СТЕНД ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ОСНОВ РЕЛЕЙНОЙ АВТОМАТИКИ Российский патент 2004 года по МПК G09B23/18 

Изобретение относится к области обучающих устройств и может быть использовано для демонстрации и получения практических навыков работы с электрическими схемами, в частности с устройствами управления на базе электромагнитных реле

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является учебный стенд по электронике (РФ, патент №2067779, G 09 В 23/18). Известное устройство содержит блок питания, соединенный через устройство коммутации с блоком электрических схем, включающий представленные в виде накладных панелей моделируемые функциональные узлы электрических схем, блок защиты от короткого замыкания.

Недостатком данного устройства является ограниченное количество исследуемых электрических схем, невозможность изменения и измерения параметров электрических элементов внутри схемы, отсутствие возможности точного количественного измерения электрических параметров схем.

Задача, решаемая изобретением, - расширение дидактических и экспериментальных возможностей, в частности возможность определения временных параметров схем релейной автоматики.

Указанная задача решается за счет того, что в стенд, содержащий блок питания, подключенный к устройству коммутации, блок электрических схем, соединенный с блоком зашиты от короткого замыкания, дополнительно введены блок управления и блок генераторов импульсов, выходы которых подключены к входам устройства коммутации, блок индикации и счетчик импульсов (таймер), входы которых подключены к выходам устройства коммутации, которое через блок защиты от короткого замыкания соединено с блоком электрических схем, выполненным в виде наборного поля, содержащего набор радиоэлектронных элементов (диоды, резисторы, конденсаторы, электромагнитные реле и т.д.), электрически не связанных друг с другом, и контактные гнезда, к которым присоединены выводы радиоэлектронных элементов, также к наборному полю подключены выводы обмотки и контактов вспомогательного реле. Для определения времени срабатывания контактов электромагнитного реле, входящего в состав радиоэлектронных элементов наборного поля, неподвижная часть нормально замкнутого контакта этого реле через блок защиты от короткого замыкания и устройство коммуникации подключена к счетному входу счетчика импульсов, а подвижная часть контакта этого реле соединена с подвижной частью нормально разомкнутого контакта вспомогательного реле, а неподвижная часть нормально разомкнутого контакта этого реле через наборное поле, блок защиты от короткого замыкания и устройство коммуникации подключена к блоку генераторов импульсов, вход "сброс" счетчика импульсов подключен через устройство коммутации к блоку управления. Для определения времени отпускания контактов электромагнитного реле, входящего в состав радиоэлектронных элементов наборного поля, неподвижная часть нормально разомкнутого контакта этого реле через блок защиты от короткого замыкания и устройство коммуникации подключена к счетному входу счетчика импульсов, а подвижная часть контакта этого реле соединена с подвижной частью нормально замкнутого контакта вспомогательного реле, а неподвижная часть нормально замкнутого контакта этого реле через наборное поле, блок защиты от короткого замыкания и устройство коммуникации подключена к блоку генераторов импульсов, вход "сброс" счетчика импульсов подключен через устройство коммутации к блоку управления.

Предложенное техническое решение имеет следующие отличительные от прототипа признаки.

Введение блока генераторов импульсов, счетчика импульсов и вспомогательного реле позволяет исследовать динамические характеристики, в частности временные характеристики срабатывания и отпускания контактов электромагнитного реле.

Блок индикации позволяет удобно контролировать влияние входных воздействий на элементы изучаемой электрической схемы.

Выполнение блока электрических схем в виде наборного поля с набором радиоэлектронных элементов, электрически не связанных друг с другом, позволяет из ограниченного набора элементов собирать и изучать большее количество электрических схем путем последовательного/параллельного подключения электрических элементов, изменять параметры самой изучаемой схемы и ее отдельных элементов.

Включение блока защиты от короткого замыкания между устройством коммутации и наборным полем позволяет защитить от КЗ задатчики входных сигналов и исследуемую электрическую схему при некорректных действиях обучаемого. Блок защиты от короткого замыкания содержит аналоговые ключи, позволяющие передавать сигнал как в прямом, так и в обратном направлениях.

