2.11. ПРОСТОЙ РЕЛЕЙНЫЙ ОХРАННЫЙ АВТОМАТ

Релейный автомат предназначен для установки на входных дверях жилых домов, помещении, внутренних дверях производственных объектов и т. д.

В устройстве применены покупные комплектующие ЭРИ и ЭРЭ, которые рассчитаны на эксплуатацию в условиях климатических и механических нагрузок. Это устройство, конструктивно изготовленное достаточно герметично, может работать при температуре окружающего воздуха от —30 до 45 °С, при относительной влажности окружающей среды до 90% при температуре 25 °С и при пониженном атмосферном давлении до 5 мм рт. ст.

Работает релейный автомат от сети переменного тока напряжением 220 или 127 В частотой 50 Гц. Источник электропитания может быть выполнен в двух вариантах:

в виде встроенного узла, составляющего единое целое с релейным автоматом, и в виде автономного источника постоянного тока напряжением 24 В.

Принципиальная электрическая схема простого релейного охранного автомата приведена на рис. 2. 11. Рассматриваемый релейный автомат включает при правильном наборе шифра электромагнит открывания дверей. Шифр автомата устанавливается включением перемычек, три из которых являются рабочими, а остальные фальшивыми. Таким образом, расшифровка заключается в правильном наборе трех цифр шифра на специальном щитке с кнопками. Следует заметить, что каждой цифре кода соответствует своя кнопка, которую необходимо нажать при наборе. Порядок соединения контактов переключателей должен быть строго определенным.

Как следует из электрической схемы, релейный автомат включает в свой состав входные цепи, сетевой понижающий трансформатор питания Т1, выпрямительное устройство для электропитания обмоток реле, схему релейного автомата, выходные цепи и ИМ со звуковой или световой сигнализацией.

Подключение релейного автомата к сети переменного тока обеспечивается электрическим переключателем X1 типа «вилка» и штепсельной розеткой. Малогабаритный двухполюсный переключатель S1 служит для подачи электропитания на ИМ, электрический звонок и релейный автомат. На входе устройства собран емкостный фильтр на конденсаторах С1 и С2, защищающий его от ложных срабатываний и электромагнитных помех, которые проникают в сеть питания. Два плавких предохранителя F1 и F2 защищают входные цепи и элементы схемы от перегрузок и коротких замыканий, которые могут возникнуть по различным причинам: из-за неисправности ЭРЭ, неправильного монтажа элементов, неправильного включения трансформатора и др.

Сетевой понижающий трансформатор питания Т1, примененный в охранном устройстве, относится к числу унифицированных трансформаторов типа ТПП. Он рассчитан на подключение к сети переменного тока напряжением 110, 127, 220 и 237 В. На выводах вторичных обмоток трансформатора действует переменное напряжение от 2, 5 до 10 В. Изготавливается трансформатор на витом ленточном магнитопроводе типа ШЛ или ШЛМ с уменьшенным расходом меди. Наматывается одна катушка, которая устанавливается на центральный стержень с активной площадью поперечного сечения стали не менее 6,5 см2. Вместо унифицированного покупного трансформатора питания можно применить самодельный, изготовленный в соответствии с техническими характеристиками, изложенными в табл. 2.15. Сетевой трансформатор можно изготовить на магнитопроводе, шихтованном из пластин электротехнической стали типа Ш20х30 с двумя или тремя обмотками.

Сетевой трансформатор Т1 выполняет функцию трансформации высокого напряжения переменного тока 220 В в низкое напряжение, не превышающее 24В; обеспечивает гальваническую развязку первичных и вторичных цепей релейного автомата, относительную электрическую безопасность при работе с низковольтным напряжением, электропитание маломощного паяльника, расчетное значение выпрямленного напряжения постоянного тока, необходимого для электропитания электромагнитных реле К.1—К.4.

Если у радиолюбителя есть трансформатор, но неизвестны его тип и электрические параметры, то необходимо, пользуясь простым омметром, определить расположение выводов всех обмоток трансформатора. Как правило, вторичная отмотка трансформатора имеет сравнительно небольшое число витков достаточно толстого

Таблица 2.15.Моточные данные сетевого понижающего трансформатора питания Т1, примененного в простом релейном охранном автомате

провода, значит, по этому признаку можно предварительно определить выходные обмотки. Но иногда это сделать невозможно, если таких обмоток много и они предназначены для выполнения различных функций (накальные, анодные, для питания ППП и др.).

