プログラム可能な制御機。スキーム、説明

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プログラマブル制御マシン。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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日常生活や職場でさまざまな電気設備を制御するために、一定時間ごとにオンとオフを繰り返すことが必要になることがよくあります。このタスクは、通常、メモリ付きのデジタルタイマーの助けを借りて正常に解決されます。以下に公開された記事では、読者は、そのような目的のためのデバイスの変形の説明を提供されています。これは、独立して作成できます。

プログラム可能なマシンは、低電力および中電力 (最大 1 kW) のネットワーク電化製品を制御するように設計されています。日常生活では、たとえば、住宅地のチジェフスキーシャンデリアや電気ヒーターを制御するために使用できます。筆者はオートマトンを使用して、夜間に BBS と通信するコンピューターを制御しました。

マシンには、1 つの同一の独立したプログラム可能なチャネルがあり、それぞれが 7 つの負荷を制御します。デバイス自体の基本ユニットに基本的な変更を加えることなく、チャネル数を任意に増やすことができます。操作中は、リアルタイムがカウントされ、現在の値が時間と分、および曜日のシリアル番号 (XNUMX から XNUMX) で表示されます。

各チャネルの制御プログラムの最大期間は1440日ですが、必要に応じて、ユーザーは週のXNUMX日間のいずれかにメモリに記録された日次プログラムの実行を有効または無効にできます。 XNUMXつのイベント間のプログラム可能な最小間隔はXNUMX分です。ここでのイベントとは、制御された負荷のオンまたはオフの切り替えを指します。したがって、プログラム可能なイベントの最大数は、XNUMX日の分数、つまりXNUMXに等しくなります。いつでも、コントロールを使用して、負荷の現在の状態を変更できます。プログラミング前のメモリのクリア（ゼロ化）は、ユーザーのコマンドで両方のチャネルで一度に、またはそれぞれ別々にアドレスを自動的に列挙することによって実行されます。

プログラミング時には、メモリ内のデータのアドレスごとの書き込みとアドレスごとの消去の両方が可能です。マシンには、プログラムされた各イベントの発生時に音声信号を発することができるAFジェネレーターがあります。電源電圧がオフになると、デバイスのデジタル (低電圧) 部分がバックアップバッテリから電力を供給されるように自動的に切り替えられます。負荷を制御するトリガー。

オートマトンのブロック図を図1に示します。 1.カウントおよび表示ユニット、XNUMXつの同一チャネルユニット、電子リレー、および任意のチャネル（図ではチャネルXNUMXなど）に接続できるAFジェネレータで構成されています。

プログラム可能な制御機

カウントおよび表示ブロックでは、現在の時刻と曜日がカウントされ、それらの値がインジケーターに表示され、RAM チャネルのアドレスが形成されます。

コントロールユニットは、カウンターを目的の位置に設定し、チャンネルメモリで操作を実行します。シンクロナイザーは、パルスのカウントおよび制御シーケンスを生成します。ＲＡＭには、各チャンネルの負荷の状態を管理するプログラムが格納されている。ステータスノードは、RAM から読み取ったパルス信号を特定のロジックレベルの電圧に変換し、負荷に供給される電源電圧を切り替える電子リレーを制御します。

カウントおよび表示ユニットの概略図を図2に示します。 12. 電子時計です。パルスのカウントおよび制御シーケンス（シンクロナイザー）のソースの機能は、水晶発振器を含む特殊なクロックチップDD176（K18IE10）によって実行されます。次の信号は、その結論から取得されます。ピンから。 1 - 要素DD60、DD1.5、C1.6、R15および要素DD18、DD13.4、DD4.3の短縮回路を介して供給される分パルス（4.2/7.1 Hz）をカウントする分単位のカウンタの計数入力 DD4 .one; ピン付き。 1 - 11 番目のリズム LED HL1024 を示すために使用される 2.2 番目のパルス。ピン付き。 512 - 周波数が6 Hzのパルス。カウンターディバイダーを通過して2つのDD1になり、その後、周波数は4 Hzに低下します。ピン付き。 XNUMX - 周波数 XNUMX Hz のパルスで、読み取り値を設定するモードでインジケーター HGXNUMX - HGXNUMX の親しみやすさを確実に点滅させます。

