Trojkanálový časový spínač AT2000

Ing. KOSMEL Anton

1. Použitie

AT 2000 je mikroprocesorom riadený trojkanálový časový spínač. Je určený na spínanie troch nezávislých spotrebičov . Umožňuje naprogramovať na jeden týždeň 9 časových intervalov (9 zapnutí, 9 vypnutí) pre tri nezávisle spínané kanále. Spínanie je realizované výkonovými prepínacími relé, ktoré môžu spínať prúdy až 16A ( za predpokladu použitia výkonových spínacích relé napr.: VSB 12 STB fy TAKAMISAWA)
Jednotlivé časové intervaly môžu byť programované v troch blokoch dní. Naprogramovaný týždenný cyklus sa periodicky opakuje.
Trojkanálový časový spínač má vysoký komfort obsluhy a veľmi jednoduché ovládanie pomocou štyroch tlačidiel na prednom paneli. Komunikáciu s obsluhou zabezpečuje prehľadná textová informácia v slovenskom jazyku na 32-znakovom (2 x 16 znakov) alfanumerickom LCD displeji.
Spínač je konštruovaný na nepretržitú prevádzku bez nutnosti údržby. Nastavené parametre si udržuje min 150 hod. po výpadku sieťového napájania pomocou zabudovaných NiCd akumulátorov. Jeho konštrukcia umožňuje modifikáciu parametrov podľa želania zákazníka, alebo podľa budúcich požiadaviek bez zásahu do výrobku jednoduchou výmenou pamäte s riadiacim programom.
Celé zariadenie je plombovateľné a elektricky navrhnuté tak aby spoľahlivo pracovalo v extrémných teplotných rozsahoch a v prostredí s "rušivými elektrickými vplyvmi".
2. Popis ovládacích prvkov a funkcií
2.1. Popis predného panelu
Predný panel obsahuje:
1. Alfanumerický LCD displej 2x16 znakov, slúžiaci na komunikáciu s obsluhou.
2. Štyri ovládacie tlačidlá
MODE - výber jedného z nasledujúcich režimov:
- nastavovanie reálneho času a dňa v týždni
- programovanie časových intervalov zopnutia a vypnutia
NEXT - výber nastavovanej pozície (hodiny, minúty, deň, blok)
s zmena hodnoty na vybranej pozícii smerm nahor
t zmena hodnoty na vybranej pozícii smerm nadol, režim skúška rele
3. RESET - slúži na zabezpečenie rozbehu spínača je umiestnené za kruhovým otvorom v kryte pod tlačidlom t
2.2. Funkcie spínača
Trojkanálový časový spínač AT2000 má tri nezávislé kanále, na každý z nich umožňuje naprogramovanie troch časových intervalov. Jednotlivé kanále majú nasledujúce funkcie (viď obr.2.):
(RE1). Počas naprogramovaného časového intervalu je relé zopnuté - sú spojené kontakty číslo 3 a 4 a rozpojené kontakty číslo 3 a 5.
(RE2). Počas naprogramovaného časového intervalu je prepínací kontakt relé číslo 6 periodicky 890s preklopený na kontakt číslo 7 a 10 sek. na kontakt číslo 8. Pätnásťminútové periódy sú synchronizované s reálnym časom t. j. začínajú vždy každú nultú, 15, 30 alebo 45 minútu.
(RE). Počas naprogramovaného časového intervalu je relé zopnuté - sú spojené kontakty číslo 9 a10 a rozpojené kontakty číslo 9 a11.
Stav jednotlivých relé je zobrazovaný na LCD displeji
R1: Z - relé 1 zapnuté, R2: V - relé 2 vypnuté,R3: V - relé 3 vypnuté

pondelok 0:00
R1: Z R2: V R3: V

2.3. Prvé zapnutie časového spínača.
Po prvom zapnutí časového spínača je potrebné stlačiť tlačidlo RESET a vynulovať pamäť pomocou tlačidiel NEXT a MODE. Po tomto úkone sa na displeji na okamih zobrazí:

