3.8. Релейное сторожевое устройство с пятизначным шифром
Электромеханическое сторожевое
устройство относится к числу наиболее простых релейных полуавтоматов, изготовление
которых в условиях радиолюбительской лаборатории не представляет больших затруднений.
При этом домашний мастер при изготовлении данного устройства может много экспериментировать,
совершенствовать не только электрическую схему, но и конструктивное исполнение,
вносить в нее необходимые изменения и дополнения. Сама принципиальная электрическая
схема является примером классического исполнения таких устройств, она дает возможность
радиолюбителю проверить большинство технологических приемов сборки и монтажа
и выполнить регулировку и настройку самыми простыми ИП и инструментами.
Такие релейные устройства
устанавливаются на входных дверях городских домов и подъездов, выполняются в
различных вариантах конструктивных и электротехнических решений. Настоящее сторожевое
устройство характеризуется достаточно высокими эксплуатационными характеристиками,
надежностью, долговечностью и простотой электрического монтажа. Разработано
сторожевое устройство для работы в жестких условиях механических и климатических
нагрузок в УХЛ, ХЛ, В как внутри охраняемых помещений, так и на открытых площадках.
Устройство устойчиво работает при температуре окружающей среды от —30 до 45
°С, при повышенной относительной влажности воздуха до 92% при температуре
25 °С и при пониженном атмосферном давлении до 5 мм рт. ст.
Работает сторожевое устройство
от сети переменного тока напряжением 220 В частотой 50 Гц или от автономного
источника питания постоянного тока напряжением 24 В, который подключается к
разъемным зажимным контактам А и Б.
Принципиальная электрическая
схема релейного сторожевого устройства приведена на рис. 3. 14. Она включает
в свой состав входные цепи с сигнальными устройствами, сетевой понижающий трансформатор
питания Т1, выпрямительное устройство, работающее на емкостный фильтр, и собственно
релейный автомат.
Подключается устройство
к сети питания с помощью электрического соединителя X1 типа «вилка» и
стандартной штепсельной розетки.
Рис. 3.
14. Принципиальная схема релейного сторожевого устройства с пятизначным шифром.
Плавкие предохранители F1 и F2, установленные на входе
электрической цепи, предназначены для защиты устройства от коротких замыканий
и перегрузок, которые очень часто возникают из-за неправильного монтажа, ошибок,
допускаемых начинающими радиолюбителями, а также из-за неисправных комплектующих
ЭРЭ. Включение и выключение электропитания устройства производится однополюсным
переключателем S1, который должен быть установлен на лицевой панели корпуса
сторожевого устройства, и, как правило, рядом с индикаторной лампой тлеющего
разряда H1. Здесь же, на лицевой панели корпуса устройства, устанавливаются
держатели предохранителей F1 и F2.
К контактным соединителям
Х2 и ХЗ подключается электрический звонок BA1, работающий
от сети переменного тока напряжением 220 В и включаемый в действие контактами
К5.2 электромагнитного реле К5.
Сетевой понижающий трансформатор
питания Т1 унифицированной конструкции позволяет обеспечить необходимую электробезопасность
при эксплуатации, регулировке и ремонте сторожевого устройства, так как на выходе
трансформатора действуют низкое переменное напряжение и небольшие токи нагрузки,
не опасные для жизни человека. Сетевой трансформатор питания обесчивает также
заданное выходное напряжение постоянного тока на выпрямителе и полную гальваническую
развязку вторичных цепей релейного автомата и цепей управления от высокого напряжения
питающей сети переменного тока.
Выпрямительное устройство
собрано по однофазной двухполупериодной мостовой схеме на четырех выпрями тельных
диодах малой мощности VD1,VD4 и оксидном конденсаторе С1, который
выполняет роль емкостного фильтра, сглаживающего пульсации выпрямленного напряжения
постоянного тока и обеспечивающего минимальную пульсацию. Выпрямитель мостового
типа характеризуется пониженным значением обратного напряжения на выпрямительных
диодах, высоким коэффициентом использования габаритной мощности сетевого трансформатора
питания Т1, повышенным уровнем пульсации на выходе выпрямителя по сравнению
с другими видами схем выпрямителей малой мощности. Одновременно выпрямитель
на четырех диодах имеет некоторые недостатки, например, повышенные потери мощности,
пониженный кпд, повышенную стоимость изготовления, невозможность установки диодов
на радиаторе охлаждения без изоляционных прокладок, сложную технологию изготовления.
Релейный автомат имеет
очень простую схему соединений, включения и работы комплектующих ЭРИ и ЭРЭ,
но отличается высокой степенью надежности и долговечности при эксплуатации,
а его сборка под силу начинающему радиолюбителю и юным техникам.
При изготовлении сторожевого
устройства использованы следующие комплектующие ЭРИ и ЭРЭ: сетевой понижающим
трансформатор питания Т1 типа ТН34-127/220-50; электромагнитные реле К1—К5
типа РЭС-9 (например, паспорт РС4.529.029-03); выпрямительные диоды VD1—VD4
типа Д237А; конденсатор С1 типа К50-6-50В-100 мкФ; резистор R1 типа МЛТ-2-470
кОм; индикаторная лампа H1 типа ТН-03; звонок электрический бытовой BA1
с напряжением питания 220 В любой конструкции и типа; предохранители плавкие
F1, F2 типа ИМ
1-0, 5 А; переключатели S1 типа П1Т-1 1, S2 — П2К; электрические
соединители X1 типа, «вилка» Х2—Х19 —"штырь". и «гнездо»
приборные покупные или самодельной конструкции, S3—S11 — КМ1-1; A,Б
,В1 и В2— разъемные соединения самодельной конструкции.
Исполнительным механизмом
сторожевого устройства является электромагнит промышленного изготовления или
втяжной соленоид типа КМ1, которые устанавливаются непосредственно на входной
двери и соединяются специальной тягой с защелкой механического замка. В устройстве
может быть применен самодельный соленоид, работающий от сети переменною тока
и включаеый параллельно звонку ВА1 вместе с последовательно соединенными
контактами реле К4.2. Конструкция такою соленоида состоит из сердечника,
катушки с обмоточным проводом, корпуса и деталей соединения соленоида с замком.
Сердечник соленоида изготавливается из электротехнической стали или мягкого
железа, имеет диаметр основного стержня 29 мм и длину до 100 мм. Если сердечник
соленоида изготавливается не круглого, а прямоугольного сечения, то и катушка
соленоида должна иметь прямоугольное отверстие с размерами 20Х20 мм. На конце
сердечника нарезана резьба М12 длиной 18…20 мм. Катушка соленоида состоит
из каркаса длиной 80…85 мм и обмоточного провода марки ПЭВ-2 диаметром 0,31
мм. Внутренние размеры катушки, куда входит сердечник, равны диаметру 20,5 мм
или квадрату с размерами 20,5Х20,5 мм. После намотки наружный диаметр катушки
составит ориентировочно 30 мм при толщине стенок каркаса до 1,5 мм. Число витков,
рассчитанных на напряжение 220 В, равно 5400, и на каждый виток действует напряжение
0,04 В.
Соленоид вместе с пружинным
механическим замком устанавливается на дверь, закрепляется винтами по разметке
после проверки хода ригеля и надежного запирания двери. Для соединения соленоида
с пружинным механизмом производится соответствующая доработка замка. Для увеличения
тяговой силы соленоида необходимо с другого конца отверстия катушки закрепить
дополнительный сердечник из электротехнической стали длиной 15…20 мм.
Электрический переключатель
S2 является блокировочным и устанавливается также на входной двери. Его
контакты размыкаются при
открывании двери и вновь замыкаются при закрывании. Это соответствует тому,
что при открывании дверей все обмотки реле К1—К4 обесточиваются и их
контакты возвращаются в исходное положение, подготавливая релейный автомат к
следующему набору шифра и приходу нового посетителя, знающего этот шифр.
Соединение контактов блокировочного
переключателя и подключение соленоида к источникам электропитания производятся
высокопрочным кабелем с двойной изоляцией, который прокладывается по косяку
двери и стене к пульту управления и кнопкам дешифратора.
Работает релейное сторожевое
устройство следующим образом. После включения сторожевого устройства в сеть
переменного тока или к постоянному источнику питания и замыкания контактов переключателя
S1 напряжение сразу же подается на сетевой трансформатор питания Т1 и
выпрямительное устройство, подготавливая его к эксплуатации, если перед этим
был установлен соответствующий шифр. Как следует из приведенной на рис.3.13
принципиальной схемы, кодирующие вставки соединителей замыкают контакты А2—Х4,
A3—Х6, А4—Х8, А7— X14, таким образом набирается шифр из пяти цифр 2, 3,
4, 6 и 7. В оставшиеся гнезда вставлены вилки Х2, Х10, Х16, Х18, соединенные
с обмоткой реле К5.
Дешифровка кода и открывание
двери могут производиться только в строго указанной последовательности:
сначала необходимо нажать
кнопку переключателя S4, соответствующую первой цифре шифра 2, затем
S5, S6, S8 и S9. Любое нажатие кнопок в другой последовательности
к положительному результату не приводит, а если будут нажаты кнопки не из установленного
шифра, то всегда произойдет общий сброс и устройство возвратится в исходное
состояние. Например, если после правильного набора нескольких первых цифр, при
которых срабатывают последовательно реле K1, К2, КЗ, будет нажата кнопка
переключателя S3, то питание будет подано на электромагнитное реле К5,
которое сработает и своими контактами K5.1 разомкнет питание реле К1,
и произойдет общий сброс всех правильно набранных первых цифр шифра.
При правильном наборе шифра,
когда нет ошибок, происходят следующие переключения. После нажатия на кнопку
переключателя S4, соответствующую цифре 2
сработает реле К1, подготавливая устройство защиты к набору второй цифры
шифра, так как будут замкнуты контакты К1.1, блокирующие электропитание
реле К1, и одновременно будут замкнуты контакты К1.2, подготавливающие
подачу питания на реле К2 и т.д. После нажатия на кнопку S5, соответствующую
второй цифре шифра 3, питание с выпрямителя будет подано на обмотку реле К2
через цепочку S5, Х7, Х6, A3, К1.2 на К2. После срабатывания К2
контакты К2.2 подготавливают эту цепочку к подаче напряжения на реле
КЗ и набору следующей цифры шифра. Контакты К2.1 самоблокируют
подачу питания на реле К2. После нажатия на кнопку переключателя S6,
соответствующую третьей цифре правильного кода, питание подается на обмотку
реле КЗ, оно срабатывает, замыкая свои контакты КЗ.1 и КЗ.2.
При этом замкнутые контакты К.3.1 самоблокируют питание реле КЗ,
а контакты КЗ.2 подготавливают устройство к подаче напряжения питания
на обмотку реле К4.
Теперь, правильно набирая
предпоследнюю цифру шифра 6, необходимо нажать на кнопку переключателя S8
и подать напряжение питания на реле К4 по электрической цепи S8, Х13,
Х12, А6, КЗ.2, обмотка реле К4, K5.1, S2. Реле К4, срабатывая,
замыкает свои контакты К4.1 и К4.2. Контакты К4.1 самоблокируют
питание реле после отпускания кнопки переключателя S8. Контакты К4.2
замыкают цепь питания электромагнита КМ1 или соленоида, подготавливая
его к срабатыванию. После нажатия на кнопку переключателя S9 электропитание
подается на электромагнит КМ1, который, срабатывая, открывает замок на
входной двери.
Необходимо отметить, что
при нажатии на любые кнопки переключателей S3, S7, S10 и S11 напряжение
электропитания подается на обмотку реле К5, которое замыкает контакты
К5.2 и размыкает контакты K5.1. При замыкании контактов электропитание
сети переменного тока подается на электрический звонок, который будет работать
в течение времени нажатия на указанные замыкающие кнопки. В некоторых случаях,
для большей скрытности кодирования, цепь звонка исключают из схемы. Контакты
К5.1 в разомкнутом состоянии обесточивают питание всех обмоток реле К1—К4,
которые не позволяют сработать всей системе.
При правильной сборке и
монтаже из заведомо исправных
ЭРЭ релейное устройство в настройке не нуждается. Оно начинает работать сразу
же после включения в сеть.
Вместо покупного унифицированного
трансформатора питания в устройстве можно применить самодельный трансформатор,
не уступающий по своим техническим характеристикам трансформатору типа ТН, но
при условии правильного выполнения всех операций изготовления и соблюдения передовой
технологии. Большинство основных технологических приемов не требуют значительной
подготовительной работы. Основные из этих приемов изложены в предыдущих главах
справочника, отступления от которых приводят к нежелательным последствиям. Моточные
данные сетевого понижающего трансформатора питания Т1 самодельной конструкции
с уменьшенным числом обмоток приведены в табл. 3.13.
Таблица
3.13. Моточные данные сетевого понижающего трансформатора питания Т1,
примененного в релейном сторожевом устройстве с пятизначным шифром
Основные
электрические параметры
и технические
характеристики
релейного
сторожевого устройства с пятизначным шифром
Номинальное
напряжение питающей сети
переменного
тока, В .................... 220
Номинальная
частота питающей сети
переменного
тока, Гц .................... 50
Коэффициент
нелинейных искажении питающей сети переменного тока, %, не более..............
10
Номинальное
напряжение питающего автономного
источника
постоянного тока, В.............. 24
Пределы изменения
напряжения питающей сети переменного тока, В..................... 187… 245
Пределы изменения
частоты питающей сети
переменного
тока, Гц.................... 49… 51
Пределы изменения
напряжения постоянного тока
автономного
источника питания, В........... 20… 25
.
Напряжения
на выводах обмоток сетевого унифицированного трансформатора питания. В:
1 и 2;
4 и 5 ......................... 110
7 и 8;
9 и 10 ........................ 6,3
11 и 12;
11 и 15 ......................5
11 и 13;
14 и 16 ..................... .6,3
Напряжение
питания реле постоянного тока, В .... 24
Время готовности
сторожевого устройства после включения напряжения питания, с, не более .....
0,2
Время срабатывания
устройства после набора одной цифры шифра, с, не более ............ 0,1
Количество
одновременно охраняемых объектов, шт . 1 Максимальное количество цифр шифра,
шт ..... .9
Количество
вариантов набора шифра, шт ........ 362 880
Сопротивление
изоляции токоведущих проводников и частей устройства относительно металлического
корпуса и между собой, МОм, не менее ........ 20
Помехозащищенность
релейного автомата при воздействии внешнего электромагнитного поля;
дБ, не менее
.......................... 100
Срок службы,
ч, не менее .................. 4000
Вероятность
безотказной работы устройства при риске заказчика в = 0,9, не менее ........
0,98
кпд, %,не
менее ........................ 82
Условия эксплуатации:
температура
окружающей среды, °С ........ —25…+45
относительная
влажность воздуха при температуре 22 °С, %, не более ...................
95±3
пониженное
атмосферное давление воздуха, кПа (мм рт. ст.) ......................... 53,3
(400)
