Кнопочный выключатель сети с гальванической развязкой

Электронный проходной выключатель

Коридорный выключатель очень хорошо знаком электрикам старшего поколения. Сейчас подобное устройство несколько забыто, поэтому придется вкратце рассказать об алгоритме его действия.

Представьте, что Вы выходите из комнаты в коридор, в котором нет окон. Около двери щелкаете выключателем, и в коридоре загорается свет. Этот выключатель условно назовем первым.

Дойдя до противоположного конца коридора, перед выходом на улицу Вы гасите свет вторым выключателем, расположенным около выходной двери. Если в комнате еще кто-то остался, то он также может при выходе включить свет первым выключателем, и с помощью второго выключить. При заходе в коридор с улицы свет включается вторым выключателем, а уже в комнате выключается первым.

Хотя все устройство в целом называется выключателем, для его изготовления потребуются два переключателя с перекидным контактом. Обычные выключатели здесь не подойдут. Схема такого коридорного выключателя показана на рисунке 1.

Рисунок 1. Коридорный выключатель с двумя переключателями.

Как видно из рисунка схема достаточно проста. Лампочка будет светить в том случае, если оба переключателя S1 и S2 замкнуты на один и тот же провод, или верхний, или нижний, как показано на схеме. В противном случае лампа погашена.

Для управления одним источником света из трех мест, не обязательно одной лампочкой, это может быть несколько светильников под потолком, схема уже другая. Она показана на рисунке 2.

Рисунок 2. Коридорный выключатель с тремя переключателями.

По сравнению с первой схемой, эта схема несколько сложнее. В ней появился новый элемент – переключатель S3, который содержит две группы переключающих контактов. В положении контактов, указанном на схеме, лампа включена, хотя обычно указывается положение, при котором потребитель выключен. Но при таком начертании, легче проследить путь тока через выключатели. Если теперь любой из них перевести в положение противоположное указанному на схеме, то лампа выключится.

Чтобы проследить путь тока при других вариантах положения переключателей, достаточно просто поводить по схеме пальцем и мысленно перевести их во все возможные положения.

Обычно такой способ позволяет разобраться и с более сложными схемами. Поэтому длинного и скучного описания работы схемы здесь не приводится.

Такая схема позволяет управлять освещением из трех мест. Она может найти применение в коридоре, в который выходят две двери. Конечно, можно возразить, что в этом случае проще поставить современный датчик движения, который даже следит за тем, день сейчас или ночь. Поэтому днем освещение включаться не будет. Но в некоторых случаях такая автоматика просто не поможет.

Представьте себе, что такой тройной выключатель установлен в комнате. Одна клавиша расположена у входной двери, другая над письменным столом, а третья около кровати. Ведь автоматика может включить свет, когда вы просто во сне перевернетесь с боку на бок. Можно найти еще немало условий, где необходима именно схема без автоматики. Такие выключатели называют также проходными, а не только коридорными.

Теоретически такой проходной выключатель можно сделать и с большим количеством переключателей, но это значительно усложнит схему, потребуются переключатели все с большим количеством контактных групп. Уже даже всего пять переключателей сделают схему неудобной для монтажа и просто понимания принципов ее работы.

А если такой выключатель потребуется для коридора, в который выходит десять, а то и двадцать комнат? Ситуация достаточно реальная. Таких коридоров достаточно в провинциальных гостиницах, студенческих и заводских общежитиях. Как же быть в этом случае?

Вот тут на помощь придет электроника. Ведь как работает такой проходной выключатель? На одну клавишу нажали – свет включился, и горит до тех пор, пока не нажали на другую. Такой алгоритм работы напоминает работу электронного устройства – триггера. Более подробно о различных триггерах можно почитать в цикле статей «Логические микросхемы. Часть 8».

Если просто стоять и нажимать на одну и ту же клавишу, то лампочка будет поочередно включаться и гаснуть. Такой режим похож на работу триггера в счетном режиме – с приходом каждого управляющего импульса состояние триггера меняется на противоположное.

При этом в первую очередь следует обратить внимание на то, что при использовании триггера клавиши не должны иметь фиксации: достаточно просто кнопок, наподобие звонковых. Для подсоединения такой кнопки потребуется всего два провода, причем не очень даже и толстых.

А если параллельно одной кнопке подключить еще одну, то получится проходной выключатель с двумя кнопками. Ничего не меняя в принципиальной схеме, можно подключить пять, десять и более кнопок. Схема с использованием триггера К561ТМ2 показана на рисунке 3.

Рисунок 3. Проходной выключатель на триггере К561ТМ2.

Триггер включен в счетном режиме. Для этого его инверсный выход подключен к входу D. Это стандартное включение, при котором каждый входной импульс по входу C изменяет состояние триггера на противоположное.

Входные импульсы получаются при нажатии кнопок S1…Sn. Цепочка R2C2 предназначена подавления дребезга контактов, и формирования одиночного импульса. При нажатии на кнопку происходит заряд конденсатора C2. При отпускании кнопки конденсатор разряжается через C – вход триггера, формируя входной импульс. Таким образом обеспечивается четкая работа всего переключателя в целом.

Цепочка R1C1, подключенная к входу R триггера обеспечивает сброс при начальном включении питания. Если этого сброса не требуется, то R – вход следует просто подключить к общему проводу питания. Если его оставить просто «в воздухе», то триггер воспримет это как высокий уровень и будет все время находиться в нулевом состоянии. Поскольку RS – входы триггера являются приоритетными, подача импульсов на вход C состояния триггера менять не сможет, вся схема окажется заторможенной, неработоспособной.