A.M.I.S., s.r.o.
Prievidza 07 / 94

a potom vynulovaný reálny čas s vypnutými relé

pondelok 0:00
R1: V R2: V R3: V

Pozn.: V reálnej prevádzke pri plnom nabití NiCd akumulátorov je spínač schopný prevádzky vďaka nízkemu odberu 100 hod. Ak je prekročený tento čas, má to za následok výpadok chodu spínača. V tomto prípade je potrebné stlačiť tlačidlo RESET, čo zabezpečí správny rozbeh a nastaviť správny reálny čas.
Po stlačení tlačidla MODE sa dostaneme do kľudového stavu.
2.4. Kľudový stav
Spínač je v kľudovom stave trvale do doby pokiaľ nestlačíme niektoré z tlačidiel. V prípade že sa nachádzame v inom režime (nastavovanie hodín a dňa, programovanie, skúška relé), spínač sa do kľudového stavu dostáva automaticky po uplynutí doby 25 sec. od doby kedy sme naposledy stlačili niektoré z tlačidiel.
V kľudovom stave spínač na displeji zobrazuje nasledujúce informácie:
- deň v týždni, aktuálny čas a stav relé R1:, R2:, R3:

pondelok 0:00
R1: V R2: V R3: V

- všetky naprogramované intervaly zopnutia

Nast. cas 1 R1
Z: 00:11 V: 13:12

- firemné označenie výrobcu, "A.M.I.S., s.r.o. PRIEVIDZA".

A.M.I.S., s.r.o.
Prievidza 7/94

Všetky uvedené údaje sa neustále cyklicky na displeji obmieňajú. K ich prerušeniu dôjde každú celú hodinu a každých 15 minút v prípade, že je naprogramované zopnutie relé R2, v tomto prípade sa na displeji na 10 sekúnd objaví údaj

perioda 10 sek
(maximum)
Z kľudového stavu sa po stlačení tlačidla MODE dostaneme do režimu "nastavenie reálneho času a dňa v týždni".
3. Nastavenie reálneho času a dňa v týždni
Do tohto nastavenia sa možno dostať aj z kľudového stavu stlačením tlačidla MODE. Na displeji sa zobrazí:

Zadaj cas, den
0:00 pondelok

Tlačidlom NEXT vyberáme nastavovanú pozíciu, ktorá začne blikať (hodiny, minúty, deň), pričom dochádza k ich rotácii. Tlačidlami s t meníme hodnoty na vybranej pozícii o 1hodinu, minútu alebo deň smerom nahor alebo nadol. K naštartovaniu hodín dôjde po potvrdení minútového údaja tlačidlom NEXT (súčasne dôjde k vynulovaniu sekúnd). Časový údaj je 24 - hodinový. Opätovným stlačením tlačidla MODE sa dostaneme do režimu programovania časových intervalov zopnutia.
4. Programovanie časových intervalov
Programovanie sa vyvolá dvonásobným stlačením tlačidla MODE, ak je spínač v kľudovom stave . Na displeji sa zobrazí:

Zadaj cas 1 R1
Z: 0 : - - V: 0 : - -

Tlačidlom MODE vyberáme číslo nastavovaného intervalu (1 až 3) a kanál (R1: R2: R3:). Pre každý kanál je možné nastaviť tri intervaly. Na displeji sa periodicky objavuje:

Zadaj cas 1 (kanál) R1: Zadaj cas 2 (kanál) R3:
Zadaj cas 1 (kanál) R2: Zadaj cas 3 (kanál) R1:
Zadaj cas 1 (kanál) R3: Zadaj cas 3 (kanál) R2:
Zadaj cas 2 (kanál) R1: Zadaj cas 3 (kanál) R3:
Zadaj cas 2 (kanál) R2:

