В производственных помещениях, где перерабатывается влажная слизистая продукция, рабочие мокрыми руками с помощью кнопок управляют различными механизмами: транспортёрами, вакуумниками, мясорубками и т. п. Ремонтному персоналу приходится сталкиваться с определённым недугом: электромеханические кнопки управления перестают функционировать, часто заедают, контакты загрязняются. Для защиты таких электромеханических кнопок применяют защитные силиконовые колпачки, но и они служат недолго. Практика показала, что спустя какое то время в силиконе образовываются трещины, через которые попадает жижа и кнопки снова приходят в негодность.Чтобы модифицировать данный процесс пришлось применить пьезокнопки. Эти кнопки хороши тем, что могут эксплуатироваться в условиях экстремальных воздействий окружающей среды. Для управления несколькими исполнительными механизмами на расстоянии, возникает необходимость устанавливать соответствующее количество пьезокнопок и тянуть пучок проводов. Тем более если пьезокнопка с подсветкой, то нужно обеспечить питание для индикаторного светодиода, который встроен в кнопку. И чем больше кнопок, тем больше нужно протягивать жил, проводов для работы этих кнопок. В этой статье речь пойдёт об устройстве, с помощью которого можно будет организовать связь между кнопками и реле по трём проводам, тем самым убавить количество проводов до минимума! Связь между пультом управления и блоком исполнительного реле осуществляется с помощью трёхжильного кабеля. 1 — питание, 2 — сигнал, 3 — общий.

См. структурную схему устройства: при нажатии на первую верхнюю зелёную кнопку срабатывает первое верхнее реле и его контакты удерживаются в течении 500 мс, затем отпускаются. Все кнопки и реле идентичны. Питается пульт управления через кабель напряжением 5в.

Пульт управления состоит из восьми пьезокнопок, заключённых в герметичную коробку из нержавеющей стали, из которой через гермоввод выходит трёхжильный провод.

Коротко о пьезокнопке: функционально пьезокнопка является аналогом механической кнопки, не требующего источника питания. Она представляет собой твёрдотельный корпус, в котором отсутствуют движущиеся части. Под передней её частью находится пьезоэлемент, который реагирует на сжатие. Коммутация выполняется с помощью транзисторов, которые находятся внутри кнопки. Кроме этого в кнопке расположен индикаторный светодиод с ограничительным резистором. см. рис:

Исполнительный блок реле изготовлен на печатной плате с электронными компонентами и выходными реле.

Рассмотрим электрическую принципиальную схему пульта управления:

Сердцем пульта управления является микроконтроллер PIC16F628A. Пъезокнопки подключены к соответствующим входам МК и зашунтированы помехозащищёнными конденсаторами 0,1 мк. Светодиоды пьезокнопок подключены к соответствующим выходам МК. Так как ограничительные резисторы для светодиодов находятся непосредственно внутри кнопок, поэтому на схеме отсутствуют. При нажатии на какую либо из кнопок на входах МК появляется низкий уровень. МК обрабатывает сигнал и посылает на соответствующий индикаторный светодиод прерывистый импульс, который вызывает кратковременное мерцание светодиода, в знак того, что сигнал от кнопки получен, а c вывода (выв. 16) снимается сигнал — закодированная пачка импульсов, см рис:

Сигнал через развязку, выполненную на оптопаре PC817, поступает на базу транзистора КТ209А, коллектор которого подключен к выходной клемме устройства. Питается схема через кабель от блока исполнительного реле.

Схема исполнительного блока реле так же выполнена на микроконтроллере PIC16F628A, изображена на рисунке:

Питается схема исполнительного блока реле от источника стабилизированного напряжения 12 в, 500 мА. Это напряжение необходимо для питания электромагнитных реле постоянного тока. Напряжение с питающей клеммы поступает на блокировочный конденсатор и на шину питающую реле, а от туда на линейный стабилизатор напряжения, выполненный на микросхеме L7805. С выхода стабилизатора, преобразованное напряжение 5 в поступает на (выв. 14) микроконтроллера PIC16F628A. В состоянии покоя схема находится в ждущем режиме. Как только на пульте управления будет нажата любая кнопка, закодированный сигнал поступит на вход устройства, через защитную оптопару на вход микросхемы (выв.4). Микроконтроллер опознает посланный сигнал, откроется транзистор, сработает соответствующее реле и своими контактами включит исполнительный механизм — магнитный пускатель, например. Вспыхнет индикаторный светодиод.