К прямому выходу триггера подключается выходной каскад, управляющий нагрузкой. Самый простой и надежный вариант это реле и транзистор, как показано на схеме. Параллельно катушке реле подключен диод D1, назначение которого уберечь выходной транзистор от напряжения самоиндукции при выключении реле Rel1.

Микросхема К561ТМ2 в одном корпусе содержит два триггера, один из которых не используется. Поэтому входные контакты незадействованного триггера следует соединить с общим проводом. Это контакты 8, 9, 10 и 11. Такое подключение предотвратит выход микросхемы из строя под воздействием статического электричества. Для микросхем структуры КМОП такое соединение всегда обязательно. Питающее напряжение +12В следует подать на 14 вывод микросхемы, а 7 вывод соединить с общим проводом питания.

В качестве транзистора VT1 можно применить КТ815Г, диод D1 типа 1N4007. Реле малогабаритное с катушкой на 12В. Рабочий ток контактов выбирается в зависимости от мощности светильника, хотя может быть и любая другая нагрузка. Здесь лучше всего использовать импортные реле типа TIANBO или им подобные.

Источник питания показан на рисунке 4.

Рисунок 4. Источник питания.

Источник питания выполнен по трансформаторной схеме с использованием интегрального стабилизатора 7812, обеспечивающего на выходе постоянное напряжение 12В. В качестве сетевого трансформатора используется трансформатор мощностью не более 5…10 Вт с напряжением вторичной обмотки 14…17В. Диодный мост Br1 можно применить типа КЦ407, либо собрать из диодов 1N4007, которые в настоящее время очень распространены.

Электролитические конденсаторы импортные типа JAMICON или подобные. Их теперь также проще купить, чем детали отечественного производства. Хотя стабилизатор 7812 имеет встроенную защиту от коротких замыканий, но все равно перед включением устройства следует убедиться в правильности монтажа. Это правило забывать не следует никогда.

Источник питания, выполненный по указанной схеме, обеспечивает гальваническую развязку от осветительной сети, что позволяет применять данное устройство в сырых помещениях, таких как погреба и подвалы. Если такого требования не предъявляется, то источник питания можно собрать по бестрансформаторной схеме, подобно той, которая показана на рисунке 5.

Рисунок 5. Бестрансформаторный источник питания.

Такая схема позволяет отказаться от использования трансформатора, что в ряде случаев достаточно удобно и практично. Правда кнопки, да и вся конструкция в целом, будут иметь гальваническую связь с осветительной сетью. Об этом не следует забывать, и соблюдать правила техники безопасности.

Выпрямленное сетевое напряжение через балластный резистор R3 подается на стабилитрон VD1 и ограничивается на уровне 12В. Пульсации напряжения сглаживаются электролитическим конденсатором C1. Нагрузка включается транзистором VT1. При этом резистор R4 подключается к прямому выходу триггера (вывод 1), как показано на рисунке 3.

Собранная из исправных деталей схема не требует налаживания, начинает работать сразу.

Сумеречные выключатели освещения с гальванической развязкой (220В)

Принципиальные схемы сумеречных выключателей для управление ночным освещением. В простейшем случае это фотореле, включающее уличный или садовый фонарь снаступлением темноты, чуть сложнее -устройство с таймером, ограничивающим продолжительность ночного освещения (чтобы свет не горел всю ночь, а только вечером). Сейчас в продаже есть много таких устройств, особенно первого типа. Но, на мой взгляд, практически всем им свойственен существенный недостаток -наличие гальванической связи с электросетью, а это может привести к поражению электрическим током.

Первая схема

На рисунке 1 показана схема простого сумеречного выключателя, включающего уличный или садовый фонарь с наступлением темноты, и выключающий его на рассвете.

Светочувствительным элементом здесь является фотодиод FD1 типа ФД263, включенный по схеме фоторезистора, это когда он включен в обратном направлении по току, и его обратное сопротивление находится в обратной зависимости от уровня естественного света. Вместе с резистором R1 он образует делитель напряжения.

Рис.1. Принципиальная схема сумеречного выключателя освещения на микросхеме К561ЛЕ5.

Работает прибор следующим образом. Ночью, при низкой естественной освещен ности сопротивление фотодиода ED1, включенного как фоторезистор, высоко. Поэтому на соединенных вместе входах элемента D1.1 микросхемы D1 имеется напряжение, соответствующее логическому нулю.

Триггер Шмитта 01.1-01.2 находится в нулевом положении, и на выходе элемента D1.3 логическая единица, которая через резистор R3 поступает на транзисторный ключ VT1, в коллекторной цепи которого включено оптореле К1. Транзистор VT1 открывается и появляется ток через светодиод оптореле К1, которое открывается и включает лампу освещения, подключенную к розетке Х2.

Днем освещенность выше, поэтому сопротивление фотодиода FD1 низко. На соединенные вместе входы элемента поступает напряжение, соответствующее логической единице. На выходе элемента D1.3 будет ноль, который через резистор R3 поступает на транзисторный ключ VT1, в коллекторной цепи которого включено оптореле К1.

Транзистор VT1 закрывается и прекращается ток через светодиод оптореле К1, которое закрывается и выключает лампу освещения, подключенную к розетке Х2.

Так происходит каждые сутки. Конденсатор С1 немного затормаживает работу делителя напряжения на FD1 и R1, чтобы исключить переключения от резких изменений освещенности, например, фар проезжающего автомобиля, или от наводок, которые могут иметь место в определенных случаях. Световой порог «дня / ночи» регулируется, переменным резистором R1.

Читайте также:  Сенсорный выключатель света своими руками — схема

А от сопротивления R2 зависит гистерезис этого порога.

