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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Máquina de control programable. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Relojes, temporizadores, relés, interruptores de carga Para controlar varios tipos de instalaciones eléctricas en la vida cotidiana y en el trabajo, a menudo es necesario encenderlas y apagarlas repetidamente en ciertos intervalos de tiempo. Esta tarea generalmente se resuelve con éxito con la ayuda de temporizadores digitales con memoria. En el artículo publicado a continuación, se ofrece a los lectores una descripción de una variante de un dispositivo para tal fin, que se puede hacer de forma independiente. La máquina programable está diseñada para controlar aparatos eléctricos de red de baja y media potencia (hasta 1 kW). En la vida cotidiana, se puede usar, por ejemplo, para controlar una lámpara de araña Chizhevsky o calentadores eléctricos en un área residencial. El autor usó un autómata para controlar una computadora que se comunica con la BBS por la noche. La máquina contiene dos canales programables independientes idénticos, cada uno de los cuales controla una carga. El número de canales se puede aumentar arbitrariamente sin modificaciones fundamentales a las unidades básicas del propio dispositivo. Durante su funcionamiento se cuenta el tiempo real y se muestra el valor actual en horas y minutos, así como los números de serie (del 1 al 7) de los días de la semana. La duración máxima del programa de control en cada uno de los canales es de un día, no obstante, si es necesario, el usuario puede habilitar o deshabilitar la ejecución del programa diario grabado en la memoria en cualquiera de los siete días de la semana. El intervalo mínimo programable entre dos eventos es de un minuto. Un evento aquí se refiere al encendido o apagado de una carga controlada. Por lo tanto, la cantidad máxima de eventos programables es igual a la cantidad de minutos en un día, es decir, 1440. En cualquier momento, utilizando los controles, puede cambiar los estados actuales de las cargas. El borrado (puesta a cero) de la memoria antes de la programación se lleva a cabo mediante la enumeración automática de direcciones a petición del usuario en ambos canales a la vez o en cada uno por separado. Al programar, se proporciona la posibilidad de escribir dirección por dirección y borrar dirección por dirección de datos en la memoria. La máquina cuenta con un generador de AF que puede dar señales sonoras en los momentos de ocurrencia de cada evento programado. Cuando se apaga el voltaje de la red, la parte digital (de bajo voltaje) del dispositivo cambia automáticamente a la energía de la batería de respaldo, lo que le permite mantener un conteo continuo de tiempo y evitar cambios en los estados actuales de los disparadores que controlar las cargas. El diagrama de bloques del autómata se muestra en la fig. 1. Consta de una unidad de conteo e indicación, dos unidades de canal idénticas, relés electrónicos y un generador AF que se puede conectar a cualquiera de los canales (en el esquema, por ejemplo, al canal 1).
En el bloque de conteo e indicación, se cuentan la hora y el día de la semana actuales, sus valores se muestran en los indicadores, así como la formación de direcciones para los canales de RAM. La unidad de control coloca los contadores en la posición deseada y realiza operaciones con la memoria del canal. El sincronizador genera secuencias de conteo y control de pulsos. La RAM almacena el programa de gestión del estado de las cargas en cada uno de los canales. Los nodos de estado convierten las señales de pulsos leídas de la RAM en voltajes de cierto nivel lógico, que controlan relés electrónicos que conmutan el voltaje de red suministrado a las cargas. El diagrama esquemático de la unidad de conteo e indicación se muestra en la fig. 2. Es un reloj electrónico. Las funciones de la fuente de conteo y control de secuencias de pulsos (sincronizador) las realiza un chip de reloj especializado DD12 (K176IE18), que contiene un oscilador de cuarzo. Las siguientes señales se toman de sus conclusiones: del pin. 10 - pulsos de conteo de minutos (1/60 Hz), que, a través del circuito de acortamiento en los elementos DD1.5, DD1.6, C15, R18 y los elementos DD13.4, DD4.3, DD4.2, se alimentan a la entrada de conteo del contador de unidades de minutos DD7.1 .one; con alfiler 4 - segundos pulsos utilizados para indicar el segundo ritmo LED HL1; con alfiler 11 - pulsos con una frecuencia de 1024 Hz, que pasan a través del contador-divisor en dos DD2.2, luego de lo cual su frecuencia disminuye a 512 Hz; con alfiler 6 - pulsos con una frecuencia de 2 Hz, asegurando el parpadeo de la familiaridad de los indicadores HG1 - HG4 en el modo de configuración de sus lecturas.