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考慮中のブロックのカウント部分は、指定された変換係数を持つカウンターのシリアル接続と、1 セグメントインジケーター HG5 - HG15 によるそれらの状態の静的表示を備えた一般的なスキームに従って構築されます。アドレスバスＡ０～Ａ１５は、ビットのカウントに関与するマイクロ回路ＤＤ７、ＤＤ１０、ＤＤ１４から形成される。提案された回路ソリューションの特徴は、ユーザーが各カウンターの状態をすばやく変更できることです。これにより、プログラミング中にデータメモリへの書き込みが容易になります。

このブロックは、ボタン SB1 - 「インストール」、SB2 - 「親しみの検索」、SB3 - 「モード」によって制御されます。ピンの初期状態。 DD6デコーダの6には高論理レベルがあるため、そのすべての出力（ピン1、5、2、4、12、14、15、11）は低レベルになり、SB1ボタンからへの設定パルスの通過を禁止します要素ＤＤ４．１、ＤＤ５．４、ＤＤ９．３、ＤＤ１１．３を介してカウンタＤＤ７．１、ＤＤ７．２、ＤＤ１０．１、ＤＤ１０．２、およびデコーダＤＤ１６～ＤＤ１９の変換を可能にする。 SB7.1 ボタンを 7.2 回押すと、DD10.1 トリガーが単一の状態になり、出力の 10.2 つ (ピン 4.1、5.4、9.3、11.3) で高レベルが表示される DD16 デコーダースイッチの操作が可能になります。、およびもう一方（ピン19、3、8.1、6）-1 Hzの周波数のパルス。その結果、5 つの親密度空間 HG2 ～ H4 のいずれかが、指定された周波数で点滅を開始します。 SB12 ボタンを使用して、この使い慣れたカウンターの状態が変更されます (インジケーターの読み取り値)。特定の習熟度の「アクティビティ」は、ボタン SB14 を押した時点でのカウンター DD15 の状態に依存します。 SB11 ボタンを使用して、カウンター DD2 の状態を変更できます。このように、各習熟度の指標の読み取り値を順番に設定することで、必要な時間（アドレスバス上のアドレス）を非常に迅速に設定できます。

曜日カウンタの状態ＤＤ１４は、設定時に数十時間カウンタの状態ＤＤ１０．２を転送することで設定される。必要なインジケーターの読み取り値の設定を数分から開始し、曜日で終了する方が便利であることに注意してください。低い親しみやすさで値を設定します。ボタン SB14「初期設定」は、基準時刻ソースに従って正確に (秒単位まで) 時計を設定するように設計されています。このボタンを押すと、DD10.2 マイクロ回路の秒単位の内部カウンターと、DD5、DD12 マイクロ回路の単位と数十分のカウンターがリセットされます。

アドレス信号 AO ～ A15 に加えて、さらにいくつかの制御信号がカウントおよび表示ユニットから取り除かれます: ピンから。 4個のマイクロ回路DD3.2（回路1） - 短い分パルス、SB1ボタンからのパルスの設定。ピン付き。 6個のマイクロ回路DD15.3（回路2） - SB6の「録音」ボタンからのパルス、および512 Hzの周波数のパルス（メモリクリアモード）。ピン付き。 13個のマイクロ回路DD8（回路3） - 静的信号で、その高レベルはメモリクリーニングモードの実装を保証します。

メモリークリーニングモードは、SA4 クリーニングロック解除スイッチの接点が閉じている場合に、SB1 の「クリア」ボタンを 8.2 回押すことによって設定されます。このモードでは、トリガーDD1が論理7.1の状態になり、要素DD13.4を介したカウンターDD512のカウント入力への微小パルスの通過が禁止され、周波数のパルスの通過が禁止されます要素 DD4.4 を介して 512 Hz が許可されます。結果は、周波数 4 Hz のカウント (アドレスの列挙) です。 SB8.2 ボタンをもう一度押すと、トリガー DD8 が論理ゼロの元の状態に戻ります。最初の電源投入時に、両方のトリガー DD13 が C11RXNUMX 回路によって論理ゼロ状態に設定されます。

ボタン SB1、SB6 には、要素 DD1.1、DD1.2、DD15.1、DD15.2 で作成された接触バウンス保護デバイスがあります。回路 DD1.5、C15、R18、DD1.6 は、ピンからの長い微小パルスを短くします。 10 DD12 チップ。そうしないと、毎分数十秒間のこのパルスにより、SB7.1 ボタンでカウンター DD1 の状態を設定できなくなります。

図上。図３は、プログラマブルマシンのチャネルのブロックの概略図を示す。また、要素 DD3、DD1、DD2、DD3.1、DD3.2、DD4.1、DD4.2、DD5.1 で作成された、両方のチャネルに共通のデバイスの図も示しています。想い出。

