Motor mit separatem Öffner und Schließer ansteuern (Arduino)

[Tobias (schmoove)]

Guten Abend,

ich möchte die Temperatur eines Tanks mit einem Controller regeln. 
Hierfür soll kaltes Wasser bei Bedarf durch einen Kugelhahn (diesen: 
zieht bei 12V im Betrieb knappe 50mA - 
https://ussolid.de/motorized-ball-valve-1-2-stainless-steel-electrical-ball-valve-with-full-port-9-24v-ac-dc-and-3-wire-setup-by-u-s-solid.html/?gad_source=1&gclid=EAIaIQobChMI6oPN6PT6iQMV2ZmDBx2u1gYhEAQYAiABEgIz5fD_BwE 
) fließen.

Es müssen also 12V auf den einen oder anderen Anschluss geschaltet 
werden. Aktuell mache ich das über einen P-Kanal MOSFET angesteuert über 
einen NPN Transistor, funktioniert auch. Ich sorge mich allerdings um 
einen Programmierfehler, sodass beide gleichzeitig schalten.

Mit einer H-Brücke komme ich gedanklich auch nicht weiter, ich muss ja 
keine Richtung ändern.

Welche Variante fällt mir nicht ein?

Danke und Grüße

[Manfred P. (pruckelfred)]

Tobias schrieb:
> Ich sorge mich allerdings um
> einen Programmierfehler, sodass beide gleichzeitig schalten.

Diese Sorge habe auch ich immer, wenn Leistung im Spiel ist.

Zeige einen ordentlichen Schaltplan. Dann können wir gucken, wie sich 
das per Hardware verriegeln lässt, zusätzliche Diode(n) / 
Transistor(en). Je nach Anwendung bin ich auch mechnischen Relais nicht 
abgeneigt, das eine in Reihe zum Öffner des anderen.

[Frederic S. (frederics)]

Wenn Du beide über eine entsprechende Schaltung über einen Pin des 
Mikrocontrollers schaltest sind Softwarefehler kein Problem. Ein 
Fehlerhafter Transistor lässt nur durch ein zusätzlichen Relais oder 
Transistor lösen das eine Redundanz schafft.
Oder eine Überwachung einbauen, die wenn beide Strom bekommen über ein 
zusätzliches Relais die Spannung ganz abschaltet.

[Michael B. (laberkopp)]

Tobias schrieb:
> Welche Variante fällt mir nicht ein?

Du könntest den zweiten MOSFET durch einen Inverter aus dem Steuersignal 
des ersten MOSFET steuern lassen, dann schalten sie immer alternativ und 
Programmierfehler sind nicht möglich.

Beide Leitungen abzuschalten geht dann nicht, dafür müsste der Inverter 
ein NAND werden.

[Nils B. (hbquax)]

Ein Pin für Saft und einer für die Richtung

[Mario M. (thelonging)]

Tobias schrieb:
> Welche Variante fällt mir nicht ein?

Die logische. Ob nun als Gatter oder diskret.

Y1 = A & !B
Y2 = !A & B

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Manfred P. schrieb:
> Zeige einen ordentlichen Schaltplan.
Generell eine gute Idee, die "Sprache der Elektronik" aka. "Schaltplan" 
zu sprechen, wenn man elektronische Fragen hat. Und Elektroniker 
kommunizieren nun mal sprachübergreifend in Schaltplänen.

Mario M. schrieb:
> Y1 = A & !B
> Y2 = !A & B
Viel zu viel Logik, denn es müssen bei einer Fehlansteuerung nicht 
unbedingt beide Kanäle abgeschaltet werden, um das Ventil zu schützen.

Tobias schrieb:
> Es müssen also 12V auf den einen oder anderen Anschluss geschaltet
> werden. Aktuell mache ich das über einen P-Kanal MOSFET angesteuert über
> einen NPN Transistor, funktioniert auch. Ich sorge mich allerdings um
> einen Programmierfehler, sodass beide gleichzeitig schalten.
Deshalb stellt sich die konkrete Frage: was würde denn in diesem Fall 
passieren?

Es gibt 2 Möglichkeiten:
1. es passiert gar nichts. Der Hersteller des Ventils hat diesen Fall 
bereits bedacht und eine entsprechende Fehlertoleranz eingebaut. Das 
wäre der Fall, wenn ich die Elektronik dafür entwickelt hätte.
2. das Ding ist Schrott und raucht ab. Dann sollte der Hersteller das 
unbedingt in die Anleitung rein schreiben.

