Принцип работы реле времени

Чтоб обеспечить правильную работу схем автоматического управления, нередко бывает нужно выполнить срабатывание отдельных аппаратов в определенной последовательности с соблю­дением подходящих интервалов време­ни. Для этого предназначено реле времени.

Реле времени работают или по принципу механического замед­ления и изготовляются с примене­нием маятников либо электродвига­телей, или по принципу электро­магнитного замедления. Маятни­ковые реле дают выдержку времени в границах 1-15 сек, двигатель­ные – до 24 ч, реле с электромаг­нитным замедлением – до 5 сек. Реле с электрическим замедле­нием изготовляют только для работы в цепях управления посто­янного тока, это реле работает по принципу роста времени спа­дания магнитного потока в магнит­ной системе при выключении реле.

Разглядим устройство и схему включения электрического реле времени типа РЭ-500, которое находит обширное применение при автоматизации электропривода. Это реле (рис. 1) состоит из катушки 1, недвижного магнитопровода 2, якоря 3, регули­ровочного винта 5, траверсы 6 с блок-контактами и оттяжной пружиной 4.

В месте соприкосновения сердечника с якорем помещена не­магнитная прокладка, она служит для предотвращения вероятного прилипания якоря к сердечнику, при отсутствии прокладки от­брасывающая пружина может не преодолеть удерживающего усилия остаточного магнетизма сердечника, и реле не отключится.

Якорь втягивается под действием потока, создаваемого катуш­кой 1, насаженной на сердечник. На якоре укреплена траверса 6 с подвижными контактами мостикового типа, которые образуют замыкающие контакты реле.

Для улучшения проводимости контакты изготовляются с сере­бряными накладками.

Время от момента подачи импульса на катушку реле до сраба­тывания контактов именуется выдержкой времени реле. Регулиро­вание выдержки времени делается в границах каждого типа реле конфигурацией толщины немагнитной прокладки и натяжением оттяжной пружины с помощью регулировочного винта 5. Чем тоньше прокладка и меньше натяжение пружины, тем больше вы­держка времени реле. Не считая того, выдержка времени на реле вре­мени РЭ-511, РЭ-513 и РЭ-515 может быть получена последующими методами: 1) закорачиванием катушки; 2) отключением катушки реле.

1. Закорачивание катушки. При включении реле РВ якорь при­тягивается очень стремительно (время за­ряда реле 0,8 сек). При выключении создается выдержка времени, при всем этом отключение реле может осу­ществляться как методом разрыва цепи катушки, так и методом ее закорачивания (рис. 2а). Выдержка времени при закорачи­вании катушки выходит по сле­дующей причине. Для отпадения якоря (и, как следует, срабаты­вания контактов реле) нужно, чтоб поток в магнитной системе пропал либо уменьшился до определенной величины, что и происходит при прекращении питания катушки реле, т. е. при ее выключении. Если же шун­тировать катушку реле (к примеру, параллельным включением каких-то контактов другого промежного реле РП), то вслед­ствие самоиндукции в контуре, образуемом катушкой реле и кон­тактом РП, поддерживается некое время ток. Как следует, магнитный поток и сила притяжения якоря к сердечнику тоже будут затухать равномерно. Сопротивление R в цепи катушки должно быть предвидено для предотвращения недлинного замы­кания (в этом случае, если в этой цепи нет других потребителей).

2. Отключение катушки реле. При выключении катушки реле можно также достигнуть замедленного спадания магнитного потока в магнитопроводе (рис. 2 б). Для этого используются различ­ные демпферы. Демпфером именуется толстая гильза, выполнен­ная из меди либо алюминия, которая насаживается на общий сердеч­ник со втягивающей катушкой. Эта гильза делает вторичный контур. При исчезновении основного магнитного потока при раз­мыкании РП в гильзе индуктируется ток, который по правилу Ленца стремится поддержать основной поток. Чем больше масса демпфера, тем больше выдержка времени реле. Роль демпфера одно­временно делает также и алюминиевое основание реле. Раз­личные спектры выдержки реле (0,3—5,5 сек) достигаются за счет внедрения дополнительных съемных демпферов.