ここで、リアルタイムカウントを使用した記録モードでの最初のチャネルの動作を考えてみましょう。図に示すように。図３において、ビットＡ１２はアドレスバスＡ０～Ａ１５から割り当てられる。アクセスする RAM チップの選択は、その状態によって異なります。現時点では、このビットが単一の状態にあり、DD3 チップが CE 信号 (ピン 15 DD12、DD10) のアクティブローレベルに選択されていると仮定します。この場合のチップ DD7 は、第 8 の状態で出力に設定されます。

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アドレスバス AO - A15 のアドレスを変更すると (分または計数表示ユニットからの設定パルスのエッジで)、DD1.1 シングルバイブレータが高レベルのパルスを生成し、その間に DD7 チップへのアクセスが行われます。この時点でメモリからデータを読み取らないようにするために、これは禁止されています。 DD1.1 チップによって生成されたパルス間の間隔で、DD7 チップの出力 (ピン 7) は、現在のアドレスで読み取られたデータビットに対応する論理レベルに設定されます。

データビットをメモリの目的のアドレスに書き込むには、カウントおよび表示ユニットのコントロールボタンを使用してバス上にデータビットを設定する必要があります。次に、スイッチ SA3 は、記録用のレベル (論理 6 または論理 2) を選択する必要があります。いずれかを選択すると、設定した時刻に発生するイベントがメモリに記録されます。ゼロを書き込むと、たとえば、このアドレスに以前に記録されたイベントを消去できます。次に、SB2 の「録音」ボタンを 1.2 回押す必要があります (図 4 を参照)。回路XNUMXを介して単一のバイブレータDDXNUMXに供給されるパルスの前部に沿って、後者はその出力で記録パルスを生成します（図XNUMX、a）。

プログラム可能な制御機

DD1.2マイクロ回路の直接出力（ピン10）から、書き込みパルスはユニットに入り、要素DD2.1、R3、C13、DD2.2で作成された書き込みパルスの前部と立ち下がりに沿って短いパルスを生成します。 .2.3、DD1.2。 DD9チップの逆出力（ピン5.1）から、書き込みパルスはエレメントDD4、R14、C5.2、DD8の遅延ノードに入り、次にピンに到達します。 7つのメモリチップDD8、DD8。遅延時間は、信号（パルス）が変化した瞬間にピンに記録されるように選択されます。 DD7マイクロサーキットの10、それへのアクセスはそのピンに来る人々によって禁止されました。ピン付きの10個の短いパルス。 2.3個のDD537チップ。したがって、パスポートモード[2]に従って、クロック付きRAMチップKR1RU10が正しく動作するために必要な条件が作成されます。 vyvによる2.3番目の短いパルスの終了後。ピン上の7マイクロ回路DD7。 DD4チップのXNUMXは、書き込まれたばかりのデータビットに対応する論理レベルに設定されます（図XNUMX、a）。

曜日カウンタのビットＡ１３～Ａ１５（図２参照）はメモリチップには送られず、チップの交換電子鍵のアドレスとしてデコーダＤＤ１４に送られる。電子キー DD13 (vyv. 15、2、14、14、14、15、12) とスイッチ SA1 ～ SA5 の入力は、月曜日から日曜日までの曜日に対応します。スイッチの 2 つが対応する曜日に閉じられている場合、ピンには同時に高電圧レベルが存在します。 4 個の DD7 チップにより、ピンからハイロジックレベルを通過させることができます。 13 RAM DD3、DD14 チップ経由の DD7。スイッチが開いている場合、ピンのローレベル。 7 DD8 チップは、上記の通過を禁止します。 C4.3R3 回路は、メモリから読み出された高レベル電圧のエッジで、負荷状態トリガ DD14 のスイッチングパルスを生成します。ユーザーは SB18 ボタンを使用していつでもトリガーの状態を変更でき、HL12 LED の有無によって制御します。負荷を接続した状態でプログラミングを行う場合は、スイッチ SA13.1 で一時的に無効にする必要があります。そのステータスは、HL1 LED の点灯によって監視されます。スイッチングパルスが DD3 トリガーの入力 C (ピン 6) に到達すると、エレメント C4、R3、DD13.1、DD1 の 3H ジェネレーターによって生成された短い高音のビープ音が BF17 電話で聞こえます。 10.