Гальванически низковольтная схема полностью развязана от электросети. Управление нагрузками осуществляется посредством оптической связи (через оптореле), а питание поступает через трансформатор Т1. Поэтому в случае попадания на органы управления воды или прикосновения к ним поражение током исключается, так как они не находятся под потенциалом электросети.

Пространственно фотодиод FD1 должен располагаться так, чтобы на него не попадал прямой свет от уличного или садового светильника, которым он управляет.

Вторая схема

Вторая схема сумеречного выключателя показана на рисунке 2. В ней есть таймер, ограничивающий продолжительность горения садового или уличного светильника, чтобы он горел не всю ночь, а только вечером некоторое время.

Рис.2. Схема сумеречного выключателя освещения на микросхемах К561ЛЕ5, К561ИЕ16.

Практически это таймер, запускаемый при понижении уровня внешней освещенности ниже установленного порога. Здесь используется такой же фотодатчик на фотодиоде FD1, образующий вместе с резистором R4 светозависмый делитель напряжения. Уровень света, при котором нужно включать садовый или уличный светильник устанавливается переменным резистором R4.

Когда естественного освещения достаточно сопротивление FD1 ниже сопротивления И4 и напряжение на выходе элемента D1.4 – логическая единица. Это устанавливает счетчик D2 в нулевое положение и удерживает его в этом положении, плюс, единица, поступающая на вывод 9 D1.3 устанавливает логический ноль на выходе D1.3. Транзистор VT1 закрыт, ток через светодиод оптореле К1 отсутствует и осветительная лампа выключена.

При снижении уровня естественной освещенности ниже установленного резистором R4 порога напряжение на входе R1.4 увеличивается и достигает порога логической единицы. При этом на выходе R1.4 устанавливается логический ноль. Так как на оба входа R1.3 теперь поступают логические нули, на его выходе устанавливается логическая единица. Транзистор VT1 открывается и появляется ток через светодиод оптореле К1, которое открывается и включает лампу дворового или уличного светильника.

Одновременно запускается таймер. Счетчик D2 начинает считать импульсы, поступающие на его вход от мультивибратора на элементах D1.1 и D1.2. Время, в течение которого будет работать искусственное освещение устанавливается переменным резистором R1 в пределах от одного до 6 часов.

R1 регулирует частоту импульсов, поступающих на счетчик, а от их частоты зависит то, как скоро счетчик досчитает до 8192. Как только заканчивается заданный временной интервал на выводе 3 D2 появляется логическая единица. Она поступает на вывод 8 D1.3 и на выходе D1.3 напряжение падает до логического нуля.

Транзистор VT1 закрывается и осветительная лама выключается. Одновременно единица с вывода 3 D2 поступает на вывод 2 D1.1 и блокирует мультивибратор D1.1-D1.2. Схема будет находиться в таком состоянии до наступления рассвета.

Гальванически низковольтная схема полностью развязана от электросети. Управление нагрузками осуществляется посредством оптической связи (через оптореле), а питание поступает через трансформатор Т1. Поэтому в случае попадания на органы управления воды или прикосновения к ним поражение током исключается, так как они не находятся под потенциалом электросети.

Пространственно фотодиод FD1 должен располагаться так, чтобы на него не попадал прямой свет от уличного или садового светильника, которым он управляет.

Детали схем

Источник питания выполнен на трансформаторе Т1 типа ТВК100Л. Это выходной трансформатор кадровой развертки от старого лампового черно-белого телевизора. Вместо него можно использовать любой маломощный силовой трансформатор, на вторичной обмотке которого есть переменное напряжение 7-10V при максимальном токе не ниже 100mA.

Например, использовать трансформатор от какого-то миниатюрного сетевого источника питания, например, от сетевого адаптера телевизионной игровой приставки или компьютерной периферии, или же намотать его самостоятельно.

Выпрямительный мост КЦ402 можно заменить любым маломощным выпрямительным мостом или собрать мост на четырех диодах, типа КД209, КД105, 1N4004 или других.

В схемах датчика света используется ИК-фотодиоды ФД263. Такие фотодиоды широко использовались в системах дистанционного управления старых отечественных телевизоров. Несмотря на то, что они предназначены для инфракрасного излучения, они очень хорошо реагируют и на видимый свет. Вместо ФД263 можно попробовать и другие фотодиоды. Либо поставить фоторезисторы.

При этом, возможно, номинальное сопротивление переменных резисторов И1 (рис.1) и R4 (рис.2) придется изменить.

Микросхемы К561ЛЕ5 можно заменить любыми КМОП микросхемами, в которых есть не меньше четырех ИЛИ-НЕ элементов, например, К176ЛЕ5, CD4001. Причем, микросхему D1 по рисунку 1 можно заменить любой ИМС КМОП с числом инверторов не менее 4-х, то есть, здесь может работать и такая микросхема как К561ЛН1, К561ЛН2, К561ЛА7, CD4011.

А вот D1 в схеме по рисунку 2 должна быть обязательно с элементами «ИЛИ-НЕ». Микросхему К561ИЕ16 (рис.2) можно заменить счетчиком CD4020 или CD4060, используя только счетчик этой микросхемы. Возможно использовать и счетчик с меньшим числом разрядов – К561ИЕ20 или CD4040.

В этом случае вместо вывода 3 используем вывод 1, и потребуется уменьшить частоту импульсов, генерируемых мультивибратором D1.1-D1.2 путем увеличения емкости конденсатора С2 в 4 раза.