Следует подразумевать, что реле типа РЭ-500 создано для неизменного тока, и в цепь управления движками переменного тока оно врубается через выпрямители.

Работа таймера и функции кнопок

Таймер получает команды от 4-х кнопок. Их функции следующие:

Время: позволяет задать время включения и выключения. Когда таймер изначально включен, устройство находится в выключенном состоянии, и время 0. Нажав эту кнопку, можно переключаться между on и off на дисплее.

Выбор: позволяет выбрать между on и off параметрами, а также часовой и минутной цифрой. Выбранная цифра увеличивается нажатием кнопки ON/OFF.

Ввод: когда соответствующее время выбрано, нажатие данной кнопки завершит установки.

Пуск/стоп: чтобы запустить или остановить таймер. Если он уже включен, вы можете остановить его в любое время при нажатии на эту кнопку.

Теперь давайте посмотрим, как всё это работает в сложном режиме. Предположим, устройство, подключенное к реле необходимо включать через 3 минуты. Далее, после включения, оно должно проработать 20 минут. В этом случае как только запускается таймер, устройство будет включено через 3 минуты и останется активным на 20 минут. После этого оно будет выключено снова. Скачать все прошивки для контроллера и рисунок печатной платы можно в архиве.

Форум по таймерам

Схемы на микроконтроллерах

Принципиальная схема

Конструктивно, реле времени состоит из десяти основных частей: платы контроллера №1, платы контроллера №2… платы контроллера №9 и платы клавиатуры. Принципиальная схема платы контроллера №1 представлена на рис. 2.

Платы контроллеров №1… №9 — идентичны по схеме, конструкции и алгоритму работы. Принципиальная схема платы клавиатуры представлена на рис. 3. Соединители Х2…Х10 платы клавиатуры подключаются к соединителям Х2 плат контроллеров.

Интерфейс устройства включает в себя элементы управления платы клавиатуры: модульные переключатели SA1, SA2 клавиатура (кнопки S1…S7). А так же элементы контроля и управления плат контроллеров №1…№9: индикаторы HL1, HL2, блок индикации (дисплей) из трех цифровых семисегментных индикаторах HG1…HG3.

Модульный переключатель SA2 платы клавиатуры имеет девять модулей: ”1”, «2” ”Q” SA2 — модульный переключатель с зависимой фиксацией. Это значит включение одного из модулей (любого из девяти) вызывает выключение ранее включенного модуля.

Если в SA2 включен модуль ”1”, то клавиатура (кнопки S1…S7) подключена только к плате контроллера №1. Если в SA2 включен модуль ”2”, то клавиатура подключена только к плате контроллера №2 и т.д. Модульный переключатель SA1 со стартовой фиксацией. Это значит, что включенный модуль не фиксируется, и после снятия усилия нажатая кнопка возвращается в исходное состояние.

Рис. 2. Принципиальная схема платы контроллера N1 для реле времени.

Пусть в переключателе SA2 включен модуль ”1”. Рассмотрим работу контроллера №1. Канал управления нагрузкой собран на транзисторе VT1. Канал управляется с вывода 11 DD1. С порта РВ DD1 управляет клавиатурой (кнопки S1 …S9) и динамической индикацией.

Динамическая индикация собрана на транзисторах VT2…VT4, цифровых семисегментных индикаторах HG1…HG3. Резисторы R6…R13 токоограничительные для сегментов индикаторов HG1…HG3. Коды для включения индикаторов HG1…HG3 при функционировании динамической индикации поступают на вход РВ микроконтроллера DD1. Для функционирования клавиатуры задействован вывод 7 микроконтроллера DD1.