При наличии зазора между катушкой и магнитопроводом на катушку поверх обмоток наматывают одну дополнительную обмотку с максимально возможным количеством витков. На одну из вторичных обмоток этого трансформатора подают напряжение переменного тока 5 В. Измерив напряжение на каждой обмотке трансформатора, в том числе и на дополнительной, определяют число витков любой обмотки по известным формулам, пользуясь исходными данными.

На выходе сетевого трансформатора собран полупроводниковый выпрямитель на четырех диодах по однофазной двухполупериодной мостовой схеме. Так как на выходе вторичных обмоток трансформатора действуют напряжения переменного тока меньше расчетного значения, необходимо включить вторичные обмотки последовательно, как показано на схеме. Выпрямитель, собранный по мостовой схеме, имеет ряд положительных и отрицательных параметров и характеристик. К положительным относятся: повышенная частота пульсации выпрямленного напряжения постоянного тока на выходе выпрямителя; уменьшенная величина обратного напряжения, действующего на комплекте выпрямительных диодов; более полное использование габаритной мощности сетевого трансформатора Т1. К отрицательным — несколько увеличенные потери мощности, более низкий кпд, невозможность установки выпрямительных диодов на одном металлическом радиаторе без промежуточных изоляционных прокладок, повышенный расход полупроводниковых диодов и более высокая стоимость изготовления этого выпрямителя.

Выпрямитель работает на емкостный фильтр, собранный па электролитическом конденсаторе СЗ, который служит для дополнительного сглаживания пульсации постоянного тока.

На выходе вторичных обмоток сетевого трансформатора в режиме номинальной нагрузки действует переменное напряжение: на выводах 11 и 12 действует напряжение 10 В, если на первичную обмотку подано напряжение 220 В (выводы 2 и 9); на выводах 13 н 14 — 10 В; на

выводах 15 и 16 — К) В; на выводах 17 н 18 — 10 В; на выводах 19 н 20 — 5В и на выводах 21 и 22 — 5 В.

В данном автомате применен трехзначный шифр, который набирается установлением перемычек между соединителями Х2 Х15. Как видно из схемы, перемычки между контактами Х2 н ХЗ, Х8 и Х9, X11 и Х15 соединены между собой и подключены к обмотке реле К4. Перемычки между Х4 и Х5 соединяются с обмоткой реле К1, перемычка между X6 и Х7 соединяется с обмоткой реле К2 и перемычка между контактами Х10 и X11 — с обмоткой реле КЗ. Таким образом, рабочими перемычками в данном наборе являются перемычки между контактами Х4 и Х5, Х6 и Х7, X10 и X11. Остальные перемычки - дежурные. Следует заметить, что в данном случае зашифровано число 235, но если переставить эти перемычки, то можно установить практически любое число, составленное из цифр от 1 до 7.

Для того чтобы войти в помещение, необходимо последовательно, в установленном порядке нажать кнопки переключателей S4, S5 и S7. Каждой цифре соответствует своя кнопка, которая нажимается при наборе номера. При этом первая цифра шифра всегда является вилкой, подключаемой к контакту Х5, вторая цифра соответствует вилке, подключаемой к контакту Х7, и третья цифра кода соответствует вилке, подключаемой к контакту X11. Теперь, если надо зашифровать номер, например 751, то необходимо вилку с контакта Х5 переключить на контакт Х15, вилку с контакта Х7 — на контакт X11, а вилку с X11 — на контакт ХЗ. Остальные вилки, соединенные с обмоткой реле К4, подсоединить к оставшимся свободными контактам.

Релейный автомат работает следующим образом. Зная установленный шифр — 235, сначала нажимается кнопка переключателя S4, соответствующая цифре 2, тем самым подается постоянное напряжение на обмотку реле К1, которое срабатывает, переключая свои контакты. Замкнутые контакты реле К1.1 блокируют нажатую кнопку S4, и ее можно отпустить — реле К1 останется под напряжением; затем нажимается кнопка S5, контакты которой замыкают цепь питания реле К2, оно срабатывает, замыкая свои контакты К2.1 и К2.2. Контакты К2.1 самоблокируют питание реле К2, а контакты К2.2 подготавливают реле КЗ к срабатыванию, если следующая цифра также будет набрана правильно. И теперь, нажав на кнопку S8, соответствующую цифре 5, напряжение будет подано на реле К3. Контакты сработавшего реле КЗ (КЗ.1) заблокируют питание этого реле, а контакты КЗ.2 при замыкании подадут питание на электромагнит, установленный на двери. Сердечник ЭМ1 втягивается внутрь обмотки и открывает механический замок.

