig.

Ausserdem müssen die Spannungen und Ströme begrenzt werden.

Nun kannst Du dir erst Gedanken machen wie Deine Schaltschwellen
aussehen.

Versorgungsspannung
Strom wenn EIN
Strom wenn AUS

Beim Optok. reichen meisst 2..10 ma um zu schalten.
Es können aber schon einige Mikroampeer ausreichen.

Die Schaltschwellen sollten so gelegt werden dass eine "1"
ond eine "0" sicher erkannt werden.
1 =  > 12 V
0 =  < 8  V
(willkürliche Werte)

In der SPS-Technik usw. (24V) besteht eine Optokoppler-vorschaltung aus
mehreren Widerständen , Kondensatoren und Dioden.

Google mal nach entsprechenden Schaltungen.

Kurt

(lass Dich nicht schrecken, ist alles nur halb so wild)

Autor: Peter Dannegger (peda)
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Laß Dich nicht beirren, Optokoppler sind LEDs und die halten schon
einige Spitzen aus, solange der Vorwiderstand nicht durchschlägt
(500V-Typ empfohlen).

Nimm Optokoppler mit 2 LEDs antiparallel (PC814), dann ist die
Sperrschicht geschützt (oder ne 1N4148 parallel).


Peter

Autor: Danny P. (Gast)
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@kurt: erschrecken tu ich mich nich, höchstens über den schwindenden
Platz auf der Platine :-) hast du evt. ein Google-Stichwort für mich?
Ich google seit Tagen und hab nix gescheites gefunden...

@peter: der PC814 ist ein SMD-Koppler, oder? Hast du einen Tipp für
mich wo ich den als Privatmann bekommme? Hab ihn nämlich nirgends
gefunden...

Autor: PeterK (Gast)
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zu den 24V: ich habe ebenfalls knapp 20 Meter Leitung (ebenfalls das
übliche Installationskabel) und das klappt super mit 5V, Evtl.
Störeinflüsse halte ich am Prozessor mit je einem RC-Glied pro
Anschluss fern. Habe bislang noch keine Probleme gehabt.
PeterK

Autor: Danny P. (Gast)
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@PeterK: Setzt du es auch im Haushalt ein? Als Haussteuerung? Auch bei
Gewitter oder schalten grosser Lasten (naja.. in Bezug auf den µC g)
keine Probleme?

Das hört sich gut an. Das einzige was ich mitlerweile gefunden hab ist
die Eingangsschaltung einer Bosch-SPS. Die haben aber auch nur ZD, R
und Optokoppler eingesetzt, kein RC-Glied... hm... grübel


thx
Danny

Autor: Kurt (Gast)
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Hallo Danny,

so zwischendurch (Grillen mit den Nachbarn).

@PeterK hat natürlich Recht.
Probleme treten bei dieser Konstellation relativ selten auf.
Das mit dem RC ist sehr gut.

SPS:
Frag mal nach welche Maximalwerte diese SPS verträgt.
Die fehlende RC wird ev. wegen Geschwindigkeitsfanatik in Kauf genommen
"unsere SPS schafft xxx Zugriffe pro millisec".

Eine Zahl: Hier Blitzstrom.
Ein "Normblitzstrom" von 1KA  "erzeugt" einen Spannungsabfall von
100V Pro Meter auf einem Erdleitungskabel, 16 er Kupfer oder auch
stärker. Das ist durch die Induktion bedingt.

Jetzt lass mal auf Deiner Installationsleitung einen Kurzschluss
auftreten, dann ist der Strom nur durch die Ohmschen und
Ind-Widerstände begrenzt (bis die Sicherung auslöst).
Rechne mal mit mehreren KA.
Wenn nun die Sicherung auslöst dann kommt noch der Spannungssprung
(Abgeschaltete Spule) hinterher und "prüft" Deine Isolierung.

Wenn die Leitungen parr. liegen dann ..
Kopplung durch Trafo-prinzip.
Kopplung durch Kapazit. Spannungsteilung.

Noch eins drauf.
Erstblitzstrom   1KA 100V/Meter
Folgeblitzstrom  1KA 2000V/Meter

Kurt

Autor: Danny P. (Gast)
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@Kurt: Okay.. mach mir weiter Angst :-)  nee..  Das man sich gegen
Blitze nur schlecht schützen kann erlebe ich hin und wieder leider bei
der Arbeit.
Ein ordentliches Gewitter und wir haben genug zu tun (bin Elektroniker
in ner grossen Druckerei).

Dort befinden sich zwischen SPS und Schaltelement nicht selten 50m
Leitung. Langsam interessiert mich mehr und mehr wie die Simatic
beispielsweise entprellt etc.. aber ich finde leider nichts...

