时间继电器在工控中的应用(05-100)

　　引言

　　时间继电器隶属低压电器范畴,如按分类应归入低压电器机电式控制电器类,是自动控制系统中常用的一种机床电器。就其发展史可追溯到70年代,由原传统的电动式时间继电器或用RC充电电路以及单结晶体管所完成的延时触发时间控制电路,至今已发展到广泛使用通用的CMOS集成电路以及用专用延时集成芯片组成的多延时功能(通电延时、接通延时、断电延时、断开延时、往复延时、间隔定时等)、多设定方式(电位器设定、数字拨码开关、按键等)、多时基选择(0.01s、1s、1m、1h等)、多工作模式、LED显示的时间继电器。由于其具有延时精度高、延时范围广、在延时过程中延时显示直观等诸多优点,是传统时间继电器所不能比拟的,故在现今自动控制领域里已基本取代传统的时间继电器。

　　国内虽然时间控制器起步较晚,但在时间继电器领域也有了长足的发展,近几年随着我国电子技术的不断发展和国内专用时间继电器芯片的大量研发及应用,在很大程度上使国内的时间继电器无论外观以及产品性能上都有较大的发展。尤其在专用芯片的基础上又采用了芯片掩膜技术,将继电器的核心部分掩膜在印制电路板上,使时间继电器从LED数码显示改为LCD液晶显示,再加上普遍采用SMD贴片电子元器件,使产品外观体积更趋小型化,产品性能更加稳定,用户在使用时可通过面板外设的拨码或功能按键进行时间或控制方式的预置,从具体使用上有些产品基本上可与国外产品进行等同互换。

　　典型时间继电器线路

　　该延时电路的核心IC是由14位二进制串行计数器/分频器构成,IC内部由振荡器和14级分频器组成,振荡器部分可由电阻Rt和电容Cr构成振荡器,产生固定的振荡频率,主振产生的矩形波可进入14级分频器,并通过10个输出端得到不同的分频系数(分频最小可得到16分频Q4,最大可得到16384分频Q14),便可得到所需的定时控制。待分频延时到达后,输出端的高电平使驱动电路三极管导通工作,从而使执行继电器工作,相应的延时触点对所需外围线路进行定时控制,IC振荡也随输出的高电平经V6使之停振。发光管V1也随继电器同时工作,起到延时到达指示。

　　图1 通用CMOS电路构成的电路

　　集成的公共清零端Cr在电路上电的同时由C4、R3组成的 微分电路上产生瞬间尖脉冲,使计数器的输出端复位清零,并同时使振荡停振。待上电瞬间结束后,振荡器开始振荡工作,电路即进入分频延时工作状态。

　　振荡频率f 与RC有以下近似关系f=1/2.2Rt·Cr(Vdd=10V)。如考虑振荡器的稳定性,减少由于器件参数的差异而引起的振荡周期的变化Rs>Rt(Rs=10Rt时,振荡周期基本上不随Vdd的变化而变化)为保证振荡能可靠起振。在选择Rt与Ct时应注意其条件,Rt>1KΩ,Cr>1000pf,否则很难保证振荡电路可靠起振。

　　在实际使用的时间继电器,往往需要控制时间连续可调,为保证时间可调,则振荡回路Rt可选择线性较好X型可调电位器。延时电容可选择稳定性好的CBB聚丙烯电容,时间继电器标牌延时刻度可根据所选择的可调电位器机械行程的偏转角度来定,从而使设定时间值(标牌刻度示值)与实际延时值相吻合,以减少设定误差。

　　譬如要设置10s,可将Rt选择1MΩ可调电位器,Ct可选择104 pF,输出分频端从Q10引出,则最大延时值为11S,因集成是在时钟脉冲下降沿的作用下作增量计数,则最大延时时间Tmax=2 n-1 · t= 2 10-1 ·2·2· RtCt= 2 9 ·2·2· 106×104×10-12 =11s。

　　该专用芯片采用CMOS工艺,具有微功耗,抗干扰能力强(内部采用硬件编程),外配石英振荡器,多种时基选择,具有通电延时和间隔定时两种工作模式。4位延时设定,具有BCD码输出,可配译码器LED数码管驱动显示延时时间。具有延时精度高、显示直观、延时设定方便等优点。现有逐步替代常规的CMOS计时分频集成电路的趋势。