Налаживание

Налаживание схемы по рис.2 заключается в установке пределов регулировки времени подбором R2, C2 и в градуировке шкалы времени. Чтобы облегчить этот процесс можно определять время по величине полного периода импульсов, вырабатываемых мультивибратором D1.1-D1.2, умножая его на 8192 (значение получится в секундах, которое затем нужно перевести в часы).

Кнопочный выключатель для УНЧ на JK-триггере CD4027

Содержание / Contents

↑ Как работает триггер

Триггер — класс электронных устройств, обладающих способностью длительно находиться в одном из двух устойчивых состояний и чередовать их под воздействием внешних сигналов. Идеально, на мой взгляд, для управления реле с помощью кнопки. Тумблер, конечно, проще, но мне хотелось расширить функционал простого выключателя.

Посмотрев, что можно купить в ближайшем магазине, выбрал JK-триггер CD4027BE (советский аналог К561ТВ1). Кстати купил парочку и один оказался бракованным. Позже выяснилась одна интересная особенность отечественного экземпляра: если перепутать полярность питания, чип не сгорает мгновенно в отличие от импорта, а начинает значительно греться. После восстановления правильной полярности чип продолжает работать, как ни в чем не бывало.

JK-триггер имеет 5 входов и два выхода: прямой «Q» и инверсный «НЕ-Q».

Назначение входов:

  • Вход SET (S) устанавливает выход Q в единицу независимо от состояния других входов;
  • Вход RESET ® устанавливает выход «НЕ-Q» в единицу независимо от состояния других входов
  • Вход J переключает прямой выход Q в единицу. Переключения синхронизированы с фронтом сигнала CLK.
  • Вход K переключает инверсный выход «НЕ-Q» в единицу. Переключения синхронизированы с фронтом сигнала CLK.

Пусть J=1, K=0, тогда по фронту на CLK триггер переключится в 1; J=0, K=1 – триггер переключится в 0; J=1, K=1 – переключение на противоположенное состояние; J=0, K=0 – ничего не произойдёт.

↑ Переключатель на триггере. Развитие схемы

После подачи питания, на прямом выходе триггера U3A установиться ноль, а по нажатию на кнопку будет происходить переключение. Будем считать, что реле подключено к прямому выходу триггера U3A.

Расширим функционал переключателя, добавив кнопку «Авария».

При нажатии аварийной кнопки прямой выход триггера установится в ноль и переключения будут невозможны до тех пор, пока нажата кнопка «ALARM1», так как удерживается вход RESET.

Задействуем второй триггер в корпусе чипа, он будет включать аварийную сигнализацию:

После подачи питания загорится красный светодиод, а по нажатию на «KEY1» произойдёт переключение. Нажатие на кнопку «ALARM1» установит прямой выход второго триггера в единицу, тем самым выключив первый триггер и запретив его переключения. Установки входов J=0 и K=1 второго триггера разрешают только переключение в 0 на прямом выходе. Таким образом, по нажатию на кнопку «KEY1» произойдёт снятие «Аварии», а переключение первого триггера возобновятся с повторного нажатия.

Собрав всё на макетной плате, столкнулся с одной проблемой, которая не возможна в симуляторе: дребезг контактов кнопки переключения. Долго не мог его побороть, пробовал ставить конденсаторы – не помогло. Триггер переключался хаотически. Применил радикальное решение: собрал одновибратор на таймере NE555 и дребезг как рукой сняло. Срабатывания стали абсолютно чёткими.

Статус аварии есть, а ни чем примечательным не выделяется — подумал я, и добавил «мигалку» красным светодиодом.
Для этого сделал мультивибратор на двух элементах 2И-НЕ микросхемы К561ЛА7 (CD4011), а на оставшихся двух собрал простую логику, запускающую «мигалку» при аварии. При номиналах, указанных на схеме, СИД будет мигать с частотой около 2 Гц.

↑ Итоговая схема кнопочного выключателя для УНЧ

В качестве нагрузки у меня силовой трансформатор на 650 ВА.

Схема питается от импульсной «дежурки» (на фото слева от платы переключателя). Потребляет схема совсем немного — около 15 миллиампер при выключенном реле и 70 миллиампер при включённом.

В своих экспериментах я пробовал питать переключатель напрямую от сети через блок питания на гасящем конденсаторе. Под спойлером приведён расчёт и схема такого БП, если кому интересно.

↑ Плата и список компонентов

↑ Файлы

Здравствуй, читатель! Меня зовут Игорь, мне 45, я сибиряк и заядлый электронщик-любитель. Я придумал, создал и содержу этот замечательный сайт с 2006 года.
Уже более 10 лет наш журнал существует только на мои средства.


Спасибо за внимание!
Игорь Котов, учредитель журнала «Датагор»

Спасибо за внимание!

Камрад, смотри полезняхи!

Студент политехнического университета, увлекаюсь радиэлектроникой и модернизацией авто (подготовка для джип триала). Паять люблю. Переделал амфитоны 25 ас 27 и усилитель под них на тдашке.
Собрал уазик с мотором v8.

На сайт пришел для разватия своих навыков и умений

Препарирование сенсорного выключателя LIVOLO.

От большинства подобных устройств эти выключатели отличает одна интересная особенность — они включаются в сеть по двухпроводной схеме, просто в разрыв цепи. При этом независимо от того замкнута цепь или нет его схема обеспечивает питанием микроконтроллер, радиомодуль, светодиоды и реле. Посмотрим как он устроен.

В качестве подопытного возьмём самую простую модель — с одной кнопкой и без радиомодуля.

Разбираем и видим такой бутерброд:

В середине верхней платы собственно площадка сенсора накрытая рассеивателем света от двух светодиодов.

Заправляет всем этим PIC16F690:

А вот и силовая часть:
(фото кликабельны)

Как видим сама плата рассчитана на полный фарш, но второе реле с обвязкой и радиомодуль не распаяны.

Теперь берём и заносим в таблицу позиционные обозначения элементов, типы корпусов, номиналы, маркировку. Выпаиваем и измеряем ёмкость smd конденсаторов. Далее вооружившись гуглом и знанием страны происхождения девайса пытаемся расшифровать маркировку активных элементов.
Чтобы проследить топологию платы выпаиваем все детали которые в этом мешают и вооружившись мультиметром в режиме прозвонки восстанавливаем схему по плате. Вопреки опасениям заняло это всего пару часов.

Читайте также:  Терморегулятор для теплиц

Схема получилась вот такая:
(схема в полном размере в прикреплённом файле)

Тут только нижняя плата и только те элементы которые распаяны на конкретном экземпляре.

Цветами отмечены:
красный — схема питания в режиме «ВЫКЛЮЧЕНО»
зелёный — схема питания в режиме «ВКЛЮЧЕНО»
желтый — линейный стабилизатор на 3 вольта для питания МК, радиомодуля и пищалки
синий — реле и его обвязка
серый — управление пищалкой
фиолетовым отмечены делители с помощью которых МК измеряет напряжения в разных участках схемы

Клеммы L, L1 те что выходят наружу, JP1 — разъём стыковки с верхней платой.

UPD:
Рассмотрим работу схемы питания при включеyной нагрузке, этот участок обозначен зелёным цветом. Обозначим напряжение на выходе этой схемы как V2.
Основным элементом в этой цепи является ОУ LM321, но в данном случае он работает как компаратор. На положительный вход ОУ поступает напряжение V2 за вычетом 12 вольт, которые падают на стабилитроне D17. На отрицательный вход поступает напряжение с выхода интегрального стабилизатора U1 через делитель R18, R30, этот делитель может быть включен или выключен транзистором Q3.
Работает схема так:
Предположим что напряжение V2 = 13 вольт. В этом случае на положительном входе ОУ напряжение 13В — 12В = 1В, на отрицательный врод через резистор R18 поступает 3В, т.к.на выходе ОУ низкий потенциал, Q3 закрыт и делитель не работает. Так как напряжение на положительном входе ОУ меньше чем на отрицательном, на выходе ОУ будет низкий уровень, Q4 при этом открыт и конденсатор С3 заряжается через диод D5.
Как только V2 превысит 15В напряжение на положительном входе ОУ также станет больше чем на орицательном, на выходе ОУ появится высокий уровень, который откроет транзистор Q3, в работу включится делитель R18, R30, напряжение на отрицательном входе ОУ при этом уменьшится с 3В до 2.1В. При этом также откроется Q4 и весь ток нагрузки потечёт через него.
Так как на отрицательном входе ОУ теперь 2.1В, то схема останется в таком состоянии до тех пор пока напряжение V2 не снизится до 14.1В, после чего весь цикл повторится.
При этом схема никак не синхронизируется с частотой сети и может вообще работать на постоянном токе, при соблюдении полярности.

CS-CS.Net: Лаборатория Электрошамана

Сборка электрощитов, автоматика и автоматизация для квартир и частных домов. Программы для ПЛК. Сценический свет (световые шоу, настройка оборудования). Консультации, мастер-классы.

Щит с автоматикой IPM для коттеджа (Поварово)

Автоматика моего санузла на логическом реле ABB CL

Щиты TwinLine в Долгопрудный (таунхаус) и Солнечногорск

Щит для котельной на базе сенсорного ПЛК ОВЕН (Папушево)

Щиты с IPM (сеть, генератор, UPS) в Ядромино и Победа-2

Щит в ЖК Монэ на ПЛК ОВЕН со сценарным управлением светом

Силовой щит в Весёлово (Тула): Простой трёхфазный

Щит для квартиры в Митино на ПЛК ОВЕН (свет, отопление)

Развязка кнопок с подсветкой (на 230V) для ПЛК/Logo при помощи реле: особенности использования

Тестовый стенд для проверки работы реле с кнопками с подсветкой на 230V

Итак, мы снова возвращаемся к кнопкам для ПЛК или Logo. Если вы не читали длинный и большой пост про кнопки — начните с него, чтобы быть в курсе всех задач: каким кабелем мы прокладываем линии кнопок, как их защищаем, зачем нам вообще нужны реле развязки входов ПЛК/Logo и как сделать кнопки из обычных выключателей.

Если речь идёт о кнопках для импульсных реле — то там всё просто, потому что можно использовать любые кнопки: с подсветками или без. Если речь идёт о кнопках для ПЛК/Logo без подсветок — то тут тоже всё просто: подавай на кнопки любое напряжение и пользуйся — это ж обычный замыкающийся контакт!

А западло начинается тогда, когда мы решим использовать подсветку в кнопках, которые будут подключаться ко входам ПЛК/Logo! В чём оно состоит? А в том, что подсветка-то у нас рассчитана на 230V сети! И работает так, что когда кнопка разомкнута — ток должен течь через подсветку, чтобы она горела! Но ведь ПЛК или Logo — это вам не обычная катушка электромагнитного реле (с проволокой), а входы, которые чаще всего активируются неким напряжением (есть или нет).

Что ж получится? Через лампу подсветки кнопки будет идти ток, Logo на входе его увидит — и решит что кнопка всегда нажата. А ПЛК… ха! А у ПЛК входы чаще всего рассчитаны на напряжение питания этого самого ПЛК — на 12/24 вольта постоянного тока. А подсветка кнопок — на 230V переменного. Как быть? Всё, что ли? Прощай красивые кнопочки, светящиеся в темноте, чтобы было удобно их находить? А вот щас и разберёмся!

Конечно же, нет! Не прощайте, кнопочки! Идея лежит в том, как у нас работает подсветка. Давайте всё посмотрим по схемам, чтобы у нас было понимание.

Вот вам самая обычная схемка выключателя с подсветкой и лампы. Подсветка у меня тут схематично показана в виде резистора и светодиода. Это не совсем верно, потому что иначе светодиод быстро сдохнет от обратного напряжения, что и было у Шнайдера одно время, когда его подсветки мёрли как мухи.

Схема протекания тока в обычном выключателе с подсветкой

Когда выключатель разомкнут — то ток уже не течёт через его контакты. У него остаётся только один путь — через лампочку подсветки и нагрузку. Нагрузка обычно (!!) имеет сопротивление меньше, чем лампочка подсветки. Поэтому на нагрузке падает небольше напряжение, а на лампочке подсветки остаётся почти полное напряжение сети. Вот она себе и светится.

Неприятности у этой схемы начнутся, если лампа будет светодиодная или энергосберегающая. На входе у такой лампы стоит импульсный блок питания с диодным мостом и конденсатором. Зарядился конденсатор маааленьким током через лампу подсветки — драйвер лампы заработал и зажёг лампу. Заряд кончился — лампа погасла. И так много раз подряд, если лампа херовая и дешёвая.

Если мы вместо лампы поставим катушку импульсного реле (электромеханического), то её сопротивление будет тоже низким, и поэтому такие импульсные реле спокойно работают с кнопками с подсветкой без проблем: подсветка будет светиться всегда и гаснуть только тогда, когда кнопка будет нажата.

Ну а теперь начинаем жестить! Я нарисовал примерную (не точную) схему входа ПЛК с гальванической развязкой. На входе у ПЛК стоит делитель (чтобы принимать 230V сети напрямую), а потом оптопара: вход зажигает светодиод, который рулит фототранзистором, а тот уже активирует нужный вход на микросхеме.

Схема протекания тока через кнопку с подсветкой и вход ПЛК/Logo

Опять я показал то, как будет идти ток, когда кнопка разомкнута. Он, зараза такая, будет протекать через всю входную цепь нашего ПЛК! А что у нас там стоит? Тоже мелкий светодиод. Который, конечно же, тоже начнёт светиться вместе со светодиодом подсветки! Вуаля, блин! =) Вход активирован всегда! =) Вообще всегда: если вы нажмёте кнопку, то на вход ПЛК пойдёт полное напряжение сети, и он останется активным!

Гы гы гы! Но таких входов ни у кого нету! У Logo на входах, которые рассчитаны на 230V, вообще стоит просто ограничивающий резистор и конденсатор для фильтрации помех. Вот тут это можно увидеть (фотка из поста про Logo):

Разводка входов основного модуля Logo

А у ПЛК стоят оптопары/диоды для развязки входов, но, блин, они рассчитаны на 24V! Вот тут видать диоды и RC-цепочки (из поста про устройство ПЛК ОВЕН):

Плата входов (оптопар) модуля МВ110-16Д

Такой модуль ввода занимает 4 модуля на DIN-рейке. Но если входы у него будут на 24V — то их там будет 16 штук. А если на 230V — то всего 6 штук. И можно было бы подавать на входы ПЛК 230V сети через такие модули, но если нам надо 40 штук входов (для коттеджа, например) — это ж охренеть сколько места такие модули ввода сигналов сожрут в щите! Тут даже в TwinLine 4×12 не уложиться!

И вот наш вопрос о том, как быть со входами ПЛК и кнопками с подсветками, встал ребром, колом и всем чем только можно! Формализуем нашу задачу:

  • Надо развязать любые входы (Arduino/Logo/Rapsberry/ПЛК) так, чтобы они принимали напряжение 230V сети извне щита независимо от того напряжения, на которое они сами рассчитаны (+5, +12, +24V DC, 230V AC);
  • Надо сделать так, чтобы на эти входы можно было подключать кнопки с подсветкой (которая обычно включена в разрыв контактов кнопки) так, чтобы эта подсветка не давала ложных сработок входов;
  • Решение должно быть настолько универсальным, чтобы оно не влияло на кнопки, которые будут использованы. То есть, простым языком, чтобы кнопки не надо было перепаивать и менять их начинку.

Ну, наше решение лежит на поверхности, хе хе! Вернуться к реле! Да-да! Пускай кнопки с подсветками включают нам в щите релюшки, а релюшка своими контактами коммутирует входы контроллеров!

Тогда наша схема будет выглядеть вот так вот — точно так же, как с обычным электромеханическим импульсным реле:

Схема релейной развязки кнопки с подсветкой на 230V

Тут все три условия, которые мы себе поставили, легко выполняются: реле имеет полную гальваническую развязку между катушкой и контактами и поэтому контакты могут коммутировать +5 или +3,3 V DC для Arduino, а на катушку может приходить 230V сети. Через кнопку с подсветкой.

Более того — для самых мелких контроллеров (Arduino/Rapsberry — я против того, чтобы ставить их в щиты, но я знаю что некоторые ставят) это очень актуально тем, что все слаботочные линии не выходят за пределы щита и этих реле: к щиту приходит обычное 230V по силовому кабелю КВВГ/МКШ (а не хилой витой паре, которую обожают экономы), а слабенькие и плохо устойчивые к помехам входы контроллеров идут короткими проводами к реле.