Aber gegen die "haushaltsüblichen" Störeinstreuungen möchte ich schon
gewappnet sein.

Oder sollte ich doch die Elektronik dezentral direkt neben den
Schaltern verteilen? Dann wär das Problem weg. Aber ich hätte ein
System was ich eigentlich nicht wollte... ich bin hin und hergerissen
:-)

thx
Danny

Autor: Kurt (Gast)
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so die "party" ist zu Ende.

"mach mir weiter Angst :-)  nee..  Das man sich gegen
Blitze nur schlecht schützen kann erlebe ich hin und wieder leider bei
der Arbeit."

Haut es bei Euch die Vierfarbendruck, die Schneidmaschinen,
die Silberrückgewinnung usw. bei Gewittern kaputt dann stimmt mit der
Installation und dem Schutz etwas nicht.
Solche Vorfäll sollten die Ausname sein (alle X Jahre einmal).

Nochwas:  Mehr als 80 %  !!  der nichterklärbaren Halbleiterausfälle
gehen auf irgenwann einmal aufgetretene Überspannungsereignisse
zurück.
Es wird viel zu oft auf "dieses Gelumpe" geschimpft aber Schuld ...

Überlege Folgendes:

Ein Ereigniss wie Oben beschrieben mit 1 KA Impuls mit 8/20 uSec
kommt an Deinem Optokoppler an.  Der wird auf jedenfall "geschädigt"
oder Zerstört.

Wenn Du nun ein Schutzelement, sagen wir mal das auf 50V begrenzt,
vorschaltest, dann musst Du einen Widerstand einsetzen der den aus den
50V resultierenden Strom solange begrenzt wie die Überspannung ansteht
(hier ca 20..30 uSec) ein Optokoppler wird sicherlich mehrere 100 mA
für diese Zeit ohne Schädigung überstehen.
Bei 500mA und 50V ergibt sich ein R von 100 Ohm .

Dadurch ist der Optokoppler geschützt (jedoch nur in der "richtigen"
Stromrichtung). Darum die gegengeschaltete Diode.

Nun ist aber der Strom von 1KA für das Schutzelement warscheinlich zu
viel. Auch das Schutzelement muss vor Überlastung geschützt werden.
Das wird ebenfalls durch einen Vorwiederstand erledigt.
Hier hast Du nun auch wie oben die Wahl zwischen einem Ohmschen und
Induktivem Widerstand. Induktiv wegen der Impulsform.

Angenommen Du setzt einen Supressordiode ein dann kann diese eine
bestimmte Leistung verbraten (bitte auf die angegebene Zeit achten)Die
1,5KExx können 1500 Watt.
Nun ist der erforderliche Vorwiderstand zu bestimmen (Der Hinweiss auf
einen spannungsfesten R vom Peter Dannegger ist hier genau richtig.
Jetzt ist die Schaltung gegen Ströme von 1KA resistent.
Wenn Du nun noch eine RC- mit einbeziehst dann ist es noch sicherer.
Was hier nicht berücksichtigt ist sind die Schaltschwellen.
Aber diese lassen sich mit einrechnen.

Gruss Kurt

Autor: thkais (Gast)
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In meiner Haussteuerung arbeiten seit 6 Jahren Optokoppler, die durch
nichts, außer dem notwendigen Widerstand, geschützt sind. Unter anderem
hat meine Schaltung einen Blitzeinschlag ca. 100 m hinterm Haus (in den
Wald hinein) überstanden, der die Telefonanlage in die ewigen
Jagdgründe beförderte. Nicht alles wird so heiß gegessen, wie es
gekocht wird. Für einen richtigen Blitzschutz braucht es mehr, als
ein paar Dioden.
Außerdem würde ich die 24V nochmal überdenken. Ein altes PC-Netzteil
erzeugt 12V und hat ein unschlagbares Preis/Leistungsverhältnis.

Autor: Danny P. (Gast)
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@kurt: naja, die Installation wird ok sein. Nur bei bis zu 70 Rechner,
Steuerungen oder SPS pro Maschine (und davon 20 und das sind nur die
eigentlichen Produktionsmaschinen ohne Nebenaggregate halte ich bei
Gewitter mit Spannungsschwankungen und was so dazugehört Probleme für
normal. Dein TV geht auch aus wenn die Oberleitungen kurz
"zusammenwehen"... :-)

@thkais: ich bin nun mal ein "Industriekind" und da sind di 24V
Standart :-)

Wie hast du deine Haussteuerung aufgebaut? Zentral? Wieviel
Ein-/Ausgänge? Hast evt. Bilder?
Ich war bis vor kurzem echt ein Fan einer Zentralen Baugruppe in einer
UV pro Etage. Mitlerweile denke ich wieder über dezentral (i der
UP-Schalterdose) nach...

greetz
Danny

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