Элементы интерфейса управления и контроля платы контроллера №1 имеют следующее назначение:

  • S1 ( A ) — увеличение на единицу значения, индицируемого на дисплее, при установки времени в минутах (секундах), при удержании данной кнопки в нажатом состоянии более 5 секунд, значение времени индицируемое на дисплее увеличивается на 5 единиц за 1 секунду;
  • S2 ( V ) — уменьшение на единицу значения, индицируемого на дисплее, при установки времени в минутах (секундах), соответственно при удержании данной кнопки в нажатом состоянии более 5 секунд, значение времени индицируемое на дисплее уменьшается на 5 единиц за 1 секунду;
  • S3 ( С) — (Старт/стоп). Кнопка запуска/останова устройства в режиме №2. В рабочем цикле (который периодически повторяется) идет обратный отсчет заданных интервалов времени Т1 и Т2, с первым нажатием данной кнопки нагрузка подключается к сетевому напряжению, идет обратный отсчет заданного интервала Т1.
  • S4 ( Р) — (Режим). Кнопка выбора режима работы: режим №1 или режим №2.
  • S5 ( В1) — (Выбор). Кнопка выбора интервалов Т1 или Т2.
  • S6 (В2) — (Выбор ) Кнопка выбора временного режима работы: минуты или секунды, выключения нагрузки.
  • S7 (В3) — (Вкл.,/Выкл). Кнопка принудительного (ручного) включения/выключения нагрузки, вне зависимости от того, в каком режиме находится устройство, каждое нажатие данной кнопки меняет состояние нагрузки на противоположное.
  • SA1 (ОБЩ. СТАРТ) — одновременный запуск в устройстве всех плат контроллеров №1… №9.
  • HL1 — индикатор режима работы устройства: HL1 горит -режим №2, НИ погашен -режим №1. (назначение режимов будет приведено ниже).
  • HL2 — индикатор интервалов Т1 и Т2. Если HL2 горит, то на дисплее индицируется интервал Т1, Если HL2 погашен, то на дисплее индицируется интервал Т2.

Рис. 3. Принципиальная схема платы клавиатуры для девятиканального реле времени.

Разряды индикации интерфейса имеют следующее назначение:

  • 1 разряд (индикатор HG3) отображает «единицы минут» («единицы секунд») интервалов Т1 и Т2;
  • 2 разряд (индикатор HG2) отображает «десятки минут» («десятки секунд») интервалов Т1 и Т2;
  • 3 разряд (индикатор HG1) отображает «сотни минут» («сотни секунд») интервалов Т1 и Т2.

Чтобы «запустить» плату контроллера №1, необходимо задать интервалы T11, Т12, перевести его в режим №2 и нажать кнопку S3 ( С). При независимой работе каналов нужно задать соответствующие интервалы и нажать кнопку S3 ( С). Для запуска всего устройства необходимо задать интервалы T11, Т21, Т31…Т91, Т12, Т22, Т32…Т92 и одновременно нажать два модуля в переключателе SA1 (ОБЩ. СТАРТ). Сразу после подачи питания на выводе 1 микроконтроллера DD1 через RC-цепь (резистор R8, конденсатор С1) формируется сигнал системного аппаратного сброса микроконтроллера DD1. Инициализируются регистры, счетчики, стек, таймер Т/C1, сторожевой таймер, порты ввода/вывода.

При инициализации на выводе 11 микроконтроллера DD1 устанавливается — лог.1. На индикаторах HG1…HG3 индицируются нули. Индикатор HL1 — погашен.

Индикатор HL2 — горит. Для плат контроллеров №1…№9 предусмотрено два режима работы: режим задания параметров — режим №1 и рабочий режим — режим № 2. В режиме № 1 (режим задания параметров) с клавиатуры задаются значения интервалов включения Т1 и выключения Т2. В режиме №1 запрещен счет времени.

На выводе 11 микроконтроллера DD1 устанавливается — лог.1 Интервалы Т11 и Т12, могут быть заданы как в минутах так и в секундах в диапазоне от 999 до 1, с дискретностью 1. Визуально Т11 и Т12 поочередно, можно контролировать на трех разрядном дисплее. В режиме № 2 (рабочий режим) идет обратный отсчет заданных интервалов Т1 и Т2 в рабочем цикле.