Электромагнитные реле К1-КЗ остаются включенными в течение всего времени набора шифра и до тех пор, пока дверь не будет oткрыта, то есть будут разомкнуты контакты конечного выключателя S2, установленного скрытно на дверях. Эти контакты включены последовательно с обмотками электромагнитных реле. При размыкании контактов S2 питающее напряжение снимается со всех реле. Они обесточиваются, подготавливая автомат к приходу следующего посетителя.

Для защиты объекта от вторжения посторонних лиц, не знающих шифра, в принципиальную схему включено дополнительное электромагнитное реле К4. Его обмотка соединена с вилками контактов ХЗ, Х9, Х13, Х15, которые соединены со свободными контактами. И только стоит нажать на одну из этих кнопок, как реле К4 сработает и разомкнет контакты К4.1 и цепь питания реле.

Теперь, если посторонним лицом были случайно правильно набраны одна или две цифры кода, они сбросятся, и придется набирать весь шифр снова, с самого начала. Причем одновременно со сбросом набранных цифр прозвенит звонок ВА1, питание на который подается через контакты К4.2 при срабатывании реле К4.

При изготовлении релейного автомата использованы следующие комплектующие ЭРИ и ЭРЭ: выпрямительные диоды VD1— VD4 типа КД105Б; электромагнитные реле К1—КЗ типа РЭС-9, РСМ, РВМ-2С-110; самодельный или покупной сетевой понижающий трансформатор питания Т1 типа ШЛМ; конденсаторы С1 типа МБМ-II-750В-0.05 мкФ, С2 — МБМ-II-750В-0,05 мкФ, СЗ — К50-3-50В-100 мкФ; предохранители F1. F2 типа ПМ-1-0,5 А; электрические соединители X1 типа «вилка», Х2—Х15 типа КМЗ-1; светодиод HL1 типа АЛ307В; диод VD5 типа Д223; резистор R1 типа МЛТ-0,25-2,4 кОм; переключатели S1 двухполюсный типа ТП2-1 или П2Т-1-1, S2 — КМ1-1, S3— S9 — КП-1 с одним постоянно разомкнутым контактом; электромагнит ЭМ1 самодельной конструкции или покупной с напряжением питания 220 В; звонок электрический ВА1 покупной.

Конструктивно релейный автомат состоит из нескольких самостоятельных сборочных единиц: шифровальной и дешифровальной сборки, в которой устанавливаются малогабаритные приборные контакты и перемычки; выпрямительного устройства с электромагнитными реле;

электромагнита в качестве ИМ и замка с защелкой;

кнопочной коробки; электрического звонка и сигнальной лампы.

Соединения всех узлов и сборок между собой рекомендуется осуществлять с помощью электрических соединителей. Многие детали конструкции можно изготовить в домашней мастерской (особенно те, которые входят в механический замок).

Сетевой трансформатор, выпрямительное устройство и электромагнитные реле монтируются в пластмассовой или металлической коробке подходящих размеров, которая устанавливается в охраняемом помещении недалеко от входной двери. На передней панели корпуса коробки укрепляются гнезда или приборные клеммы. На вилках, подключенных проводниками к электромагнитным реле К1—КЗ, необходимо написать номера этих реле, что позволит быстро и безошибочно устанавливать ежедневный шифр из трех знаков. Остальные вилки от реле К4 не обозначаются, так как они вставляются в свободные гнезда.

Для монтажа подходят любые электромагнитные реле, рассчитанные на 24 В и имеющие нормально замкнутые и нормально разомкнутые контакты. В качестве выпрямительных диодов можно применить выпрямительные диоды типа Д202—Д205.

Электромагнит вместе с пружинным механическим замком устанавливается на входной двери. Замок дорабатывается в следующем порядке. Необходимо сначала снять крышку и вынуть подвижную часть замка. На его направляющих просверливаются два отверстия диаметром по 2 мм, в которые вставляются стальные проволочные тяги. На боковой поверхности замка просверливаются тоже два отверстия диаметром до 4 мм, через которые пропускаются эти проволочные тяги. Замок вновь собирается, крышка возвращается на место. Устанавливая замок и электромагнит на место, надо обратить внимание на длину рычага, входящего в замок от открывающегося ключом механизма. Длина проволоки определяется по месту.

В релейном автомате может быть применен соленоид, изображенный на рис.2.12. Условно в состав конструкции соленоида входят неподвижный и жестко укрепленный в

Рис. 2.12. Конструкция соленоида.