(haga clic para agrandar) La parte de conteo del bloque en consideración se construye de acuerdo con un esquema común con conexión en serie de contadores con factores de conversión especificados e indicación estática de sus estados mediante indicadores de siete segmentos HG1 - HG5. El bus de direcciones AO - A15 está formado por los microcircuitos DD7, DD10, DD14 involucrados en el conteo de bits. Una característica de la solución de circuitos propuesta es la capacidad de cambiar rápidamente el estado de cada uno de los contadores por parte del usuario, lo que facilita la escritura en la memoria de datos durante la programación. El bloque se controla con los botones SB1 - "Instalación", SB2 - "Buscar familiaridad" y SB3 - "Modo". En el estado inicial en el pin. 6 del decodificador DD6 existe un nivel lógico alto, por lo que todas sus salidas (pin 1, 5, 2, 4, 12, 14, 15, 11) tendrán niveles bajos que impiden el paso de pulsos de ajuste desde el botón SB1 a los contadores DD7.1, DD7.2, DD10.1, DD10.2 a través de los elementos DD4.1, DD5.4, DD9.3, DD11.3 y permitiendo la conversión de decodificadores DD16 - DD19. Con una sola pulsación del botón SB3, el disparador DD8.1 pasa a un solo estado, permitiendo el funcionamiento de los interruptores del decodificador DD6, en una de las salidas (pin 1, 5, 2, 4) de la que aparece un nivel alto , y por el otro (pin 12, 14 , 15, 11) - pulsos con una frecuencia de 2 Hz. Como resultado, uno de los cuatro espacios de familiaridad HG1 - H4 comienza a parpadear a la frecuencia especificada. Usando el botón SB1, se cambia el estado del contador de esta familiaridad (lecturas del indicador). La "actividad" de una u otra familiaridad depende del estado del contador DD2.1 en el momento de pulsar el botón SB3. Puede cambiar el estado del contador DD2.1 usando el botón SB2. Por lo tanto, al configurar secuencialmente las lecturas de los indicadores de cada familiaridad, puede configurar muy rápidamente el tiempo requerido (dirección en el bus de direcciones). El estado del contador del día de la semana DD14 se configura transfiriendo el estado del contador de decenas de horas DD10.2 al configurar. Cabe señalar que es más conveniente comenzar configurando las lecturas requeridas del indicador desde unos minutos y terminar con los días de la semana, ya que el valor ya configurado en la familiaridad superior se verá incrementado en uno por la transferencia que puede ocurrir cuando estableciendo el valor en la familiaridad inferior. El botón SB5 "Configuración inicial" está diseñado para configurar el reloj con precisión (hasta segundos) de acuerdo con la fuente de tiempo de referencia. En el momento en que se presiona este botón, se ponen a cero el contador interno de segundos del microcircuito DD12 y los contadores de unidades y decenas de minutos de los microcircuitos DD7.1, DD7.2. Además de las señales de dirección AO - A15, se eliminan varias señales de control más de la unidad de conteo y visualización: del pin. 4 microcircuitos DD3.2 (circuito 1): pulsos de minutos cortos, pulsos de configuración desde el botón SB1; con alfiler 6 microcircuitos DD15.3 (circuito 2): pulsos del botón SB6 "Grabar", así como pulsos con una frecuencia de 512 Hz (en el modo de borrado de memoria); con alfiler 13 microcircuitos DD8 (circuito 3): una señal estática, cuyo alto nivel garantiza la implementación del modo de limpieza de memoria. El modo de limpieza de memoria se establece presionando el botón "Borrar" SB4 una vez si los contactos del interruptor de desbloqueo de limpieza SA1 están cerrados. En este modo, el disparador DD8.2 pasa a un estado de 1 lógico, se prohíbe el paso de pulsos de minutos a la entrada de conteo del contador DD7.1 a través del elemento DD13.4 y el paso de pulsos con una frecuencia de Se permiten 512 Hz a través del elemento DD4.4. El resultado es un conteo (enumeración de direcciones) con una frecuencia de 512 Hz. Al presionar nuevamente el botón SB4, el gatillo DD8.2 vuelve a su estado original de cero lógico. En el encendido inicial, el circuito C8R13 establece ambos activadores DD11 en un estado cero lógico. Los botones SB1, SB6 tienen un dispositivo de protección contra rebote de contacto realizado en los elementos DD1.1, DD1.2, DD15.1, DD15.2. El circuito DD1.5, C15, R18, DD1.6 acorta un pulso largo de un minuto desde el pin. 10 fichas DD12. De lo contrario, este pulso durante varias decenas de segundos en cada minuto prohibiría configurar el estado del contador DD7.1 con el botón SB1. En la fig. 3 muestra un diagrama esquemático del bloque de canales de la máquina programable. También se muestra un esquema de un dispositivo común a ambos canales, realizado sobre los elementos DD1, DD2, DD3.1, DD3.2, DD4.1, DD4.2, DD5.1, DD5.2, que genera señales que controlan la memoria. Ahora consideremos el funcionamiento del primer canal en el modo de grabación con conteo en tiempo real. Como se muestra en la fig. 3, el bit A15 se asigna desde el bus de direcciones AO - A12. La elección del chip RAM al que se accede depende de su estado. Supongamos que en este momento este bit está en un solo estado y el chip DD10 está seleccionado para el nivel bajo activo de la señal CE (pin 7 DD8, DD7). El chip DD8 en este caso está configurado para la salida en el tercer estado.