В интервале времени Т11 на выводе 11 микроконтроллера DD1 устанавливается — лог.1 (нагрузка отключена). В интервал времени Т12 на выводе 11 DD1 устанавливается — лог.0 (нагрузка включена). Периодически, один раз в секунду, мигает точка h индикатора HG3. Подробнее рабочий цикл для платы контроллера №1 будет приведен дальше.

Задача по формирование точных временных интервалов длительностью 1 с, решена с помощью прерываний от таймера Т/C1, и счетчика на регистре R20. Счетчик на регистре R21 формирует интервал в одну минуту. Таймер Т/C1 формирует запрос на прерывание через каждые примерно 3900 мкс.

Счетчики на данных регистрах, подсчитывают количество прерываний и через каждую минуту, устанавливается флаг (PUSK), и текущее время декрементируется. Через каждые я 3900 мкс происходит отображения разрядов в динамической индикации устройства.

Программа для микроконтроллера

Программа состоит из трех основных частей: инициализации, основной программы, работающей в замкнутом цикле и подпрограммы обработки прерывания от таймера Т/C1 (соответственно метки INIT, SE1, ТІМ0). В основной программе происходит инкремент, декремент заданного значения времени.

В подпрограмме обработки прерывания осуществляется счет одной секунды, опрос клавиатуры, включение индикаторов HL1 и HL2 и перекодировка двоичного числа значений времени в код для отображения на семисегментнных индикаторах. В памяти данных микроконтроллера с адреса $060 по $065 организован буфер отображения для динамической индикации.

По адресам $060…$062 хранится текущее значение интервала Т1. Заданное значение интервала Т1 хранится по адресам $066…$068. Соответственно, по адресам $063. ..$065 хранится текущее значение интервала Т2. Заданное значение интервала Т2 хранится по адресам $069…$06В. Текущие значения интервалов Т1 и Т2 с адресов $060. ..$062 и $063…$065 (значения которые задаются с помощью кнопок SI, S2) переписываются соответственно по адресам $066…$068 и $069…$06В, сразу после нажатия на кнопку S3 (С).

При нажатии на кнопку S1 текущее значение времени на дисплее увеличивается на единицу и устанавливается флаг, разрешающий увеличивать текущее значение времени, индицируемого на дисплее. Одновременно запускается счетчик, выполненный на регистре R1, формирующий интервал 5 сек. Если кнопка удерживается более 5 секунд, значение времени, индицируемое на дисплее увеличивается на 5 единиц за 1 секунду. Интервал времени в течении которого происходит увеличение времени организован на регистре R0.

При отпускании кнопки S1 все вышеуказанные счетчики обнуляются. Совершенно аналогичным образом организована работа кнопки S2 для уменьшения текущего значения времени, индицируемого на дисплее. При нажатии на кнопку S2 текущее значение времени на дисплее уменьшается на единицу.

Если кнопка удерживается более 5 секунд, значение времени, индицируемое на дисплее уменьшается на 5 единиц за 1 секунду. Счетчики приведенного алгоритма для кнопки S2 организованы соответственно на регистрах R3 и R2. Вышеуказанный алгоритм работы кнопок S1 и S2 в устройстве применим как к интервалу Т1, так и к Т2.

На R22 (catod) организован регистр знакоместа. При инициализации в регистр R1 загружается число 1. в Y-регистр загружается начальный адрес буфера отображения $060. При этом на дисплее будет включен разряд «единицы минут» («единицы секунд»).

При каждом обращении к подпрограмме обработки прерывания содержимое регистра R22 сдвигается влево на один разряд, a Y — регистр инкрементируется. Понятно, что как только 1 будет в третьем разряде регистра R22, то все разряды будут выбраны, при этом опять в R22 нужно загрузить единицу, а в Y-регистр начальный адрес буфера отображения.

В процессе обработке подпрограммы прерывания происходит опрос клавиатуры. Младшая тетрада выводимого при этом в порт В микроконтроллера байта для клавиатуры представляет собой код «бегущий ноль». После записи данного байта в порт В, микроконтроллер DD1 анализирует сигнал на входе 7 (PD3).