Und wenn du dann trotzdem "zur Sicherheit" eine Verreigelung einbauen 
willst und "zu" Vorrang haben soll, dann mach es so:

 
                               |
                          T4 |-|
µC Pin                   .---|>
                    T2 |/    |-.
    auf ----1k---o-----|       '--------------- AUF
                 |     |>      
            T1 |/        |                | 
            .--|         |           T5 |-|
           1k  |>        |         .----|>
            |    |       |    T3 |/     |-.
    zu  ----o----+-------+---1k--|        '----- ZU
                 |       |       |>
                 |       |         |
   GND  ---------o-------o---------o------------

Wen  jetzt "auf" und "zu" gleichzeitig angesteuert werden, schaltet "zu" 
über den T1 den T2 und damit den "auf" Pfad aus. Die T2..T5 hast du eh 
schon in deiner Schaltung, du brauchst alo nur noch den T1 und seinen 
Basiswiderstand.

EDIT:
es geht noch deutlich einfacher mit 1 Schottkydiode D1.

 
                               |
                          T4 |-|
µC Pin                   .---|>
                    T2 |/    |-.
    auf ----1k---o-----|       '--------------- AUF
                 |     |>      
                 |       |                | 
                 |       |           T5 |-| 
                 '->|----+---------o----|>
                  D1     |         |    |-.
                         |    T3 |/       |
    zu  -----------------+---1k--|        '----- ZU
                         |       |>
                         |         |
   GND  -----------------o---------o------------

Resultat: wenn der T3 leitet, wird der T2 abgeschaltet, auch wenn der 
"auf"-Pin high ist.

[Obelix X. (obelix)]

Tobias schrieb:
> Es müssen also 12V auf den einen oder anderen Anschluss geschaltet
> werden. Aktuell mache ich das über einen P-Kanal MOSFET angesteuert über
> einen NPN Transistor, funktioniert auch.

Du meinst alternativ einen PNP-Transistor.

Könntest du auch GND schalten statt der 12V? Dann mit N-Kanal MOSFET 
bzw. NPN-Transistor.

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Obelix X. schrieb:
> Könntest du auch GND schalten statt der 12V?
Das Ventil ist auch für AC geeignet, die Polung ist also egal. Man kann 
den gemeinsamen Pol an Vcc hängen und mit die "Spulen" mit kleinen 
NPN-Transistoren (sind ja nur 50mA) ansteuern:

                             12V  
                             _|_
                            |   |
                        AUF |___| ZU
µC Pin                   | Ventil  |
                    T2 |/          |
    auf ----1k---o-----|           |
                 |     |>          |
                 |       |         | 
                 |       |         |
                 '->|----+---------o
                  D1     |         |
                         |    T3 |/ 
    zu  ----1k-----------+-------|  
                         |       |>
                         |         |
   GND  -----------------o---------o------------

[Sherlock 🕵🏽‍♂️ (rubbel-die-katz)]

Lothar M. schrieb:
> Schaltungsvorschlag

Hier ist wichtig, dass an D1 und T3 zusammen weniger als 0,7 Volt 
abfallen. Die Bauteile sind entsprechend auszuwählen.

Ich würde die Schaltung etwas anders gestalten, damit der Punkt weniger 
kritisch ist. z.B. eine weitere Diode vor die Basis von T2 packen.

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Sherlock 🕵🏽‍♂️ schrieb:
> Hier ist wichtig, dass an D1 und T3 zusammen weniger als 0,7 Volt
> abfallen.
Stimmt, ein Post vorher wurde die entsprechende Schottkydiode erwähnt.

> Ich würde die Schaltung etwas anders gestalten
Wenn man kleine Logiclevel-Mosfets nimmt, dann ist das weniger kritisch, 
denn die schalten den "ZU" Ventilpin fast auf 0V runter und brauchen am 
Gate trotzdem noch 1,5V dass sie überhaupt leiten.

[Al. K. (alterknacker)]

Sherlock 🕵🏽‍♂️ schrieb:
> Ich würde die Schaltung etwas anders gestalten, damit der Punkt weniger
> kritisch ist. z.B. eine weitere Diode vor die Basis von T2 packen.

nun dann wird T2 nicht sicher gesperrt,jeden falls sollte man dies nicht 
so machen.