(haga clic para agrandar) Al cambiar la dirección en el bus de direcciones AO - A15 (en el borde del minuto o configurar el pulso proveniente de la unidad de conteo e indicación), el vibrador único DD1.1 genera un pulso de alto nivel, durante el cual el acceso al chip DD7 está prohibido para evitar la lectura de datos de la memoria en este momento. En los intervalos entre los pulsos generados por el chip DD1.1, la salida del chip DD7 (pin 7) se establece en un nivel lógico correspondiente al bit de datos leído en la dirección actual. Para escribir un bit de datos en la memoria en la dirección deseada, el usuario debe configurarlo en el bus usando los botones de control de la unidad de conteo e indicación. Luego, el interruptor SA3 debe seleccionar el nivel destinado a grabar: cero lógico o uno lógico. Si se selecciona uno, se registrará un evento en la memoria que ocurrirá a la hora establecida. Al escribir cero, puede, por ejemplo, borrar un evento previamente registrado en esta dirección. A continuación, debe presionar el botón "Grabar" de SB6 una vez (ver Fig. 2). A lo largo del frente del pulso, que se alimenta a través del circuito 2 al vibrador único DD1.2, este último generará pulsos de grabación en sus salidas (Fig. 4, a).
Desde la salida directa del microcircuito DD1.2 (pin 10), el pulso de escritura ingresa a la unidad para generar pulsos cortos a lo largo del frente y a lo largo de la caída del pulso de escritura, realizado en los elementos DD2.1, R3, C13, DD2.2 .2.3, DD1.2. Desde la salida inversa del chip DD9 (pin 5.1), el pulso de escritura ingresa al nodo de retardo en los elementos DD4, R14, C5.2, DD8 y luego al pin. 7 chips de memoria DD8, DD8. El tiempo de retardo se elige de tal manera que en los momentos de señal (pulso) cambia, la grabación en el pin. 7 del microcircuito DD10, el acceso al mismo estaba prohibido por quienes se acercaban a su pin. 10 pulsos cortos con pin. 2.3 chips DD537. Por lo tanto, se crean las condiciones necesarias para el correcto funcionamiento de los chips de RAM sincronizados KR2RU1 de acuerdo con el modo de pasaporte [10]. Después del final del segundo pulso corto con vyv. 2.3 microcircuitos DD7 en pin. 7 del chip DD4 se establece en un nivel lógico correspondiente al bit de datos recién escrito (Fig. XNUMX, a). Los bits A13 - A15 del contador del día de la semana (ver Fig. 2) no se envían a los chips de memoria, sino que se alimentan al decodificador DD14 como la dirección de la llave electrónica conmutada del chip. Las entradas de las llaves electrónicas DD14 (vyv. 14, 15, 12, 1, 5, 2, 4) y los interruptores SA7-SA13 corresponden a los días de la semana, de lunes a domingo. Si uno de los interruptores está cerrado en el día correspondiente de la semana, el nivel de alto voltaje presente al mismo tiempo en el pin. 3 chips DD14, permite el paso de un nivel lógico alto desde el pin. 7 RAM DD7, DD8 a través del chip DD4.3. Cuando los interruptores están abiertos, el nivel bajo en el pin. 3 chips DD14 prohíben el paso mencionado anteriormente. El circuito C18R12 genera un pulso de conmutación de activación de voltaje de alto nivel DD13.1 en el borde de la lectura de voltaje de alto nivel de la memoria. El usuario puede cambiar el estado del disparador en cualquier momento mediante el botón SB1, controlándolo por la presencia o ausencia del LED HL3. Si la programación se realiza con la carga conectada, entonces debe ser deshabilitada temporalmente por el interruptor SA6. Su estado es monitoreado por el brillo del LED HL4. Cada vez que llega un pulso de conmutación a la entrada C (pin 3) del disparador DD13.1, se escucha un pitido corto y agudo en el teléfono BF1, generado por un generador 3H en los elementos C17, R10, DD5.3, DD3.3. XNUMX. Antes de escribir programas en la memoria, es necesario borrarla, es decir, escribir ceros lógicos en todas las direcciones disponibles. La enumeración de direcciones durante la limpieza se realiza con una frecuencia relativamente baja de 512 Hz (Fig. 4,b), lo que permite visualmente (por la ausencia de parpadeo del LED HL2) y auditivamente (por la desaparición de la señal reproducida por el teléfono BF1) para controlar la ausencia de unidades lógicas en la memoria. Es aconsejable repetir el