Печатная плата исполнительного блока реле выполнена из одностороннего стеклотекстолита толщиной 1,5 мм, размеры 85х115 мм:

Печатная плата пульта управления выполнена из одностороннего стеклотекстолита толщиной 1,5 мм, размеры 40х60 мм:

Для удобства подключения пьезокнопок в плату впаяны зажимные клеммники, которые снял с использованных плат ПРА люминесцентных ламп:

Подключение кнопок к блоку управления: очевидно, что у пьезокнопок очень много проводов и тянуть такой пучок до щита управления было бы не целесообразно.

Схема подключения исполнительного блока реле, практическое применение: в данном блоке используются реле NRP07-C12D с переключающей контактной группой. На примере показана пусковая схема двигателя транспортёра. В состоянии покоя катушки реле находятся в обесточенном состоянии. В нижнем реле с зелёным светодиодом используется открытый контакт, а в верхнем реле (на рисунке второе с низу) с красным светодиодом используется закрытый контакт. При нажатии на кнопку «пуск» пульта управления на исполнительном блоке срабатывает нижнее реле и вспыхивает зелёный светодиод. Фазное напряжение через нормально закрытый контакт верхнего реле, затем через замкнувшийся контакт нижнего реле поступает на катушку магнитного пускателя, который срабатывает и своим блок-контактом блокируется. Запускается транспортёр. При нажатии на кнопку «стоп» пульта управления срабатывает верхнее реле, вспыхивает красный светодиод, контакт размыкается, цепь рвётся, пускатель возвращается в исходное состояние и двигатель транспортёра останавливается.

Особое внимание следует уделить цепочке защиты от индуктивных выбросов. Параллельно катушкам реле подключены защитные диоды 1N4004, которые защищают выходные транзисторы от импульсного всплеска в момент отключения реле. Также немаловажно установить снабберную цепь параллельно катушке магнитного пускателя — резистор 39 Ом последовательно с конденсатором 0,1мк. В противном случае система может дать сбой.

Пульт управления с кнопками установлен в цехе:

Детали

Все выводные компоненты размещены на основной лицевой стороне печатных плат. Со стороны дорожек припаяны планарные резисторы и конденсаторы. Если вас не пугают габариты печатных плат, то можно использовать компоненты других типов, но тогда придётся изменить чертежи печатных плат. Вместо диодов 1N4004 подойдут диоды 1N4004-1N4007 или отечественные аналоги КД243Г, Д226Б. Транзисторы КТ815 можно заменить на КТ817, BD135, BD137, BD139. Транзистор КТ209А заменим на КТ361Б. Электролитические конденсаторы на напряжение не ниже 16в. В качестве соединительного кабеля можно использовать трёхжильный провод ПВС 3Х0,75. В качестве блока питания использовал импульсный источник 220/12в — выходной ток 1,25А

Правильно собранная конструкция после прошивки МК начинает работать сразу и в настройке не нуждается.

При работе и сборке соблюдайте ПРАВИЛА ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТИ!

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Магазин	Мой блокнот
MK	МК PIC 8-бит	PIC16F628A	2
V	Биполярный транзистор	КТ815А	8	n-p-n
V	Биполярный транзистор	КТ209А	1	p-n-p
R	Резистор	680 Ом	1	0,25 Вт
R	Резистор	2.2 кОм	2	0,25 Вт
R	Резистор	3.6 кОм	8	0,25 Вт
R	Резистор	47 кОм	8	0,25 Вт
R	Резистор	510 Ом	1	0,25 Вт
R	Резистор	6.8 кОм	1	0,25 Вт
R	Резистор	33 Ом	1	0,25 Вт
R	Резистор	1.5 кОм	1	0,25 Вт
С	Электролитический конденсатор	100 мк	3	16 в
С	Конденсатор	0.1 мк	9	63 в
С	Конденсатор	0.047 мк	1	63 в
Р	Реле	NRP07-C12D	8	12 в
Д	Выпрямительный диод	1N4004	8	1 А, 400 в
VD	Линейный регулятор	L7805AB	1	5 в
U	Оптопара	PC817	2
КН	Пьезокнопка зелёная	IP68	4	NO
КН	Пьезокнопка красная	IP68	4	NO
	Конденсатор	0.1 мк 630в	1	снаббер
	Резистор	39 Ом 1Вт	1	снаббер