задней части катушки соленоида дополнительный сердечник 1; диэлектрический каркас катушки 2 с обмоточным проводом 3 марки ПЭЛ, ПЭВ-1 или ПЭВ-2; к вспомогательному сердечнику 1 прикреплена(приклеена)тонкая шайба из картона или бумаги 4; провод катушки сверху закрыт изоляционной лентой 5 или плотным диэлектрическим кожухом; сердечник соленоида 6, который так же, как и вспомогательный сердечник, изготавливается из мягкого железа (электротехнической стали марок 3311, 3312, 3313). На катушку соленоида надо намотать рядовой намоткой 4500 витков обмоточного провода марки ПЭВ-1 диаметром 0,31 мм. Дополнительные детали конструкции соленоида необходимо выполнить при его установке вместе с замком на входной двери по эскизному рис. 2.13, где 1 — соленоид; 2 — переходная соединительная втулка; 3 — стальная проволочная тяга (2 шт);

4 — ригельный замок; 5 — входная дверь.

Электрическое соединение всех узлов релейного автомата осуществляется многожильным кабелем в электропрочной изоляции. В местах перегибов монтажных проводов, например между дверью и стеной, на кабель надеваются мягкие резиновые трубки и оставляется некоторый запас кабеля. Это предохранит его от перетирания при частом открывании входных дверей.

Дверную блокировочную кнопку-переключатель тоже можно изготовить самостоятельно из двух латунных пластинок, первая из которых укрепляется на подвижной части двери, а вторая — на косяке или коробке двери.

Рис. 2.13. Установка соленоида и механического замка на входной двери охраняемого объекта.

Правильно собранная электромонтажная схема релейного автомата начинает работать сразу же после включения электропитания.

Радиолюбитель, выполняя различные электромонтажные работы, должен знать основные правила безопасности, позволяющие сделать минимальным воздействие неблагоприятных факторов в отношении не только себя, но и окружающих.

При работе с электричеством необходимо любые действия производить вдали от водопроводных труб, радиаторов парового отопления и ванн, исключить даже случайное прикосновение к ним; заменять детали при ремонте следует только после отключения блоков релейного автомата от сети, обязательно вынимая вилку со шнуром питания из сетевой розетки; после отключения источника электропитания обязательно разрядить конденсатор СЗ;

нельзя проверять исправность плавких предохранителей в устройстве путем замыкания их.

Основные электрические параметры и технические характеристики простого релейного охранного автомата

Номинальное напряжение питающей сети неременного тока, В ....................... .220 или 127

Номинальная частота питающей сети переменного

тока, Гц ............................ .50

Номинальное напряжение автономного источника

питания постоянного тока, В .............. .24

Номинальное напряжение питания электромагнитных реле, В ......................... .24

Коэффициент нелинейных искажений питающей сети переменного тока, %, не более ......... .10

Пределы изменения напряжения питающей сети переменного тока, В .................... .187...242 или

110... 140

Пределы изменения напряжения автономного

источника питания, В ................... 20...25

Пределы изменения частоты питающей сети

переменного тока, Гц ................... 49...51

Напряжение на выводах вторичных обмоток сетевою трансформатора питания Т1, В:

11 и 12, 13 и 14, 15 и 16, 17 и 18 ......... 10

21 и 22, 23 и 24 ..................... 2,5

Количество одновременно охраняемых объектов, шт . . 1

Количество цифр в шифре, шт .............. 3

Количество вариантов комбинации релейного

автомата при наборе шифра, шт ............ 1000

Максимальная мощность релейного автомата при

срабатывании электромагнита, Вт, не более .... 100

Количество разрядов кодовой комбинации ....... 7

Срок службы, ч, не менее .................. 10 000

Сопротивление изоляции реле в нормальных условиях эксплуатации, МОм, не менее .......... 20

Время отпускания реле, мс, не более .......... 7

Вероятность безотказной работы автомата при

риске заказчика в=0,92, не менее .......... 0,98

Задержка времени срабатывания релейного автомата, с, не более ..................... 0,5

Ток, потребляемый устройством в режиме холостого хода, мА, не более .................. 20

Минимальная мощность электромагнита, Вт ..... 60

Условия эксплуатации:

температура окружающей среды, °С ......... —25. ..4-45

относительная влажность воздуха при температуре 25 °С, %, не более ................. 92

атмосферное давление, мм рт. ст. ........... 200...900

Рис. 2.11.Принципиальная схема простого релейного охранного автомата.