Tlačidlom NEXT vyberáme (po zvolení žiadaného čísla intervalu a kanálu) jednotlivé údaje z nasledujúcej tabulky:
1 nastavenie hodiny zapnutia Z: 0 : - -
2 nastavenie minúty zapnutia Z: 0 : 00
3 nastavenie hodiny vypnutia V: 0 : --
4 nastavenie minúty vypnutia V: 0 : 00
5 nastavenie jedného z troch blokov pondelok - piatok
pondelok - nedela
sobota - nedela

Tlačidlami s t meníme vybrané veličiny smerom nahor alebo nadol. V prípade, že nastavíme rovnaký vypínací a zapínací čas, "kanál" je zopnutý 24hod. Naprogramovaný časový interval je možné zrušiť nastavením pomlčiek na mieste minút.
Pozn.:Na celkové vynulovanie časového spínača slúži kombinácia tlačidiel NEXT a MODE (zabezpečí celkové vymazanie všetkých naprogramovaných časov zapnutia a vypnutia a vynuluje reálny čas). Na to je potrebné stlačiť tlačidlo NEXT, podržat ho a potom súčastne s ním tlačidlo MODE
Spínač si zachováva naprogramované časy zapnutia a vinutia a posledný reálny časový údaj aj po odpojení zo siete a po vybití batérií.
5. Funkcia "skúška relé"
Zatlačením tlačidla t (v prípade, že je spínač v kľudovom stave) sa dostaneme do režimu skúška relé a na displeji sa objaví:

skuska rele
R1: V R2: V R3: V

Ostávajúcimi tlačidlami môžeme meniť stav jednotlivých relé. Každé stlačenie príslušného tlačidla vyvolá zmenu signalizovanú na displeji
Tlačidlom MODE meníme stav relé 1 R1:
Tlačidlom NEXT meníme stav relé 2 R2:
Tlačidlom s meníme stav relé 3 R3:
6. Stav počas výpadku sieťe
Po výpadku sieťového napätia prejde spínač po 40 sekundách do úsporného módu, ktorý zabezpečuje až 150 hodín dlhý chod na NiCd akumulátory. LCD displej prestane zobrazovať do doby kým znovu nenabehne sieťové napätie (po 30 min.), alebo nestlačíme tlačidlo MODE.
7. Návod na montáž
7.1. Mechanická montáž
Časový spínač sa upevňuje na zvislú základovú dosku pomocou troch skrutiek M5x14.
7.2. Elektrické pripojenie
Elektrické zapojenie vykonať podľa Obr.1. (svorky sú číslované zľava doprava a ich poloha prepínacích kontaktov je po pripojení spínača na ~220V) Pozn.: bez napajacieho napätia je RE2 v polohe rovnakej ako RE1
Na svorky číslo 1 a 2 sa pripája vstupné napájacie napätie 220 V. Na svorky 3 až 11 sú vyvedené kontakty relé. Obr.1. zobrazuje elektrickú schému zapojenia svoriek (kontakty jednotlivých relé sú zapojené v kľudovej polohe).
Obr.1.Elektrická schéma zapojenia svoriek

Po prvom pripojení na sieť (akumulátory sú vybité) je spínač funkčný po uplynutí cca 5min. Tento čas je potrebný na čiastočné nabitie akumulátorov. Aby spínač spoľahlivo pracoval aj počas výpadku sieťového napájania po dobu zaručovanú v technických parametroch je nutné aby po prvom zapojení spínač pracoval cca 48 hod. bez výpadku siete. Počas uvedenej doby sa akumulátory nabijú na plnú kapacitu. Ak nieje možné túto podmienku splniť, potom je vhodné spínač ešte pred inštaláciou pripojiť na sieť v priestoroch, ktoré ju zaručujú.
9. Pracovné podmienky
Prevádzková teplota okolia (bez kondenzácie vodných pár a tvorenia námrazy):
- 20°C až +50°C
Relatívna vlhkosť vzduchu pri 20°C: do 90 %

