Villanyszerelők Lapja

Vezérléstechnika

Kapcsolóórák

Érdekes kapcsolások XI.

2018. június 18. | Porempovics József automatizálási mérnök-mérnöktanár |  462 | |

Kapcsolóórák

A valós idejű kapcsolásokhoz a leggyakrabban és leggyorsabban bevethető eszközök a valós idejű kapcsolóórák.

Természetesen az úgynevezett „okosház” megoldásoknál, valamint más, esetleg PLC-s vezérléseknél vagy beágyazott rendszereknél nincs minden esetben szükség külön eszközre az időütemezésekhez, hiszen ezek a rendszerek általában rendelkeznek valós idejű órával, melyeket csupán programozni kell, hogy egy-egy kapcsolási funkció megvalósuljon. Egyedi megoldásokhoz viszont gyorsan telepíthetők, és néhány egyszerű beállítás és programozás után azonnal működőképes.

Az önálló működésű kapcsolóórák között elsősorban a digitális verziók hódítanak, melynek valószínű oka a nagyobb „tudásuk” az analóghoz képest, valamint az, hogy a kimeneti relén kívül nem tartalmaznak mozgó alkatrészeket, maximum a beállító nyomógombokat, melyekkel a jól átlátható LCD-kijelzőn keresztül könnyedén programozhatók. A belső óra működését áramszünet esetén egy háttérelem vagy akkumulátor biztosítja, az időprogram megőrzését pedig nem felejtő memória. A következőkben ilyen digitális kapcsolóórákkal megvalósítható megoldásokat mutatunk be, de a főcímhez hűen nem csupán az alapműködéseket, alapkapcsolásokat használjuk, hanem kicsit trükközünk a programozással és a bekötéssel is.

A kapcsolóórákat gyakran használják magánlakásokban pl. redőnyvezérlésekhez, meleg víz forgatásának időütemezéséhez, de üzemekben is jelezhetik a szünetidőket, a munkaidő végét, illetve gyakori alkalmazás a templomi harangok vezérlése és az iskolai csengetések automatizálása is. A legegyszerűbb alkalmazással kezdjük, melynek bekötése, működése és egy iskolai csengetésre használható időütemezés programtáblázata az 1. ábrán látható.

1. ábra: Iskolacsengő-vezérlés egycsatornás, másodperc alapú impulzusok kiadására is alkalmas digitális kapcsolóórával. A programban csupán az impulzusok kiadásának kezdő időpontjait kell megadni, a kimeneti relé kikapcsolása az impulzusidő leteltekor automatikusan megtörténik.

Az iskolai csengetések nem túl hosszú ideig szólnak, csupán néhány másodpercig, ezért a kapcsolóórának alkalmasnak kell lennie arra, hogy a kimeneti reléjét ne csupán perc alapon, hanem másodperces időtartamokra, impulzusokkal is tudja működtetni. A példában bemutatott egycsatornás kapcsolóóránál egyetlen ilyen impulzusidő állítható be (kétcsatornásnál kettő), így a be- és kicsengetések azonos ideig fognak tartani. A különböző kapcsolási funkciókat szinte minden kapcsolóóránál perchatárokra lehet beállítani. A bevezetőben is említésre került, hogy a digitális kapcsolóórák a normál percalapú kapcsolásokon túl további, jól használható funkciókkal is rendelkeznek. Ilyen az impulzus üzemmód, de ilyen például a programtáblázat legalsó, elkülönített sorában látható úgynevezett „szabadság” üzemmód is, melynél beállítható egy kezdő és egy befejező év/ hónap/nap időtartomány. A beállított időszakban a kapcsolóóra nem hajtja végre a heti/napi programját, ami kiváló lehetőség arra, hogy pl. az iskolai szünet időszakaiban ne legyenek csengetések, de a szünet utáni első tanítási napon automatikusan újra induljon a rendszeres csengetés. Ha a kapcsolóórában egy ilyen tartomány adható meg, akkor minden szünet időszakot egyedileg kell beállítani, ami jellemzően néhány gombnyomással elvégezhető. A „szabadság” üzemmód a beállított kezdő nap 00:00 időpontjától a befejező nap 23:59 időpontig tart. Persze le is lehetne kapcsolni a kapcsolóóra tápfeszültségét, de ebben az esetben számolni kell a háttérelem gyorsabb lemerülésével, hiszen az órának tovább kell „ketyegnie”. Magát a csengőt is le lehetne választani egy kapcsolóval, így a kapcsolóóra állandó tápfeszültségen maradhat, de elveszítjük az automatikus újraindulást, ami elfelejtett kézi visszakapcsolásnál kellemetlen következményekkel járhat – pl. az első csengetés elmarad.