В рамках вышеуказанной подпрограммы, при любой нажатой кнопки, из восьми имеющихся в устройстве, на входе 7 микроконтроллера присутствует лог. 0. Таким образом, каждая кнопка клавиатуры «привязана» к «своему» разряду в младшей тетраде байта данных, выводимого в порт В микроконтроллера, для опроса клавиатуры.

Алгоритм работы платы контроллера №1 в рабочем цикле (в режиме: секунды) следующий. После подачи питания необходимо с клавиатуры в режиме №1 задать необходимые параметры работы устройства — интервалы включения Т1 и выключения Т2. При установке интервалов Т1 и Т2 в устройстве, как уже упоминалось выше, запрещается отсчет текущего времени.

Данные параметры индицируются на дисплее (индикаторы HG1… HG3). Далее необходимо перейти в режим №2. Устройство переходит в рабочий цикл сразу после нажатия на кнопку «Старт/стоп» (S3) в режиме №2, при этом индикатор НИ -загорается.

Периодически, один раз в секунду, мигает точка h индикатора HG3. Микроконтроллер DD1 устанавливает лог. 0 на выходе 11 (включение нагрузки). Время (интервал включения Т1) индицируемое на дисплее декрементируется с каждой секундой.

Как только оно станет равно нулевому значению, микроконтроллер устанавливает лог. 1 на выходе б (выключение нагрузки). Индикатор HL1 — гаснет. Заданное значение Т1 переписывается с адресов $066. ..$068 на адреса $060…$062.

Теперь дисплей индицирует первоначальное заданное значение времени равное интервалу выключения Т2, которое хранится по адресам $063…$065. Нагрузка будет отключена в течении времени равному интервалу выключения. Теперь, время индицируемое на дисплее (Т2) декрементируется с каждой секундой.

И как только оно станет равно нулевому значению микроконтроллер устанавливает лог. 0 на выходе 11. (включение нагрузки). Индикатор НИ — загорается. Заданное значение Т2 переписывается с адресов $0б9…$0бВ на адреса $063…$065. На дисплее снова индицирует первоначальное заданное значение времени равное интервалу включения Т1.

Рабочий цикл завершен. Устройство работает совершенно аналогично в режиме: минуты. В данном режиме интервалы Т1 и Т2 декрементируются с каждой минутой. Но точка h индикатора HG3 все равно мигает периодически, один раз в секунду.

Разработанная программа на ассемблере занимает порядка 0,54 КБайт памяти программ микроконтроллера.

Виды

По своему конструктивному исполнению реле времени подразделяют на:

Моноблок — полностью независимое устройство, с собственным корпусом, встроенным питанием и специальными гнездами для подключения какой-либо техники. Хорошо знакомы с этим типом реле те, кто занимается фотопечатью.

Встраиваемые— это упрощенный вариант моноблочных реле. У них нет собственного корпуса и питания, поскольку они нужны для того, чтобы создавать более сложные устройства. Они используются как дополнительные элементы и поэтому их помещают в один корпус с другими элементами изготовляемого прибора. Классический пример — таймер в стиральной машинке, микроволновой печи, духовке и пр.

Модульные (с управляющим контактом) — этот тип имеет стандартные размеры и устанавливается на DIN-рейку в распределительный щиток.

Помимо этого, реле времени также классифицируют в зависимости от принципа работы (как именно создается временной интервал):

  • Реле времени с часовым механизмом. Этот вид был изготовлен первым и до сих пор считается одним из самых надежных, так как по своим свойствам не уступает пневматическим приборам. Их работа практически не зависит ни от мощности напряжения, ни от того как часто оно подается, ни от изменения температуры. В быту такой тип реле встречается в механических будильниках, кухонных таймерах, в некоторых стиральных машинах также встречается механическое реле программ.
  • С электромагнитным замедлением. Используется в цепях, ориентированных на постоянное напряжение. Задержка осуществляется за счет создания вспомогательного магнитного потока, регулируемая изменением величины натяжения возвратной пружины. Регулируемое значение составляет до пяти секунд. Существенный минус этого типа реле в том, что задержка времени зависит от изменения температуры.