10. Technické parametre

Menovité vstupné napätie:
~220 V (zákl. prevedenie), ~110 V (prevedenie Q)
Menovitá frekvencia: 50 Hz
Tolerancia vstupného napáj. napätia: ±15 %
Tolerancia menovitej frekvencie: 45 až 60 Hz
Príkon: max. 3 VA
Stupeň odrušenia: RO 2
Krytie: IP 20
Presnosť chodu pri 20°C: ±0.5s/24 hod.
Minimálny spínací interval: 1 min.
Počet spínaných intervalov: 9 časových intervalov
Spínacia perióda impulzátoru: 900 s (15 min.)
Menovitá šírka impulzu: 10 s
Menovitá šírka medzery: 890 s
Počet prepínacích relé: 3
Spínací výstup: 1 prepínací kontakt
Zaťaženie kontaktu: max. 16 A /~250 V, cos f =1
Spínaný výkon pri ohmickej zátaži: max. 4000 W
Životnosť kontaktov elektrická: min. 1x 105 cyklov
Životnosť kontaktov mechanická: min. 5x 106 cyklov
Zálohový zdroj pre hodiny: 4 NiCd akumulator
Typ NiCd akumulátorov: UM-3 "AA"/IEC R6
Maximálna dľžka výpadku siete: 150 hod. pri 20°C
Životnosť NiCd akumulátorov: min 5 rokov
Maximálny prierez vodičov: 4mm2
Rozmery displeja LCD: 61 x 15,8 mm
Rozmery krytu (viď obr.1.) 249,5 x 158 x 98,5
Hmotnosť: 0,7 kg
Skladovacie teploty: - 20°C až +70°C

Rozpis súčiastok
Rezistory (TR 296) RM 10
R1 10R
R2, R3, R4 82R
R5 560R
R6 4K7
R7 1K
R8, R10 , R15 10K
R9 M22
R11, R12, R13 22K
R14 470R
RV1 VARISTOR ~250V 593 - PH (PHILIPS)
VARISTOR ~250V 7K391 (MOTOROLA)
Kondenzátory (RM - vzdialenosť vývodov)
C1 100N / ~250V RM 15 (WIMA)
C2 470M / 25V RM 5
C3, C4, C6, C7, C10, C14,
C15, C16, C20, C21, C22, C23, C25 100N RM 2.5 (5)
C5 100M / 25V RM 2.5
C8, 220M / 16V RM 3.5
C11,C12,C13 100M / 16V RM 2.5
C9, C24 4M7 / 10V TANTAL RM 2.5 (5)
C17 330P RM 2.5 (5)
C18 56P RM 2.5
C19 33P RM 2.5

Polovodiče
D1, D2, D3, D4 KY 131 (1N4007)
D5, D6, D7, D8, D9, D10 1N4148
DZ1 6V2
IO1 uP 80C31
IO2 EPROM (8kX8) 27C64 ( s riadiacim programom),
PATICA PRECÍZNA, DIL28PZ
IO3 74HCT373
IO4 EEPROM (128X8) sériová ST93C46
IO5 CMOS 4060
IO6 LM7812
IO7 LM7806
M1 DISPLEJ LM016L (HITACHI), LTN 214R
VT1, VT2, VT3, VT4 TRANZISTOR BC 547C
Ostatné súčiastky
L1, L2 SMCC-471K-02 470uH RM 10
B1,B2,B3,B4 NiCd články typ "AA" MIGNON 1,2V VARTA,
ENNERICH 600mA(500mA)
púzdro na 4ks články NiCd4 x "AA" A306341
CON1 SVORKOVNICA SKRINE FMX 11
CON2 plochý vodič na dosku s tlačidlami (5vodičov)
RE1,RE2,RE3 RELE TAKAMISAWA VSB 12STB
RELE SCHRACK RP310012
S1, S2, S3, S4, S5 TELEFÓNNE TLAČIDLO 4FK 573 00
Y1 KRYŠTÁL 3.0 Mhz
TR1 TRAFO DO PCB 3.2W
PRIMÁR 230V
SEKUNDÁR 12V 260mA
Vzdial. vývodov primáru 20 mm
Vzdial. vývodov sekundáru 10 mm
Vzájom. vzdial. primáru a sekundáru 25 (27.5)mm
PLOCHÝ KÁBEL 10cm 10 ŽILOVÝ
DISTANČNÉ STĹPIKY 2KS 20 mm PRIEMER 8mm
2KS 15 mm PRIEMER 8mm
SAMOREZNÉ SKRUTKY 8 KS 2.9 x 5 mm
SKRUTKY M3 6KS
SKRINKA FMX (ZPA TRUTNOV) 1KS
PREDNÝ KRYT 1KS
DOSKA PLOŠNÉHO SPOJA (S DOSKOU PRE TLAČIDLÁ) 1KS