プログラムをメモリに書き込む前に、それをクリアする必要があります。つまり、使用可能なすべてのアドレスに論理ゼロを書き込みます。クリーニング中のアドレスの列挙は、512 Hz の比較的低い周波数 (図 4、b) で実行されます。これにより、視覚的に (HL2 LED の点滅がないことによって)、聴覚的に (によって再生される信号の消失によって) 可能になります。 BF1 phone) を使用して、メモリ内の論理ユニットの不在を制御します。クリーニングサイクル (すべての時間値の列挙) を 2 ～ 3 回繰り返すことをお勧めします。数秒しかかかりません。スイッチ SA3 は、事前に位置「0」に設定する必要があります。別のチャンネルのメモリの内容に影響を与えることなく、1 つのチャンネルのみのメモリで作業したい場合は、対応するスイッチ SA2 または SA13.1 の「メモリロック」を下の位置に移動することで、後者へのアクセスをブロックできます。図。洗浄モード中、両方のチャネルの負荷状態トリガー DD13.2 および DD4 は、R 入力 (ピン 10 および 6) の高レベルによって論理ゼロ状態に転送されます。 DD1 チップで作成されたアラームサウンドジェネレータは、イネーブル入力 (ピン 6 DD3) によって出力に接続されます。最初のまたはピンへの11.1つのマイクロ回路DD10。 11.3 チップ DD4 セカンドチャンネル。特定の時刻に上位メモリから読み取る場合、SAXNUMX「目覚まし時計」スイッチを閉じた状態で、断続的な信号が XNUMX 分間鳴ります。

電子リレーとプログラマブルマシンの電源の概略図を図5に示します。 3. 電子リレーのデジタル部分は、[1] で説明されているデバイスに基づいています。トライアックスイッチ VS2、VSXNUMX は、電子リレーの電力要素として使用されます。その欠点は、強力なリアクティブ負荷を制御する際の正弦波電流形状のスイッチングサージと歪みの存在です。提案されたデバイスでは、AC主電源電圧がゼロを通過する瞬間に負荷が切り替えられるため、純粋にアクティブな負荷を切り替えると、エミッションを完全に取り除くことができました。

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電子リレーユニットの動作を説明するタイミングチャートを図6に示します。 XNUMX.

プログラム可能な制御機

任意の時点 t5 でトリガーの入力 D (ピン 2.1 DD1) で負荷をオンにする正の電圧降下は、入力に到達した瞬間にのみ出力 (ピン 1 DD2.1) に転送されます。 C (ピン 3 DD2.1 .1.2) 電源電圧のゼロ交差と一致する短いパルス。要素DD9、R7、C1.3、DD1に短いパルス遅延ノードが存在することは必須ではなく、基本的なことではありませんが、入力Cに到着するパルスの立ち上がりエッジを正確に一致させることができます主電源電圧がゼロを通過する瞬間のトリガー（DD2チップのピン1.1、XNUMXの脈動電圧の低下）。

オプトカプラ U1 ～ U4 を使用することで、電子リレーユニットと機械のデジタル部分を完全に切り離すことができました。

電源には 1 つの一体型スタビライザー DA2 と DA1 があります。それらの最初のものは、マシンのデジタル部分に電力を供給します。その入力電圧は、ダイオード VD2、VD3 に基づく自動ターンオン回路を備えた GB8 バッテリーによってバックアップされます。 2 番目のスタビライザーは、オプトカプラー、LED、および 3 セグメントインジケーターに電力を供給するために使用されます。ラインフィルタ C9LXNUMXLXNUMXCXNUMX は、サージと電源電圧の干渉を抑制します。

オートマトンの要素ベースに厳密な要件はありません。

著者は、電力図に示されているOMLT抵抗、酸化物コンデンサ-K50-16、残り-KM、KLSを使用しました。ボタン SB1 - SB6 (図 2 を参照) および SB1、SB2 (図 3 を参照) - KM1-1; スイッチ SA1、SA2 (図 3 を参照) - МТЗ、SA3、SA6、SA15 (図 3 を参照) および SA1 (図 2 を参照) - МТ1、SA4 (図 3 を参照)、SA1(cm 図 5) - PK4-1、スイッチ「曜日」SA7 - SA13、SA16 - SA22 - マイクロスイッチ VDM1-8 のアセンブリ。アセンブリの 5 番目のスイッチは、SA14、SA547 (「サウンド」) として使用されます。カソードが共通の 315 セグメント LED インジケータ (LTS1AP などの輸入品を使用することをお勧めします)。任意の文字インデックスを持つ KT32 トランジスタ、周波数 768 Hz の BQ1 水晶振動子、BF200 電話カプセル - 300 ... 30 オームの任意の抵抗、たとえば輸入 DH208F。トライアック KU112G は、TS16-10-7-2410 などのより強力なものに置き換えることができますが、この場合、誘導負荷を制御するときの正弦波電流形状の歪みがより顕著になります。電子リレーとして、IR の一体型「ソリッドステートリレー」D2475 または D4 を使用できます。この場合、電源電圧がゼロでオンになり、負荷を流れる電流がゼロでオフになります [XNUMX]。

トランスT1は、8mAの負荷電流で600次巻線に約1Vの交流電圧を供給する必要があります。フィルターコイルL3〜L20は、M10NM-4フェライト製のリング（2000x1x0,5 mm）にMGTF 2線で充填されるまで巻かれ、コイルL3、LXNUMXはXNUMX本の線で同時に巻かれます。

GB1は35本のフィンガーセルのバッテリーを使用します。主電源電圧がない場合に、デバイスのデジタル部分がバッテリーから消費する電流は、XNUMXmAを超えません。

機械は、寸法が 265x200x100 mm のケースに収納されています。前面パネルにはコントロールと表示があり、背面には負荷を接続するためのソケットがあります。トライアック VS1、VS2 は約 150 cm2 の面積のヒートシンクに取り付けられ、スタビライザー DA2 は 50 cm2 の面積のヒートシンクに取り付けられます。

カウントおよび表示ユニットとチャネルユニットは、寸法が185x80 mmの個別のボード、電子リレーの要素（トライアックVS1、VS2を除く）および電源（コンデンサC1〜C3、マイクロ回路DA1、DA2、バッテリーを除く）に取り付けられていますGB1 と変圧器 T1) は、共通の基板寸法 170x80 mm に配置されます。カウントおよび表示ユニットのコンデンサC3-C10とチャネルユニットのC2-C10は、RAMチップ、カウンター、およびトリガーの「共通」端子と「プラス電源」端子の間にはんだ付けされています。

修理可能な部品と適切な設置により、マシンのデジタル部分はすぐに機能し始めます。カウントおよび表示ユニットを確立することは、コンデンサ C12 を使用して DD18 チップ上の水晶発振器の周波数を調整することになります。抵抗R10、R20を選択してチャネルのブロックを確立するときは、チャネルサウンドジェネレータの目的のトーンを設定し、コンデンサC16（目覚ましクロックジェネレータ）を選択する必要があります。アラーム音の希望の持続時間は、コンデンサ C15 によって選択されます。電子リレーのブロックを確立する場合、シュミットトリガー DD8 (ピン 1.1、1) の入力での低レベルパルスが安定したスイッチングを保証するように、抵抗 R2 を選択する必要があります。遅延回路で抵抗R9を選択することにより、ピンのパルスの前部を時間的に一致させる必要があります。ピンにパルスの下限がある10個のマイクロ回路DD1.3。 1、2個のマイクロ回路DD1.1（図6）。

マシンのプログラミングを開始するときは、次のことを考慮する必要があります。プログラムに十分な数のイベントが含まれている場合は、タイミングダイアグラムを作成することをお勧めします。ハイレベルは負荷のオン状態を示し、ローレベルはオフであり、レベル間のドロップはイベントです。イベントの目的の瞬間を設定したら、メモリ内のこれらのアドレスに単位を書き留め、現在の正確な時間をインジケーターに設定し、負荷をデバイスに接続し、構築された図に従って負荷の初期状態を設定する必要があります。「状態設定」ボタン。

データの書き込みと監視を行う場合、[初期設定] ボタンをクリックするとアドレスバスの状態が変化するため、[初期設定] ボタンは使用できませんが、新しいアドレスでのメモリからの正しい読み取りは行われません。

マシンの動作を分析すると、RAM チップに供給されるアドレスの数から分単位のカウンターのビット AO ～ A3 を除外し、日カウンターのビット A13 ～ A15 を含めることで、デバイスを 14 週間プログラムできます。その結果、RAM アドレスバスのビット幅が 15 つ少なくなるため、144 チャネルあたり 7 つのメモリチップで済み、デコーダ DD1008、DDXNUMX を除外することもできます。この場合、イベント間の最小間隔は XNUMX 分になり、毎週のプログラムのイベントの最大数は XNUMXxXNUMX=XNUMX に減少します。

文学

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Horowitz P.、Hill W.回路の芸術。 - M.: ミール、1993年。

著者: P.レドキン、ウリヤノフスク

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