    Электро реле

  • Вакуумное (электромеханическое). Этот вид используется там, где требуется электрический или пневматический сигнал, контролирующий достижение уровня вакуума.
  • Моторные. Включает в себя двигатель с редуктором и электрическим контактом. Способность задержки времени составляет от 10 секунд и до десятков часов.
  • Реле с гидравлическим или с пневматическим замедлением. Временные интервалы здесь регулируются за счет увеличения или уменьшения подачи жидкости, воздуха в рабочий процесс. Из плюсов можно также выделить то, что замедление не зависит от величины напряжения, частоты питания и изменения температуры. Также регулировка задержки не составляет особого труда.
  • Электронное реле. Самый широко используемый вид реле времени, постепенно вытесняющий механические аналоги. Достоинствами такого вида считаются его небольшие размеры, вес, высокая точность работы, надежность и широкий выбор программ функционирования.

Между собой электронные реле подразделяют исходя из технологии отсчета срабатывания времени:

  • Цифровые— напряжение оказывается на блок питания, из-за чего запускается задающий генератор, который затем подает импульсы на счетчик. Последний, в свою очередь, высчитывает эти импульсы до тех пор, пока они не сравнятся с нужным числом импульсов, которое задано в системе. Затем, на контролирующий реле выходной усилитель, посылается сигнал и счетчик перестает подсчитывать импульсы. Как только с блока питания снимется напряжение, реле вернется в свое изначальное состояние. Такие РВ способны задерживать время на десятки часов при минимальной погрешности. Главный минус в высокой стоимости.
  • Аналоговые — для задержки времени используется конденсатор, на который при замыкании контактов подается напряжение. Следит за этим напряжением специальное устройство, которое сравнивает его и ранее указанное. В случае их совпадения, устройство подает сигнал, чтобы реле переключилось. Максимальная выдержка здесь равна 10 секунд. Этот тип превосходит цифровое в том, что он не требует точного программирования и проще в использовании.

Советы по монтажу и настройке

  • Перед тем как производить монтаж, заранее определитесь в какой сети вы будете работать (например, трехфазной или однофазной).
  • Немаловажно также точно знать, какая нагрузка будет требовать включения или отключения.
  • Уже после того, как вы будете точно знать, чего вы хотите, смело идите в магазин и покупайте соответствующий прибор.
  • Перед тем как вы установите прибор и обесточите освещение, проверьте правильно ли работает устройство: подключите к нему шнур с вилкой и выставьте минимальное время для срабатывания. Напряжение на контактах выхода проверьте тестером.
  • При установке к DIN-рейке плотно затягивайте болты, чтобы исключить нагревание прибора, его поломку или даже возникновение пожара.
  • Помните, что максимальная влажность, при которой прибор способен работать исправно — не более 80%, и температура от 10-50 градусов.

Настройка

  • Настройка таймера в приборе зависит от того, какой тип устройства перед нами. Если мы имеем дело с механическим реле, то его настройка состоит просто в переключении положений согласно надписи.
  • В электронном же, есть меню, через которое и осуществляются все настройки. Как правило ее начинают с установки дня недели и текущего времени, и затем уже программируют само устройство.
  • Если это электромеханическое реле, то настраивают его с помощью специальных измерительных приборов — потенциометров.

Схема подключения

Как правило, подключение реле исключает использование сложных схем. Главное, как было сказано, знать какая нагрузка будет требоваться.

Рассмотрим самую простую схему:

  1. Строго вертикально и достаточно плотно закрепите устройство на стене.
  2. Снимите крышку и заземлите реле.
  3. Подключите электрическую сеть к контактам (см. рисунок)
  4. Контакты 1 и 2 — предназначены для подачи напряжения в 220 Вольт.
  5. Обозначение 4 — используется для подачи фазы от электрического щита и способна коммутироваться с 3 и 5.
  6. 4 и 5 — нормально открытые, тогда как 3 и 4 — нормально замкнутые.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *