时间继电器在工控中的应用.docx

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时间继电器在工控中的应用

时间继电器在工控中的应用

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104pF，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=2n-1·t=210-1·2·2·RtCt= 29·2·2·106×104×10-12=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。

图2  时间专用芯片构成的电路

图3  Y-△电动机控制线路

在专用芯片OSC1、OSC2、OSC3外接晶振以及电阻构成并联晶体振荡器产生32768Hz主脉冲，主脉冲分别进入芯片内置的时序电路和分频器时基选择电路，使之产生时序脉冲，并在P1、P2、P3、P4输出BCD码，P5产生相应的秒脉冲。

P5产生的秒脉冲在配相应的元器件后可反映时间继电器的工作状态，当延时来到时，秒脉冲可使线路的LED发光管处于闪烁状态，待延时到达后，LED为常亮状态，而在此时，D1、D2、D3、D4产生位置显示扫描脉冲以及时基脉冲。

时间设置可通过SA1、SA2、SA3、SA4拨码开关进行个、十、百、千的“8、4、2、1”设定至芯片寄存器中，以备在芯片内部比较电路中进行比较。

K3与K4分别可设定工作模式和时基选择，并将设定输入到芯片内部工作模式寄存器和时基寄存器中，在芯片外部配相应的电源和7段锁存译码驱动器，则可显示延时值。

当延时显示值与拨码设定值相吻合后，芯片内部所设定的比较电路工作使芯片OUT输出高电平来驱动三极管V1导通，从而使执行继电器吸合工作，延时触头对外围线路进行控制。

另外，该专用芯片有7种时基供选择，分别由D1、D2、D3与P5构成相应的二进制码来进行设定。

设定选择时基可用符合下述二进制码的特制拨码开关完成，以方便用户的时基选择。

如用户有特殊需求，片1GATE还具有累加计时功能，在低电平时分频器连续工作，当接入高电平时计数器分频器暂停工作。

当外接变成低电平后，计时显示又可在原计时显示基础上累加计时，从而可实现累加计时功能。

图2中开关K2可实现此功能。

K3为工作模式选择，当K3接通时，时间继电器的工作模式为间隔定时，也就是当时间继电器接通工作电源后，芯片OUT输出端先输出高电平，致使内部执行继电器工作，待所设定的延时到达后OUT无高电平输出，执行继电器释放；如K3不接通，时间继电器为常规的通电延时型，工作状态与间隔定时相反。

总之，针对时间继电器的工作特点而研制的时间专用芯片有其多时基选择、时间预置方便、显示直观、时间整定误差小等优点，是常规的CMOS计数分频集成电路无法来实现的。

典型应用控制线路分析

在常规Y-△的电动机控制线路（图3）中，时间继电器的延时控制使电机在Y形启动切换至△形运行起到有效的控制。

按下Y-△控制回路启动按钮SB2，时间继电器KT得电，在得电的同时KT的瞬动触点对SB2形成自锁，KM3接触器线圈得电，KM3主触头闭合，其常开辅助触头闭合，主回路KM1接触器得电，主回路接通；KM3常闭辅助触头断开，确保接触器KM3工作时，KM2不能投入工作，此时电动机处于Y形启动状态。

当时间继电器KT延时到达后（KT的时间设置可根据所控制Y-△启动电动机的功率来设定）。

时间继电器的延时常开和延时常闭触头转换，致使交流接触器KM3线圈失电，主触头断开，交流接触器KM2得电，其辅助触头对KM1、KT触点进行自锁，保证交流接触器KM2吸合工作，使电机在△形运行。

时间继电器电磁兼容性

时间继电器作为自动控制器件应用较广泛，尤其是在涉及低压电器控制网络中有较多电器设备环境中使用时电磁干扰问题更趋于严重。

组成时间继电器的内部元器件的损坏这时已不是引起时间继电器故障（失效）的主要原因，而在于应用场合中的各种干扰通过电磁耦合、电容耦合直接进入时间继电器，干扰其正常的延时控制。