Вот что я делаю обычно для Siemens Logo, когда меня просят сделать кнопки с подсветкой в щите:

Релюшки для того, чтобы развязать кнопки с подсветкой

На каждый вход в щите ставится релюшка серии CR-P (напоминаю пост про промежуточные и интерфейсные реле CR-P, CR-M, CR-S — он нам очень пригодится сейчас) с колодкой CR-PSS. На нижнюю часть колодки приходит 230V от кнопок с подсветкой. А верхняя часть — это входы Logo (тоже рассчитанные на 230V, но развязанные от микротоков ламп подсветки).

Читайте также:  Автоматический инкубатор с терморегулятором

Именно про Logo. У него в инструкции сказано, что можно использовать конденсаторы, подключенные параллельно входам для компенсации ламп подсветки. Для себя я выбрал более надёжный вариант развязки через реле, потому что решил что про то, как запихать в щит кучку конденсаторов, ещё надо как следует подумать. Ну не печатную же плату туда городить? А с реле таких проблем не возникает.

Но это были ягодки и так, детские игрушки. Реле CR-P всем хороши, кроме размера. Одно реле с колодкой занимает один DIN-модуль. Когда у нас в щите стоит один или два Logo (такое уже есть у меня в работе), то наберётся там 30-40 входов. Ну сожрёт оно 30-40 лишних модулей. Это не так страшно.

Но вот щас считаю я огромный щит в Свердловск. Медленно, аккуратно и постепенно. И ещё у меня будет осенне-зимний проект с двумя шкафами в Химки. Вот какие там объёмы линий IO:

  • Свердловск: около 120 входов и 100 выходов (свет, шторы);
  • Химки: около 85 входов и 100 выходов (только свет);

То есть, Свердловск потребует 120 + 100 = 220 модулей в щите, а Химки 85 + 100 = 185 модулей в щите ТОЛЬКО ДЛЯ РЕЛЕ. Вы ОХУЕЛИ. Шкаф TwinLine 4×12 имеет 576 модулей! А мы от него почти половину отхапаем на реле, так? А куда запихать ПЛК, конакторы, дифавтомат и обвязку ввода сети, генератора и инвертора? Ой-ой!

И вот стал я думать про то, как же мне поступить. И вспомнил про интерфейсные реле серии CR-S, которые не особо полулярные, заказные — но имеют ширину всего в 6 миллиметров! То есть, если пересчитать наши входы в модули, получится что 120 реле займут 41 модуль, а 85 реле займут 30 модулей. Вау! Вот это — уже большая польза!

Но есть у этих реле внутри нечто странное. Описанное как «protection and indication circuit»:

Интерфейсные реле серии CR-S

А хто это? А вдруг это какой-то импульсный блок питания? А вдруг он будет вести себя при работе с подсветками так же, как плохие энергосберегайки — ложно включаться? Или вдруг ему нужен очень малый ток для работы и одна лампочка подсветки заставит это реле сработать?

Чего делать? А вот чего! ТЕСТИРОВАТЬ ВЖИВУЮ! Лежала у меня пачка лампочек подсветки от Unica и реле CR-S и CR-P с катушками на 230V. Подумал я, и прямо в тот момент, когда писал ТехЗадание на Свердловск, собрал тестовый стенд из этих реле.

Вот как он выглядит:

Подготовка к тестированию кнопок с подсветкой и реле развязки

Схема у него простая, и рисовать я её даже не думал (а потом нарисовал по просьбам из комментов).

Схема стенда для тестирования реле и ламп подсветки

Суть схемы: кнопки на стенде (красная и зелёная) подключают цепочки с лампами подсветок или последовательно с катушкой одного реле, или другого. Контакты реле включают индикаторные лампочки для того, чтобы можно было видеть: сработало ли реле, или у него просто так светодиод слегка светится.

На проводах торчат клеммы WAGO, чтобы можно было цеплять пачки лампочек с подсветками, и ещё висит кнопка, которой можно будет проверять сработку реле.

Вот фотка релюшек на стенде. Тут хорошо видно, как торчит реле CR-S и что ему место только в больших шкафах.

Реле ABB CR-S и ABB CR-P для развязки кнопок с подсветкой

Про все тесты я снял видео — тут без него никуда, и я вставлю его в конец поста чуть попозже. Пока же покажу немного фоток процесса тестирования и дам сводку.

Собираем три лампочки подсветки и тыркаем кнопку для реле CR-S. Лампочки подсветки горят, светодиод реле чуть-чуть светится, красная лампочка не светится — реле не сработало! Отлично! Значит три лампочки подсветок ложных сработок не дадут!

Тестируем три лампы с подсветкой и реле CR-S: всё работает

Теперь нажимаем кнопку. Лампочки подсветки погасли, а реле сработало и включило красную лампу (активировало вход). Отлично! Так нам и надо! Всё в порядке!

Тестируем три лампы с подсветкой и реле CR-S: всё работает (кнопка нажата)

А вот дальше я наращивал число лампочек. Подключал 6, 9 и 13 лампочек и смотрел, что будет.

Тестируем 9 ламп с подсветкой и реле CR-S: всё работает (кнопка отпущена)

Было вот чего. Сначала я чуток обрадовался, потому что оба реле не давали ложных сработок и нормально держали такое число лампочек. НО! Ведь это только начало! Если открыть документацию на любое реле, то вы увидите там аж три параметра напряжений или токов: срабатывания, работы и удержания.