Kétcsatornás digitális kapcsolóórát használva már megoldható, hogy két csengetési időtartam álljon rendelkezésre (a példában bemutatott kapcsolóóránál csatornánként egy-egy impulzusidő állítható be, így az egycsatornásnál egy, a kétcsatornásnál kettő). A két különböző időtartamú impulzussal két esemény különböztethető meg, mint pl. a kis- és nagyszünetek vagy becsengetés és kicsengetés, de akár előjelzésre is használható pl. a becsengetés előtt egy perccel. A 2. ábrán látható kétcsatornás kapcsolóóra kimeneti reléjének záró érintkezői párhuzamosan vannak bekötve, így mindkettő kapcsolhatja a csengő feszültségét.

2. ábra: A kétcsatornás kapcsolóóra kimeneti reléinek záró érintkezőit párhuzamosan kötve két esemény különböztethető meg a csengetés különböző hosszúságú időtartamával. A programozási táblázatban be- és kicsengetések azonos időtartamúak, de minden becsengetés előtt egy perccel elhangzik egy előjelző csengetés.

A programozási táblázatból kiderül, hogy nem a kis- és nagyszüneteket jelezzük különböző csengetési időtartamokkal. A ki- és becsengetések időtartamai azonosak, így ugyanarra a csatornára (relékimenetre) kell programozni a csengetési időpontokat. A kettes csatornát működtetve rövidebb impulzusokkal minden becsengetés előtt egy perccel előjelző csengetés szólal meg, ami figyelmeztet tanárt, diákot, hogy hamarosan kezdődik a foglalkozás.

A 3. ábrán kicsit módosítva van a kapcsolóóra bekötése, ugyanis az 1-es csatorna reléérintkezőinek közös pontja a 2-es csatorna záróérintkezőjétől kapja a feszültséget. A bekötéssel tulajdonképpen azt érjük el, hogy a 2-es csatornával engedélyezhetjük vagy tilthatjuk az 1-es csatornáról történő vezérlést.

3. ábra: Nagy tárhely-kapacitású, éves szinten is programozható digitális kapcsolóórával akár az egész tanév beprogramozható az összes előre ismert szünettel együtt. Az 1-es csatorna a napi csengetéseket kapcsolja impulzus üzemmódban, míg a 2-es csatorna éves időbeállítással ON/OFF üzemmódokban engedélyezi vagy tiltja a napi csengetéseket a szünet időszaka alatt.

Hogy mire is jó ez pl. egy iskolai csengetésnél, kiderül a 4. ábra programozási táblázatából.

4. ábra: A 3. ábra kapcsolásának programozási táblázata. Iskolacsengő programozása, mely tartalmazza a napi csengetések letiltását és engedélyezését az összes előre ismert szünet időtartamára, figyelembe véve a szünet előtti utolsó és a szünet utáni első tanítási napot is (a táblázat a 2017/18. tanévet mutatja).

A táblázat első 16 programsora (Pr00–Pr15) a napi be- és kicsengetések időpontjait tartalmazza impulzusüzemmódban, tehát néhány másodperces bekapcsolásokkal, ahogy ez az előző példák programozásánál is volt. A következő programsorokban látható, hogy a programok úgynevezett éves üzemmódban működnek, így konkrét időpontok vannak megadva. Ez azt jelenti, hogy megadható egy be- vagy kikapcsolás (vagy akár impulzus is) konkrét év/hónap/nap/óra/perc időpontra, akár évtizedekre előre is, ugyanis a kapcsolóórák naptára általában egészen az évszázad végéig is rendelkezésre áll. Éves üzemmódra nem mindegyik kapcsolóóra alkalmas, ezért, amennyiben a leírtaknak megfelelő működést szeretnénk megvalósítani, akkor az éves üzemmódot is ismerő kapcsolóórát kell választani. Többek között ez is egy olyan funkció, melyet analóg kapcsolóórák nem nagyon ismernek.

Az éves üzemmódban tehát gyakorlatilag az összes előre tudható, ismert iskolai szünet beprogramozható. A bekötésnek megfelelően így szorgalmi időszakban a 2-es csatorna behúzott reléje engedélyezi a napi csengetéseket, a szünetek időtartama alatt pedig az elengedett relé letiltja. A 2-es csatorna bekötése egyébként lehetne fordítva, amikor a szorgalmi időszak alatti csengetést a 26-os nyugalmi érintkezőről engedélyezzük, így csak az összességében rövidebb szünet időszakokban lesz behúzva a relé. Ebben az esetben viszont fordítva kell programozni a 2-es csatorna működését (ON/OFF). A 2-es csatorna kimeneti reléjéhez tartozó be- és kikapcsolások időpontjainak meghatározásakor célszerűen és értelemszerűen figyelembe kell venni, hogy a szünet előtti utolsó tanítási nap és a szünet utáni első tanítási nap nem mindig egyezik meg a szünet tényleges kezdő és befejező időpontjaival, ugyanis legtöbbször hétvégék vagy ünnepnapok is beleesnek.

