Главная › Новости

Принцип работы и виды реле времени

Опубликовано: 03.09.2018

Для коммутации электрических цепей с целью реализации рабочего алгоритма оборудования, в схемах автоматики, и просто для включения или выключения с задержкой — часто применяют реле времени . Реле времени могут быть устроены как на электронной элементной базе, так и на электромеханической. В данной статье мы поговорим об электронных схемах реле времени, широко распространенных в промышленности сегодняшнего дня.

Прежде всего нужно понимать, что реле времени создает определенную задержку на срабатывание непосредственно коммутирующих устройств, которые могут быть как электронными, так и механическими. Но схема самого реле времени — это электронный таймер .

В наиболее простом виде для задания задержки используется RC-цепочка , где в процессе зарядки или разрядки конденсатора через резистор напряжение на нем изменяется по экспоненте с течением времени, и определенная RC-цепочка имеет определенную постоянную времени, которая зависит от номиналов резистора и конденсатора в ней.

Чем больше емкость конденсатора цепочки и чем выше сопротивление резистора — тем дольше длится процесс зарядки или разрядки конденсатора, следовательно дольше растет или убывает на конденсаторе напряжение.

На практике единичная временная задержка при помощи RC-цепочки ограничивается временем в 30 секунд, это связано с конечным сопротивлением печатной платы, однако данное ограничение не является таковым для реле на микроконтроллерах, о которых будет сказано далее.

Чтобы не ограничиваться временем единичного переходного процесса в RC-цепочке, необходимо принцип организации задержки несколько усложнить, сделать реле многотактным, а именно включить RC-цепочку в состав RC-генератора, а затем подсчитывать импульсы с генератора, причем длительность импульсов будет опять же задана постоянной времени RC-цепочки в генераторе. Так продолжительность задержки в реле времени можно сильно увеличить.

Более точный результат и более высокую стабильность позволит получить генератор не на RC-цепочке, а на кварцевом резонаторе, поскольку кварцевый резонатор имеет очень точную и устойчивую частоту, мало зависящую от колебаний внешней температуры, чего нельзя сказать о конденсаторах и резисторах.

Таким образом, по количеству рабочих циклов электронные реле времени условно подразделяются на многотактные и однотактные.

Однотактная схема реле времени

В однотактных схемах сигнал управления (например нажатие кнопки или просто подача питания на схему) преобразуется в согласующем устройстве, где происходит преобразование уровня напряжения или тока для обработки в блоке запуска.

Блок запуска подает сигнал на блок начальной установки, который в свою очередь запускает исполнительный блок или заряжает RC-цепочку. RC-цепочки можно переключать, выбирая таким образом время задержки из предоставленного в распоряжение диапазона.

В процессе зарядки (разрядки) конденсатора цепочки, напряжение на нем растет (спадает) по экспоненте, при этом непрерывно сравнивается с опорным напряжением на аналоговом компараторе.

Как только напряжение на конденсаторе станет выше (ниже) опорного напряжения, выходной преобразователь запустит исполнительную цепь. Очевидно, временной интервал зависит не только от постоянной времени RC-цепочки, но и от значения опорного напряжения, которое выставляется на втором входе компаратора.

Многотактная схема реле времени

Многотактные схемы реле времени позволяют расширить временной диапазон, поскольку, как отмечалось выше, в многотактных схемах учитывается несколько циклов работы RC-цепочки или несколько рабочих тактов генератора импульсов, то есть интервалы получаются длительнее.

Многотактные схемы, как и однотактные, принимают сигнал от блока запуска, однако сигнал этот поступает на блок сброса, где он приводит цифровую часть в состояние начальной установки. После этого генератор включается в работу, отправляя серию импульсов на счетчик. Количество импульсов сосчитанное на счетчике сравнивается с количеством установленным на цифровом компараторе, после достижения заданного числа импульсов срабатывает выходной преобразователь, который запустит исполнительную цепь, например силовой контактор.

Изменяя частоту генератора импульсов и значение в цифровом компараторе (или в простом варианте - вывод счетчика), выбирают время задержки реле времени. Такие блоки могут быть удобно реализованы на программируемых микроконтроллерах с применением дискретных элементов или цифровых микросхем.

Итак, простейшее многотактное реле включает в себя следующие основные блоки: цифровой генератор импульсов с переключаемыми RC-цепочками, счетчик импульсов, компаратор может отсутствовать, а выход со счетчика от выбранного разряда может быть подключен прямо к управляющей цепи. Подавая «сброс» на цифровую часть запускают реле времени в работу.

Схема реле времени на микроконтроллере

На сегодняшний день весьма распространены схемы реле времени на микроконтроллерах, где многие блоки реализованы программно. За тактовые импульсы отвечает кварцевый резонатор, а установка времени задается с блока кнопок, подключенных к соответствующим выводам, функции которых конфигурируются в программе как вводы.

На управляющем выходе — транзисторный ключ , который и управляет исполнительным устройством. Для индикации имеется дисплей, на котором воочию можно увидеть, как идет отсчет времени.

Реле времени на микроконтроллерах пользуются все большей популярностью сегодня благодаря дешевизне микроконтроллеров, их малым габаритам и доступности программных средств и программного обеспечения. Кроме того микроконтроллеры потребляют мало электроэнергии, а если подобную конструкцию разрабатывать на дискретных компонентах, то она получится намного более громоздкой и намного более прожорливой.

Для модификации реле времени на программируемом микроконтроллере достаточно обновить прошивку, и не придется ничего перепаивать. К тому же цифровые интерфейсы микроконтроллеров позволяют легко сопрягать их с внешними индикаторами и ключами, а также между собой и с многими блоками различного оборудования, не говоря уже о взаимодействии с ПК.

Тенденция сегодня однозначно направлена на повсеместное применение программируемых микроконтроллеров в схемах реле времени и автоматики как на промышленных производствах, так и в быту.