Это — неспроста. Чтобы сработать, релюшке нужно довольно большое напряжение. А чтобы держаться в замкнутом состоянии (после того, как оно сработало) ему может хватить гораздо меньшего напряжения. Например, для реле CR-P и CR-M напряжение отключения (когда реле отрубится) даётся как 0,15 от номинального. То есть реле CR-P на 230V отключится при напряжении в 230*0,15 = 34,5 вольта. Во как!

А реле CR-S внутри себя вообще содержат вот такую вот схемку:

Схема колодки для реле серии CR-S и их аналогов (на 230V)

Вот и надо проверить наш стенд на напряжение удержания этих реле. То есть, подцепляем, например, 9 штук ламп подсветки, нажимаем кнопку, чтобы реле сработало — а потом смотрим: выключится ли оно корректно или нет.

Вот что у меня получилось по двум типам релюшек:

  • Реле CR-P: Выдерживает на включение и отпускание 13 ламп, но с 9 ламп начинает ощутимо гудеть (звенеть) от протекающего тока.
  • Реле CR-S: Выдерживает на включение 13 ламп, но не отпускает при 9 лампах. Нормально отпускает при 6 лампах подсветки.

Поэтому общий вывод даю такой: будем считать что для обоих реле предел мест управления (число кнопок с подсветкой) — 6 штук максимум. Даже для коттеджа это будет достаточно на данный момент и с моим опытом. Реле CR-P в принципе может выдержать больше мест управления, но тогда оно будет жужжать, что есть не совсем хорошо.

Так что реле CR-S вполне себе применимы как развязка входов в таких вот сложных случаях (когда входов ОЧЕНЬ много)! Ура!

О! В 2019 году у меня появилась новая фишка! Я отлаживал щит в Золотую Звезду с Logo и кнопками подсветок и как раз столкнулся с тем, что у заказчика мои CR-Pшки начали жужжать на нескольких линиях, где кнопок была уйма.

Шунтирование реле развязки при помощи вставного модуля и конденсатора на 0,47 мкФ

Оказалось, что долнительно можно зашунтировать релюшки при помощи индикаторных модулей CR-P/M 92V, а там, где они не помогают — добавить конденсаторы. Я брал на 0,47 мкФ и 400V. После этого у заказчика всё жужжание ушло, а кнопки и подсветки работают как обычно. И у него тоже UNICA.

А вот и видео, в котором можно посмотреть на мои опыты со стендом:

Cхема акустического выключателя света

В данной статье приведена схема акустического выключателя света, благодаря которому вы будете чувствовать себя в собственном доме, словно в роскошной вилле — вы сможете включать и выключать, например, свет… хлопая в ладоши.

Акустический выключатель реагирует на одиночные хлопки и при этом проявляет малую чувствительность к посторонним звукам. Каждое срабатывание устройства изменяет состояние реле, обозначая это свечением двухцветного светодиода.

Схема оснащена электромагнитным реле с нагрузочной способностью контактов 8А/250В, благодаря этому она подходит для дистанционного управления освещением, управлением жалюзи, бытовой аудио техникой и любым другим устройством, работающим от сети.

После подключения к источнику питания, схема будет сброшена и перейдет в состояние ожидания до тех пор, пока не раздастся хлопок. Потребление, независимо от состояния работы, составляет менее 1 Вт.

Печатная плата спроектирована так, чтобы все устройство поместилось в коробку скрытого монтажа с следующими размерами: диаметр 54мм толщина 25мм. Из-за своих небольших размеров, плата без проблем должна поместиться, например, в торшеры или люстры.

Описание акустического выключателя

Система состоит из трех основных блоков:

  • датчик звука с транзисторным усилителем
  • Т-триггер на основе счетчика 4017
  • бестрансформаторный источник питания

Сигнал с электретного микрофона усиливается тремя транзисторами VT1 …VT3. Появление сильного сигнала, содержащего преимущественно более высокие частоты, вызывает реакцию системы: положительные полуволны сигнала с микрофона вызывают открытие транзисторов VT1 и VT3.

Благодаря наличию буферного транзистора VT2, после хлопка на резисторе R8, а значит, и на тактовом входе 14 микросхемы 4017 возникает положительный импульс. Он вызывает изменение состояния счетчика, который переключает свечения светодиода с зеленого на красный цвет, а так же через транзистор VT4 включается реле.

Следует обратить внимание, что в данной схеме применен бестрансформаторный блок питания, то есть не имеющий гальванической развязки от сети 220В. Поэтому налаживание и ввод в эксплуатацию выключателя следует соблюдать предельную осторожность.

Последовательный резистор R11 предназначен для защиты выпрямительного моста B1 в случае, если схема подключается к сети в момент, когда амплитудное значение напряжения превысит 300В.

Без резистора R11, через диоды выпрямительного моста и не заряженные конденсаторы C5, C6 на короткое время может протекать очень большой ток, ограниченный лишь сопротивлением соединений. Резистор R11 ограничивает этот импульс до безопасного значения и защищает остальные электронные компоненты от повреждений.

Для подключения схемы к электрической сети используются всего два разъема. К разъему IN, необходимо подать напряжение от сети (фазировка не имеет значения).

После хлопка и, следовательно, замыкания контактов реле на разъеме OUT появляется напряжение 220В, поэтому к этому разъему следует подключить управляемую нагрузку, например лампу.

Все устройство собрано на двухсторонней печатной плате. Низковольтная часть элементов – SMD. После сборки нужно очень тщательно проверить, все ли элементы установлены правильно, не возникло ли короткое замыкание при пайке. Ошибка может привести к повреждению элементов. Как правило, безошибочно собранная схема из исправных элементов начинает работать сразу.

Скачать рисунок печатной платы (289,1 KiB, скачано: 1 399)

Ссылка на основную публикацию