Popis zapojenia

1. Napájacia časť
Sieťové napájacie napätie sa pripája na svorky 1 a 2 a postupuje na filter tvorený cievkami L1,L2 kondenzátorom C1 a varistorom RV1. Sieťový filter zabraňuje prechodu rušivých impulzov zo siete do spínacích hodín, ktoré by mohli mať za následok výpadok chodu. Použitý sieťový transformátor je typ určený pre osadenie do plošného spoja s výkonom cca 3W rozmery jeho vývodov sú uvedené v rozpiske materiálu. Štvorica diód D1, D2, D3, D4 usmerňuje napájacie napätie. Zdroj sa skladá z dvoch častí. Prvá s IO 6 (LM7812) zabezpečuje napájacie napätie 12V určené pre napájanie spínacích relé. Druhá časť s IO 7 (LM7806) vytvára napätie 6V pre napájanie záložných NiCd článkov, riadiacej a zobrazovacej časti. Kondenzátory C2, C4, C5, C8 zabezpečujú filtráciu jednosmerných napätí, kondenzátory C3, C4, C6, C7 zabraňujú rozkmitaniu stabilizátorov IO6 a IO7. Dióda D5 kompenzuje úbytok napätia, ktoré vzniká na dióde D6. Dióda D6 zabraňuje vybíjaniu článov cez stabilizátor IO7 počas výpadku sieťového napájania (Pozn.: u niektorých typov stabilizátorov by v prípade neexistencie uvedenej diódy mohol tiecť cez výstupný obvod prúd, ktorý by zbytočne vybíjal NiCd články a tým znižoval zálohovaciu dobu)

2. Zálohovacia časť
Na zálohovanie chodu spínacích hodín sú použité BT1, BT2, BT3, BT4 4 ks NiCd článkov umiestnených v púzdre 4 x "AA" (A306341), ktoré je priskrutkované na základovej doske.
Je možné použiť aj NiCd články s naspájkovanými vývodmi určené pre priame osadenie do plošného spoja.
Články sú zapojené do série a spolu majú 4 x 1,2 V t.j. 4,8V a pri napájaní AT2000 zo siete sú dobíjané cez diódu D6 prúdom, ktorý je závislý od ich okamžitého stavu. Dióda D6 zároveň zabraňuje toku prúdu cez stabilizátor IO7, ktorý u niektorých typov môže byť cca 3mA.