MfG
alterknacker

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Al. K. schrieb:
> Sherlock 🕵🏽‍♂️ schrieb:
>> z.B. eine weitere Diode vor die Basis von T2 packen.
> nun dann wird T2 nicht sicher gesperrt
Warum nicht? Woher käme der zum Einschalten des T2 nötige Basisstrom?

[Al. K. (alterknacker)]

Lothar M. schrieb:
> Warum nicht?

Im nicht angesteuerten zustand von T2 ist dann eine offene Basis mit 
allen möglichen Folgen, das habe ich schon als Bastler ungern gemacht.

MfG
alterknacker

[Mario M. (thelonging)]

Lothar M. schrieb:
> Mario M. schrieb:
>> Y1 = A & !B
>> Y2 = !A & B
>
> Viel zu viel Logik, denn es müssen bei einer Fehlansteuerung nicht
> unbedingt beide Kanäle abgeschaltet werden, um das Ventil zu schützen.

Die Logik beschränkt sich in diesem Fall auf zwei zusätzliche 
Transistoren, die über Kreuz die Basen der Haupttransistoren auf Masse 
ziehen. Ich würde nicht wollen, dass im Fehlerfall ein Ventil offen 
bleibt.

[Karl B. (gustav)]

Zitat:
"...Ein zwangsgeführtes Relais ist eine Gruppe von Kontakten, die 
mechanisch verbunden sind. Zwangsgeführte Relais sind so konstruiert, 
dass nicht alle Schaltkreise gleichzeitig geschlossen werden können..."
/Zitat
Quelle:
https://de.rs-online.com/web/c/relais-und-signalaufbereitung/relais/zwangsgefuhrte-relais/

Das wäre eine mechanische Lösung zusätzlich zur programmbedingten.

ciao
gustav

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Mario M. schrieb:
> Ich würde nicht wollen, dass im Fehlerfall ein Ventil offen bleibt.
Meine Lösung schließt aus, dass das Ventil offen bleibt, wenn beide 
Signale gleichzeitig kommen. Besser noch: der "ZU" Pfad hat Vorrang, im 
Fehlerfall wird das Ventil gechlossen. Bei gegenseitiger Verriegelung, 
also Nichtansteuerung verharrt es im Fehlerfall aber in der aktuellen 
Position "offen", "halb offen" oder "zu".

[Manfred P. (pruckelfred)]

Al. K. schrieb:
> Im nicht angesteuerten zustand von T2 ist dann eine offene Basis mit
> allen möglichen Folgen, das habe ich schon als Bastler ungern gemacht.

Ist bei bipolaren NPN ziemlich unkritisch. Aber es ist nicht verboten, 
noch je 10k B-E als Angstwiderstand einzusetzen.

Interessanter ist die Restspannung des aktiven T3, das hat Stefan 
bereits benannt und eine zusätzliche Diode vor der Basis T2 empfohlen. 
Die Basiswiderstände sollten kleiner werden, um sichere 5 mA Basisstrom 
zu liefern. Wenn sein µC das nicht kann, dann:

Lothar M. schrieb:
> Wenn man kleine Logiclevel-Mosfets nimmt, dann ist das weniger kritisch

Da ist dann je ein Widerstand G-S zwingend gefordert.

[Mario M. (thelonging)]

Lothar M. schrieb:
> Mario M. schrieb:
>> Ich würde nicht wollen, dass im Fehlerfall ein Ventil offen bleibt.
>
> Meine Lösung schließt aus, dass das Ventil offen bleibt, wenn beide
> Signale gleichzeitig kommen. Besser noch: der "ZU" Pfad hat Vorrang, im
> Fehlerfall wird das Ventil gechlossen.

Ja, richtig, es ging ja um einen Kugelhahn. Da ist es natürlich besser, 
wenn die "Zu"-Position Vorrang hat.

[Tobias (schmoove)]

Guten Abend,

vielen Dank für die zahlreichen Antworten und Ideen!

Tatsächlich ist dem Auftraggeber (mein Bruder) lieber, dass der Hahn im 
Fehlerfall an der zuletzt eingestellt Position verharrt - in der 
Hoffnung, dass der PID-Regler dann schon einen halbwegs stabilen Zustand 
hat. So ist halbwegs sichergestellt, dass die Temperatur im Tank nicht 
zu stark ansteigt. Es geht letztlich um Gärtanks für Bier.

Ich arbeite mich mal durch die Vorschläge durch und versuche einen 
halbwegs gescheiten Schaltplan zu erstellen.