ciclo de limpieza (enumeración de todos los valores de tiempo) 2-3 veces. Solo toma unos segundos. El interruptor SA3 debe colocarse previamente en la posición "0". Si desea trabajar con la memoria de un solo canal sin afectar el contenido de la memoria de otro, entonces puede bloquear el acceso a este último moviendo el interruptor correspondiente SA1 o SA2 "Memory Lock" a la posición inferior según el diagrama. Durante el modo de limpieza, los activadores de estado de carga DD13.1 y DD13.2 en ambos canales se transfieren a un estado de cero lógico por un nivel alto en la entrada R (pin 4 y 10). El generador de sonido de alarma, hecho en el chip DD6, está conectado a la salida por la entrada de habilitación (pin 1 DD6). 3 microcircuitos DD11.1 del primero o al pin. 10 chips DD11.3 segundo canal. En el caso de lectura de la memoria de alto nivel en un momento dado, con el interruptor SA4 "Reloj Despertador" cerrado, sonará una señal intermitente durante un minuto. Un diagrama esquemático de los relés electrónicos y la fuente de alimentación de la máquina programable se muestra en la fig. 5. La parte digital de los relés electrónicos se basa en el dispositivo descrito en [3]. Los interruptores triac VS1, VS2 se utilizan como elementos de potencia de los relés electrónicos, cuya desventaja es la presencia de sobretensiones de conmutación y distorsión de la forma de corriente sinusoidal cuando se controlan cargas reactivas potentes. En el dispositivo propuesto, la carga se cambia en el momento en que el voltaje de la red de CA pasa por cero, por lo tanto, al cambiar cargas puramente activas, fue posible eliminar por completo las emisiones.
(haga clic para agrandar) Los diagramas de temporización que explican el funcionamiento de la unidad de relé electrónico se muestran en la fig. 6.
Una caída de voltaje positiva que llega a encender la carga en la entrada D del disparador (pin 5 DD2.1) en un momento arbitrario t1 se transferirá a la salida (pin 1 DD2.1) solo en el momento en que llega a su entrada C (pin 3 DD2.1 .1.2) un pulso corto que coincide en el tiempo con el paso por cero de la tensión de red. La presencia de un nodo de retardo de pulso corto en los elementos DD9, R7, C1.3, DD1 no es obligatoria y fundamental, sin embargo, permite hacer coincidir con precisión en el tiempo el borde de ataque del pulso que llega a la entrada C de el disparador con el momento en que el voltaje de la red pasa por cero (caída del voltaje pulsante en los pines 2, 1.1 del chip DDXNUMX). El uso de optoacopladores U1 - U4 permitió desacoplar completamente la unidad de relé electrónico y la parte digital de la máquina. La fuente de alimentación tiene dos estabilizadores integrales DA1 y DA2. El primero de ellos proporciona energía a la parte digital de la máquina. Su voltaje de entrada está respaldado por una batería GB1 con un circuito de encendido automático basado en diodos VD2, VD3. El segundo estabilizador se utiliza para alimentar optoacopladores, LED e indicadores de siete segmentos. El filtro de red C8L2L3C9 suprime sobretensiones e interferencias de tensión de red. No hay requisitos estrictos para la base del elemento del autómata. El autor utilizó resistencias OMLT indicadas en los diagramas de potencia, condensadores de óxido - K50-16, el resto - KM, KLS; botones SB1 - SB6 (ver Fig. 2) y SB1, SB2 (ver Fig. 3) - KM1-1; interruptores SA1, SA2 (ver fig. 3) - МТЗ, SA3, SA6, SA15 (ver fig. 3) y SA1 (ver fig. 2) - МТ1, SA4 (ver fig. 3), SA1(cm Fig. 5) - PK4-1, interruptores "Días de la semana" SA7 - SA13, SA16 - SA22 - Conjuntos de microinterruptores VDM1-8. El octavo interruptor del conjunto se utiliza como SA5, SA14 ("Sonido"). Cualquier indicador LED de siete segmentos con un cátodo común (es mejor usar los importados, por ejemplo, LTS547AP). Transistores KT315 con cualquier índice de letras, resonador de cuarzo BQ1 a una frecuencia de 32 Hz, cápsula telefónica BF768: cualquier resistencia de 1 ... 