3. Spínacia časť
Je napájaná zo stabilizátora IO6 napätím 12V a skladá sa z troch identických častí. Z relé RE1, RE2, RE3 spínacích tranzistorov VT1, VT2, VT3 ochranných diód D8, D9, D10 (zabraňujú zničeniu spínacích tranzistorov) elektrolitických kondenzátorov C11, C12, C13, keramických kondenzátorov C14, C15, C16 a odporov R2, R3, R4, R11, R12, R13. Použité relé sú prepínacie určené pre osadenie do plošného spoja, typy uvedené v rozpiske môžu spínať prúdy až 16A v prípade cos f = 1 (ohmická záťaž) pri napätí 380V. Kontakty prepínacích relé sú vyvedené na masívne svorky skrinky FMX, ktoré umožňujú pripojiť vodiče s prierezom až 4mm2 prípadne viac vodičov z menším prierezom
Mechanické a elektrické parametre relé sú v prílohe

4 Riadiaca časť
Riadiaca časť je tvorená 8 bit mikroprocesorom IO1 CMOS 80C31, pamäťou 8K x 8 IO2 EPROM CMOS 27C64, IO3, sériovou pamäťou IO4 a obvodom CMOS IO5.
Ako riadiaci mikroprocesor je vhodné použiť typ IP (MHS ELECTRONIC) určený pre priemyselné teplotné rozsahy -40 až 86 0C. Pamäť IO2 je zasunutá do precíznej DIL-28 patice, ktorá sa zaspájkuje do základovej dosky obsahuje riadiaci program, ktorý zabezpečuje chod a ovládanie spínača podľa priloženého návodu. Zmenou programu a použitím pamäte s vyššou kapacitou je možné vytvárať rôzne aplikácie pre nasadenie spínača v praxi ( napr. spínač verejného osvetlenia rešpektujúci zmenu dĺžky dňa a noci počas roka a príslušnú zemepisnú polohu daného miesta s automatickou zmenou z letného na zimný čas).
Sériová pamäť EEPROM IO4 zabezpečuje periodické zálohovanie dát z operačnej pamäte mikroprocesora a v prípade zlyhania chodu programu následkom akejkoľvek poruchy zabezpečí IO5 vo funkcii watchdog resetovanie mikroprocesora a natiahnu sa posledne zálohované údaje zo seriovej pamäte IO4 do operačnej pamäte uP. Uvedené zabezpečenie si vyžiadalo nasadenie spínača v priestoroch trafostaníc, kde dochádzalo k ich silnému rušeniu a tým výpadku chodu spínača.
Aby spínač vydržal pracovať dlhú dobu počas výpadku siete je displej M1 po výpadku siete automaticky vypínaný. Indikáciu prítomnosti napájacieho napätia zo zdroja zabezpečujú odpory R5, R6 a dióda D7

5. Zobrazovacia časť
Zobrazovacia časť je tvorená 32 znakovým alfanumerickým displejom, ktorý má 16 znakov v dvoch riadkoch. Bez zmien v zapojení je možné použiť typ LTN 214 R alebo LM016L (HITACHI).
Displej je mechanicky umiestnený na dvoch distančných stĺpikoch (20 mm) nad základovou doskou tak aby bol viditeľný cez kryt
Elektrické prepojenie displeja so základovou doskou je realizované pomocou 4-žilového (PIN 11 až 14) a 6-žilového plochého vodiča (PIN 1 až 6) dĺžky cca 5cm do otvorov, ktoré sa nachádzajú priamo pod displejom na základovej doske, vývody číslo 7, 8, 9, 10 sú nezapojené.
Technické parametre a externé rozmery displeja sa nachádzajú na priloženom obrázku.
Rozmery krytu sa nachádzjú v prílohe na technickom výkrese

6. Ovládacia časť
Komunikáciu s obsluhou je realizovaná štyrmi ovládacími tlačidlami S1, S2, S3, S4 a jedným resetovacím tlačidlom S5. Tlačitlá S1 až S5 sú telefónne tlačidlá 4FK 573 00. Tlačidlá S1 až S4 sú zaspájkované na malej doske, ktorá je umiestnená na dvoch distančných stĺpikoch (15mm), tak aby boli prístupné cez otvory v predno kryte. Resetovacie tlačidlo S5 je umiestnené na základovej doske a je prístupné cez malý kruhový otvor v prednom kryte len v prípade použitia tenkého skrutkovača.