时间继电器在此干扰环境下能否正常工作往往会影响到整个自动控制系统的正常逻辑功能，甚至还可能造成大的质量事故和经济损失。

所以时间继电器在各种恶劣环境都应有较高的可靠性和抗干扰能力，也就是说时间继电器必须有良好的电磁兼容性能，只有这样才能完善其产品质量，提高自身的市场竞争能力。

在实际工作使用中，一般采用下述方法来进行抑制电磁干扰，提高其产品的抗干扰能力。

采用隔离变压器，选择合适的压敏电阻，在供电输出口加高频旁路电容等方法提高产品的抗干扰能力。

当执行继电器的绕组（感性负载）被接通和断开时。

线圈中会产生一连串上升速度快，频率和幅度都相当高的尖峰脉冲电磁振荡辐射，对直流继电器绕组通常采用以下方法来减少干扰：

在线圈两端反并二极管或RC器件，如控制触点对交流感性负载的控制，也可考虑在触点并接RC器件，从而能对触点在通断时产生的干扰进行有效的吸收。

屏蔽能有效地抑制通过空间传播的电磁干扰，一则可限制内部产生的电磁能辐射出去；二则可防止外来辐射进入，在对内部电子线路采用整体屏蔽措施，也可对内部信号线采用屏蔽线，增强其抗干扰能力。

结语

时间继电器的发展，由最早的分离器件来完成的延时，现在已有专用的CMOS时间继电器芯片来替代，无论从时间精度，延时方式都有了较大的发展，尤其近几年可编程控制器（PLC）以其通用性强、灵活性好、硬件配套齐全、编程方法简单易学及可靠性高，广泛地应用自动时间控制领域，而这种PLC的使用对现有时间继电器市场已占有了相应的市场份额，而这种趋势还有逐步扩大的势态，可能在不久的将来，PLC会在自动控制领域中起到更重要的作用。

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可控硅电子时间继电器

图是由单向可控硅组成的时间继电器电路，主要由直流电源、延时触发电路和主电路三部分组成。

220V电网电压经T降压、VD2整流、C2滤波及VDl稳压后输出约15V的直流电压。

接通电源时，直流电压经R1、RP向C1充电，经过一定延时时间后，C1上的电压达到峰点电压使单结晶体管VT导通，R3上形成的脉冲电压触发可控硅VS导通，继电器K得电吸合、其触点发生动作。

　　从电源接通到触点动作所得的时间，即为时间继电器的延时时间，其长短可由电位器RP调节。

K得电后、其常开触点闭合，将电容C1短路、使其迅速放电，为下次充电延时作好准备；此外，继电器K的触点可控制电气设备延时动作。

555工业用时间继电器电路

在时间流程中继电器吸合的定时器电路

继电器控制

继电器是我们生活中常用的一种控制设备，通俗的意义上来说就是开关，在条件满足的情况下关闭或者开启。

继电器的开关特性在很多的控制系统尤其是离散的控制系统中得到广泛的应用。

从另一个角度来说，由于为某一个用途设计使用的电子电路，最终或多或少都需要和某一些机械设备相交互，所以继电器也起到电子设备和机械设备的接口作用。

图中所示为安装在标准轨道上的各种继电器。

中间的为时间继电器。

继电器就像计算机中的基本逻辑电路一样。

由它们作为基本单元组成了各种各样的控制电路

最常见的继电器要数热继电器，通常使用的热继电器适用于交流50Hz、60Hz、额定电压至660V、额定电流至80A的电路中，供交流电动机的过载保护用。

它具有差动机构和温度补偿环节，可与特定的交流接触器插接安装。

时间继电器也是很常用的一种继电器，它的作用是作延时元件，通常它可在交流50Hz、60Hz、电压至380V、直流至220V的控制电路中作延时元件，按预定的时间接通或分断电路。

可广泛应用于电力拖动系统，自动程序控制系统及在各种生产工艺过程的自动控制系统中起时间控制作用。

在控制中常用的中间继电器通常用作继电控制，信号传输和隔离放大等用途。

此外还有电流继电器用来限制电流、电压继电器用来控制电压、静态电压继电器、相序电压继电器、相序电压差继电器、频率继电器、功率方向继电器、差动继电器、接地继电器、电动机保护继电器等等。

正是有了这些不同类型的继电器，我们才有可能对不同的物理量作出控制，完成一个完整的控制系统。

除了传统的继电器之外，继电器的技术还应用在其他的方面，比如说电机智能保护器是根据三相交流电动机的工作原理，分析导致电动机损坏的主要原因研制的，它是一种设计独特，工作可靠的多功能保护器，在故障出现时，能及时切断电源，便于实现电机的检修与维护，该产品具有缺相保护，短路、过载保护功能，适用于各类交流电动机，开关柜，配电箱等电器设备的安全保护和限电控制，是各类电器设备设计安装的优选配套产品。

该技术安装尺寸、接线方式、电流调整与同型号的双金属片式热继电器相同。

是直接代替双金属片式热继电器的更新换代的先进电子产品。

而其真正的原理还是继电器技术。

继电器技术发展到现在，已经和计算机技术结合起来，产生了可编程控制器的技术。

可编程控制器简称作PLC。

它是将微电脑技术直接用于自动控制的先进装置。

它具有可靠性高，抗干扰性强，功能齐全，体积小，灵活可扩，软件直接、简单，维护方便，外形美观等优点；以往继电器控制的电梯有几百个触点控制电梯的运行。

有一个触点接触不良，就会引起故障，维修也相当麻烦，而PLC控制器内部有几百个固态继电器，几十个定时器/计数器，具备停电记忆功能，输入输出采用光电隔离，控制系统故障仅为继电器控制方式的10%。

正因为如此，国家有关部门已明文规定从97年起新产电梯不得使用继电器控制电梯，改用PLC微电脑控制电梯。

可以看出，继电器技术在日常生活中无所不在，而且和电脑的紧密结合更加增强了它的活力，使得继电器为我们的生活更好地服务。

光电元件内置式控制电路

HSPACE=12ALT="图2：

PhotoMOS继电器的等效电路。

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PhotoMOS继电器通过图2所示的光电元件中内置的控制电路来解决上述问题。

该控制电路对于达到动作时间与恢复时间保持良好平衡的开关特性、以及对输入LED电流的高灵敏度特性，起到了最重要的作用。

光电元件内置式控制电路如图3（a）到（c）所示。

这些电路的简单说明如下：

（a）图的控制电路

该控制电路是基本型控制电路。

为了加快关断时间，关断时要使输出MOS的栅极电容放电，

新控制电路的原理PhotoMOS继电器的使用注意事项

HSPACE=12ALT="图4：

继电器的切换特性。

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PhotoMOS继电器的可靠性，是由元件自身具有的应力耐性，如对电应力、热应力、机械性应力、湿气侵入等外部应力的承受程度来决定的。

因此，如果元件结构即使有一部分较薄弱，应力造成的反应也会使该部分运行异常，造成重大故障。

为了确保PhotoMOS继电器的可靠使用，要考虑会加速引发故障的外部应力---环境因素。

环境因素通常是错综复杂的。

例如：

腐蚀造成断线就是因温度和湿度两种因素引起的。

应力可分为自然环境因素和人为因素两种情况。

自然环境因素有温度、湿度、气压、盐份、雷击造成的过电压冲击等。

其中温度和湿度是最重要的因素。

下面是使用过程应该注意的事项。

1.一般情况下，温度升高会使化学反应速度加快，因此，作为主要故障的机械性故障会由于升温而加速。

实际使用中，除该环境温度外，也需要考虑到电力消耗带来的自身发热和因此而造成的温度变化。

温度变化使热膨胀率不同的物质的接合部上发生畸变应力，反复出现会引起疲劳，造成气体密封部位密封不良、芯片焊接接合不良、焊丝断开等。

另外，断断续续使用时，必须考虑使用器械或元件自身的发热施加在元件上的温度变化造成的影响。

HSPACE=12ALT="图5：

新开发的控制电路。

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2.湿度主要是吸附在物体表面而提高表面的电导率，增大漏泄电流，引起产品特性不良、动作不良，同时，还促进化学及电化学的反应而产生金属腐蚀。

PhotoMOS继电器采用了改良树脂材料进行封装，已达到不逊色于气体密封的状态，通常使用中几乎不会出现湿度变化引起的问题。

3.人为因素造成的损坏也要注意。

例如要避免在搬运装载过程中、电路板的超声波清洗中、发生摔落过程中、安装时的掉落冲击的振动引起的破坏。

印刷电路板焊锡时的加热和焊锡过程也要按照规定的工艺进行。

4.超出产品规格的最大额定是使用不当的一种常见情况。

例如：

超过额定电压使用、超过额定负载使用等等。

建议在使用之前，认真阅读厂家提供的PhotoMOS继电器使用中的事故与故障模式。

就是在按下断电开关时,不马上切断电源,要延长一段时间才切断.因为在高电压高电流的工作场合,突然切断电源会产生电弧放电,危害人身安全.假定你的时间继电器设定为5秒，那末，时间继电器的延时通电就是---设备通电后，被继电器控制的电路或设备将在5秒钟以后通电。

延时断电是---设备通电后被继电器控制的电路或设备也同时被继电器接通电源，但5秒钟后继电器自动断开被控电路或设备的电源。

传统继电器只要分别利用常开触点与常闭触点，就可以实现延时通电与延时断电的转换。

当继电器线圈得电后的N秒后（N是继电器整定时间），触点动作（吸合或断开），而当线圈失电后，瞬间触点动作失效；而延时断电的意思是：

当继电器线圈得电后，触点瞬间动作，而线圈失电后N秒后（N是继电器整定时间），触点动作失效。