200 ohmios, por ejemplo, DH300F importado. Los triacs KU30G se pueden reemplazar por otros más potentes, por ejemplo, TS208-112-16-10, sin embargo, la distorsión de la forma de corriente sinusoidal al controlar cargas inductivas será más notable en este caso. Como relés electrónicos, se pueden usar "relés de estado sólido" integrales D7 o D2410 de IR, en los que el encendido se implementa con tensión de red cero y el apagado, con corriente cero a través de la carga [2475]. El transformador T1 debe proporcionar una tensión alterna de unos 8 V en el devanado secundario con una corriente de carga de 600 mA. Las bobinas de filtro L1 - L3 se enrollan en anillos (20x10x4 mm) hechos de ferrita M2000NM-1 con alambre MGTF 0,5 hasta que se llenan, y las bobinas L2, L3 se enrollan simultáneamente con dos alambres. El GB1 usa una batería de seis celdas de dedo. La corriente consumida por la parte digital del dispositivo de la batería, en ausencia de tensión de red, no supera los 35 mA. La máquina se coloca en una caja de dimensiones 265x200x100 mm. En su panel frontal hay controles e indicaciones, y en la parte posterior, enchufes para conectar la carga. Los triacs VS1, VS2 se instalan en disipadores de calor con un área de aproximadamente 150 cm2, y el estabilizador DA2 se instala en un disipador de calor con un área de 50 cm2. La unidad de conteo e indicación y la unidad de canal están montadas en tableros separados con dimensiones de 185x80 mm, los elementos de relés electrónicos (excepto triacs VS1, VS2) y fuente de alimentación (excepto condensadores C1 - C3, microcircuitos DA1, DA2, batería GB1 y el transformador T1) se colocan en un tablero común de dimensiones 170x80 mm. Los condensadores C3-C10 en la unidad de conteo e indicación y C2-C10 en la unidad de canal están soldados entre los terminales "común" y "más potencia" de los chips, contadores y disparadores de RAM. Con piezas reparables y una instalación adecuada, la parte digital de la máquina comienza a funcionar de inmediato. El establecimiento de una unidad de conteo y visualización se reduce a ajustar la frecuencia de un oscilador de cuarzo en un chip DD12 con un condensador C18. Al establecer un bloque de canales seleccionando las resistencias R10, R20, debe configurar el tono deseado de los generadores de sonido del canal y seleccionando un condensador C16, un generador de alarma. La duración deseada de los sonidos de alarma se selecciona mediante el condensador C15. Al establecer un bloque de relés electrónicos, la resistencia R8 debe seleccionarse de tal manera que los pulsos de bajo nivel en la entrada del disparador Schmitt DD1.1 (pin 1, 2) aseguren su conmutación estable. Al seleccionar la resistencia R9 en el circuito de retardo, es necesario hacer coincidir en el tiempo el frente del pulso en el pin. 10 microcircuitos DD1.3 con el punto inferior del pulso en el pin. 1, 2 microcircuitos DD1.1 (Fig. 6). Al comenzar a programar la máquina, se debe tener en cuenta lo siguiente. Si el programa contiene una cantidad suficientemente grande de eventos, se recomienda construir un diagrama de tiempo, en el que un nivel alto indica el estado de encendido de la carga, uno bajo está apagado y las caídas entre niveles son eventos. Habiendo establecido los momentos deseados de los eventos, uno debe escribir unidades en estas direcciones en la memoria, establecer la hora exacta actual en los indicadores, conectar la carga al dispositivo y establecer el estado inicial de la carga de acuerdo con el diagrama construido usando el botón "Configuración de estado". Al escribir y monitorear datos, no puede usar el botón "Configuración inicial", porque cuando hace clic en él, el estado del bus de direcciones cambia, pero no se logra la lectura correcta de la memoria en una nueva dirección. Analizando el funcionamiento de la máquina, es fácil ver que al excluir del número de direcciones suministradas a los chips RAM los bits del contador de unidades de minutos AO - A3 e incluyendo los bits del contador de días A13 - A15, usted puede obtener un dispositivo programado para una semana. Dado que, como resultado, el ancho de bits del bus de direcciones de RAM será uno menos, será posible funcionar con un chip de memoria por canal y también excluir los decodificadores DD14, DD15. El intervalo mínimo entre eventos en este caso será igual a diez minutos, y el número máximo de eventos en el programa semanal se reducirá a 144x7=1008. Literatura
Autor: P.Redkin, Ulyanovsk
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