時間繼電器在工控中的應用(05-100)

　　引言

　　時間繼電器隸屬低壓電器范疇,如按分類應歸入低壓電器機電式控制電器類,是自動控制系統中常用的一種機床電器。就其發展史可追溯到70年代,由原傳統的電動式時間繼電器或用RC充電電路以及單結晶體管所完成的延時觸發時間控制電路,至今已發展到廣泛使用通用的CMOS集成電路以及用專用延時集成芯片組成的多延時功能(通電延時、接通延時、斷電延時、斷開延時、往復延時、間隔定時等)、多設定方式(電位器設定、數字撥碼開關、按鍵等)、多時基選擇(0.01s、1s、1m、1h等)、多工作模式、LED顯示的時間繼電器。由于其具有延時精度高、延時范圍廣、在延時過程中延時顯示直觀等諸多優點,是傳統時間繼電器所不能比擬的,故在現今自動控制領域里已基本取代傳統的時間繼電器。

　　國內雖然時間控制器起步較晚,但在時間繼電器領域也有了長足的發展,近幾年隨著我國電子技術的不斷發展和國內專用時間繼電器芯片的大量研發及應用,在很大程度上使國內的時間繼電器無論外觀以及產品性能上都有較大的發展。尤其在專用芯片的基礎上又采用了芯片掩膜技術,將繼電器的核心部分掩膜在印制電路板上,使時間繼電器從LED數碼顯示改為LCD液晶顯示,再加上普遍采用SMD貼片電子元器件,使產品外觀體積更趨小型化,產品性能更加穩定,用戶在使用時可通過面板外設的撥碼或功能按鍵進行時間或控制方式的預置,從具體使用上有些產品基本上可與國外產品進行等同互換。

　　典型時間繼電器線路

　　該延時電路的核心IC是由14位二進制串行計數器/分頻器構成,IC內部由振蕩器和14級分頻器組成,振蕩器部分可由電阻Rt和電容Cr構成振蕩器,產生固定的振蕩頻率,主振產生的矩形波可進入14級分頻器,并通過10個輸出端得到不同的分頻系數(分頻最小可得到16分頻Q4,最大可得到16384分頻Q14),便可得到所需的定時控制。待分頻延時到達后,輸出端的高電平使驅動電路三極管導通工作,從而使執行繼電器工作,相應的延時觸點對所需外圍線路進行定時控制,IC振蕩也隨輸出的高電平經V6使之停振。發光管V1也隨繼電器同時工作,起到延時到達指示。

 

　　圖1 通用CMOS電路構成的電路

　　集成的公共清零端Cr在電路上電的同時由C4、R3組成的 微分電路上產生瞬間尖脈沖,使計數器的輸出端復位清零,并同時使振蕩停振。待上電瞬間結束后,振蕩器開始振蕩工作,電路即進入分頻延時工作狀態。

　　振蕩頻率f 與RC有以下近似關系f=1/2.2Rt·Cr(Vdd=10V)。如考慮振蕩器的穩定性,減少由于器件參數的差異而引起的振蕩周期的變化Rs>Rt(Rs=10Rt時,振蕩周期基本上不隨Vdd的變化而變化)為保證振蕩能可靠起振。在選擇Rt與Ct時應注意其條件,Rt>1KΩ,Cr>1000pf,否則很難保證振蕩電路可靠起振。

　　在實際使用的時間繼電器,往往需要控制時間連續可調,為保證時間可調,則振蕩回路Rt可選擇線性較好X型可調電位器。延時電容可選擇穩定性好的CBB聚丙烯電容,時間繼電器標牌延時刻度可根據所選擇的可調電位器機械行程的偏轉角度來定,從而使設定時間值(標牌刻度示值)與實際延時值相吻合,以減少設定誤差。

　　譬如要設置10s,可將Rt選擇1MΩ可調電位器,Ct可選擇104 pF,輸出分頻端從Q10引出,則最大延時值為11S,因集成是在時鐘脈沖下降沿的作用下作增量計數,則最大延時時間Tmax=2 n-1 · t= 2 10-1 ·2·2· RtCt= 2 9 ·2·2· 106×104×10-12 =11s。

　　該專用芯片采用CMOS工藝,具有微功耗,抗干擾能力強(內部采用硬件編程),外配石英振蕩器,多種時基選擇,具有通電延時和間隔定時兩種工作模式。4位延時設定,具有BCD碼輸出,可配譯碼器LED數碼管驅動顯示延時時間。具有延時精度高、顯示直觀、延時設定方便等優點?，F有逐步替代常規的CMOS計時分頻集成電路的趨勢。