A 3. ábra kapcsolásába bekerült egy nyomógomb is, ami a közvetlen kézi csengetésre szolgál és természetesen az előző kapcsolásokba is beépíthető. A külső, önálló nyomógomb használata inkább kényelmi szempontokból érdekes, hiszen a kapcsolóórák többsége rendelkezik kézi üzemmóddal, mely az eszközön található valamelyik előlapi nyomógombbal végezhető el.

A 3. ábra programjai összesen 24 programhelyet igényelnek. A legtöbb kapcsolóóra ennél sokkal több tárhellyel rendelkezik, így nem ritka az akár 100 programhelyet tartalmazó sem, tehát nem probléma, ha több a szünet (tanárnak, diáknak pláne, de a kapcsolóórának sem), bőven belefér a memória méretébe. A programhelyek a többcsatornás változatoknál általában dinamikusan oszlanak meg, és csak logikailag célszerű egymás utáni idősorrendben programozni, egyébként mindegy, hogy melyik kapcsolási időpont melyik programhelyre került.

Az 5. ábrán látható kapcsolásban a digitális kapcsolóórák egy speciális változatát használjuk.

5. ábra: Redőny- és napellenző-vezérlés asztronómiai programmal rendelkező digitális kapcsolóórával. A tápfeszültségre induló elengedéskésleltető időrelékkel külön-külön beállíthatók az egyes mozgatási irányok működési időtartamai.

A specialitás abban rejlik, hogy a kapcsolóóra a heti/napi vagy éves kapcsolási időpontok programozhatósága mellett úgynevezett asztronómiai programmal is fel van vértezve. Az asztronómiai program annyit jelent, hogy a kapcsolóóra LCD-kijelzőjén keresztül beállítható a telepítés helyének időzónája, melynek alapján az eszköz szoftvere kiszámítja az adott napra vonatkozó csillagászati napnyugtát és napkeltét. Az így kapott időpontokra a valós idejű kapcsolásokhoz hasonlóan programozhatók be- vagy kikapcsolások. Az asztronómiai programmal ellátott kapcsolóóra tehát alkony- és virradatkapcsolóként használható anélkül, hogy fényérzékelőt kellene telepíteni, vezetékezni, ezért olyan helyeken is jól alkalmazható, ahol nincs lehetőség az érzékelő kiépítésére. Természetesen a kapcsolóóra nem fogja figyelembe venni, ha beborul vagy kiderül az ég, de gyors telepíthetősége kompenzálhatja ezt a problémát, hiszen a kapcsolószekrényben egyszerűen csak fel kell pattintani a sínre, beprogramozni, bekötni és már működik is.

Az asztro-kapcsolóórák további lehetősége lehet például, hogy a kalkulált napkelte és napnyugta időpontjához képest beállítható egy-egy ±120 perc tartományon belüli időeltolás, amennyiben túl nagy eltérések tapasztalhatók a helyi tényleges napkelte/napnyugta időpontjaihoz. A bemutatott kapcsolóóránál az asztronómiai napnyugta programja úgy működik, hogy a csillagászati napnyugta (és az eltolás) időpontjában behúzza a beállított csatorna reléjét, napkeltekor pedig elengedi. Napkelte időprogram beállításakor éppen fordítva működik, napkeltekor behúz a relé, napnyugtakor elenged. Belátható, hogy a kapcsolóóra reléi csak akkor alkalmasak hagyományos redőnyvezérlésre, ha nem jelent problémát, hogy a tápfeszültség valamelyik mozgatási irányba állandóan a motoron marad. A redőny végálláskapcsolója természetesen nem engedi feltekercselni a redőny lamelláit, de ki szereti, ha feleslegesen van feszültség ott, ahol nem szükséges. A többféle megoldás közül egyik lehet a rajzon is feltüntetett időrelék beépítése, melyek biztosítják, hogy minden redőny- vagy napellenző motor csak a szükséges időtartamra kapjon feszültséget. A multifunkciós időrelék tápfeszültségre induló elengedéskésleltető funkcióban működnek. Irányonként egy-egy időrelé üzemel, így viszonylag pontosan behatárolhatók a mozgatások időtartamai minden irányba külön-külön. Időrelék helyett használhatók speciális redőnyvezérlő modulok is, melyekkel már a csoportos vezérlés is megvalósítható, illetve ez a kapcsolás is az időrelékkel együtt integrálható egy ilyen csoportos vezérlésű rendszerhez. Régebbi cikkekben keresgélve megtalálhatók az erre alkalmas redőnyvezérlések kapcsolási rajzai és leírásai.

Reméljük, a fenti néhány ötlet hozzájárul ahhoz, hogy „időben kapcsoljunk”. Hamarosan jelentkezünk további kapcsolásokkal, addig is kapcsolódjon ki, aki tud, hiszen nyár van.

Vezérléstechnika