Grüße,
Tobias

[Ron-Hardy G. (ron-hardy)]

Tobias schrieb:
> Es geht letztlich um Gärtanks für Bier

Guter Junge dein Bruder.

[H. H. (hhinz)]

Der Antrieb enthält ja offensichtlich schon Elektronik. Gut möglich, 
dass da schon Vorkehrungen für den Fall getroffen sind. Wenn der 
Hersteller dazu keine Angaben machen will, dann muss man sich die 
Elektronik eben mal ansehen.

[H. H. (hhinz)]

Ron-Hardy G. schrieb:
> Tobias schrieb:
>> Es geht letztlich um Gärtanks für Bier
>
> Guter Junge dein Bruder.

Frag erst mal nach den Volumen...

[Tobias (schmoove)]

Guten Abend,

hab Eagle auf Linux jetzt zum Laufen bekommen. Muss mich auch erstmal 
wieder einarbeiten.
Die Variante mit Logik schien mir am sinnvollsten.

Habe folgende MOSFETs im Einsatz: IRFD9024
VCC bei +12V.
Freilaufdiode (verwendeten Typ nicht beachten) einbauen oder nicht?

Erstmal sollen 5 Stück entstehen, später wahrscheinlich nochmal 5. Es 
soll also auch noch eine Leiterplatte entstehen.

Danke und Grüße,
Tobias

[Michael B. (laberkopp)]

Tobias schrieb:
> Die Variante mit Logik schien mir am sinnvollsten.

Die Frage ist, ob man da wirklich 2 IC und einen Haufen Bauteile für 
braucht.

Wie wäre ein MCP14E6, der ersetzt deine ganze Schaltung inklusive der 
Transistoren.

[N. M. (mani)]

Michael B. schrieb:
> Wie wäre ein MCP14E6, der ersetzt deine ganze Schaltung inklusive der
> Transistoren.

E6 ist dual inverting. Aber das ist vermutlich nicht Mal schlecht wegen 
Default Zustand der uC Pins.
Wobei der ENA-Pin dann evtl noch einen Inverter braucht.

[Sherlock 🕵🏽‍♂️ (rubbel-die-katz)]

Michael B. schrieb:
> Die Frage ist, ob man da wirklich 2 IC und einen Haufen Bauteile für
> braucht.

Ich werfe mal einen 1-aus-4 Decoder mit Open-Collector Ausgang in den 
Raum. An dessen Ausgänge kann man direkt die P-Kanal MOSFET hängen.

Mit ist dazu spontan der 74LS156 eingefallen, aber der verträgt trotz 
Open-Collector maximal 5V am Ausgang. 
https://www.ti.com/lit/ds/symlink/sn74ls156.pdf

Vielleicht kennt jemand eine Variante für höhere Spanungen.

[H. H. (hhinz)]

Sherlock 🕵🏽‍♂️ schrieb:
> Vielleicht kennt jemand eine Variante für höhere Spanungen.

CD4052.

[Sherlock 🕵🏽‍♂️ (rubbel-die-katz)]

H. H. schrieb:
> CD4052

Klingt interessant. Verstehe ich das Datenblatt richtig?:

Um den Chip mit 5V anzusteuern muss ich VDD=5V verwenden. Dann kann aber 
das Ausgangssignal ebenfalls nicht höher als 5V sein.

Höhere Ausgangsspannung geht nur in die negative Richtung unter GND. 
Richtig?

[H. H. (hhinz)]

Sherlock 🕵🏽‍♂️ schrieb:
> Um den Chip mit 5V anzusteuern muss ich VDD=5V verwenden. Dann kann aber
> das Ausgangssignal ebenfalls nicht höher als 5V sein.

CD40109


> Höhere Ausgangsspannung geht nur in die negative Richtung unter GND.

Nicht unter V_EE!

[H. H. (hhinz)]

Und die Nixie-Treiber gibts ja auch noch.

[Michael B. (laberkopp)]

N. M. schrieb:
> E6 ist dual inverting. Aber das ist vermutlich nicht Mal schlecht

Das Modell ist nötig, damit Enable die Dinger gegenseitig sperren kann, 
es kommt also EN_B an IN_A und umgekehrt.

Sonst bräuchte man ja noch Logik.

[H. H. (hhinz)]

H. H. schrieb:
> Und die Nixie-Treiber gibts ja auch noch.

Und den 74LS145 nicht zu vergessen.