Предложенное техническое решение позволяет изучать при ограниченном наборе электрических элементов большее количество электрических схем, их отдельных фрагментов, анализировать их параметры, получать точные количественные характеристики. Стенд для изучения основ релейной автоматики представляет собой многофункциональный демонстрационный и исследовательский комплекс, обеспечивающий получение знаний и умений по множеству индивидуальных образовательных траекторий. Это позволяет применять стенд в лабораторных занятиях, кружковой работе, демонстрационных опытах. Таким образом, предложенное техническое решение обеспечивает расширение функциональных и дидактических возможностей.

Приведенная совокупность признаков, характеризующих заявленный объект, обуславливает достижение такого технического результата, который обеспечивает решение задачи изобретения.

Анализ уровня техники показывает, что не известен стенд, которому присущи признаки, идентичные всем существенным признакам данного изобретения. Это свидетельствует о новизне предложенного технического решения.

Предложенное техническое решение применимо, работоспособно, осуществимо и воспроизводимо, т.к. может быть изготовлено в условиях серийного и единичного производства с применением различных, выпускаемых серийно комплектующих, а следовательно, соответствует условию патентоспособности "промышленная применимость".

На фиг.1 изображена структура учебного стенда, на фиг.2 - пример задания для изучения и исследования работы электромагнитного пускателя; на фиг.3 - монтажная схема, собираемая по принципиальной схеме фиг.2; на фиг.4 - пример задания для измерения времени срабатывания контактов реле; на фиг.5 - пример задания для измерения времени отпускания контактов реле; на фиг.6 - монтажная схема, собираемая по принципиальным схемам фиг.4 и 5 (пунктир); на фиг.7 - пример задания для определения "дребезга" контактов реле при срабатывании; на фиг.8 - пример задания для определения "дребезга" контактов реле при отпускании; на фиг.9 - монтажная схема, собираемая по принципиальным схемам фиг.7 и 8 (пунктир); на фиг.10 и 11 - показаны примеры электрических схем с использованием вспомогательного реле.

Стенд для изучения основ релейной автоматики (фиг.1) содержит блок управления 1, блок генераторов импульсов 2 и блок питания 3, выходы которых подключены к входам устройства коммутации 4. Вход/выход устройства коммутации 4 через блок 5 защиты от короткого замыкания соединен с наборным полем 6. Блок 5 выполняется из набора электронных аналоговых ключей 5.1 (коммутаторов напряжения) с управляющим входом, датчика тока 5.2, компаратора 5.3 и резистора "уставки" порога срабатывания 5.4 компаратора 5.3. Датчик тока 5.2 размещается на шине питания, выход датчика тока 5.2 соединен с первым входом компаратора 5.3, второй вход которого соединен с резистором "уставки" порога срабатывания 5.4 компаратора 5.3, выход которого соединен с управляющими входами электронных аналоговых ключей 5.1, которые включаются в разрыв защищаемых линий прохождения сигнала. К наборному полю 6 также подключено вспомогательное реле 7 с контактными группами. Выходы устройства коммутации 4 также подключены к блоку индикации 8 и счетчику импульсов 9.

Устройство работает следующим образом.

Для изучения и исследования схем релейной автоматики, например работы электромагнитного пускателя, обучаемый в соответствии с методическим заданием с помощью внешних проводников собирает на наборном поле 6 по исследуемой электрической схеме (фиг.2) монтажную схему (фиг.3) путем коммутации соответствующих контактных гнезд. Затем с помощью устройства коммутации 4 обучаемый формирует исследовательский стенд (фиг.3), т.е. подключает к исследуемой схеме источник питания, элементы индикации, управления, генератор и счетчик импульсов (блоки 1-3, 8 и 9). При этом исследуемая электрическая схема, собранная на наборном поле 6, взаимодействует с блоками исследовательского стенда, сформированного посредством устройства коммутации 4, через аналоговые ключи 5.1 блока 5 защиты от короткого замыкания. После включения питания на блоке питания 3 счетчик импульсов 9 обнуляется (сброс по включении питания) и "загорается" светодиод VD3 "СТОП" на блоке индикации 8 (все органы индикации и управления, например светодиоды и кнопки, обезличены и в каждом конкретном случае ими может выполняться та или иная функция: "СБРОС", "ПУСК", "СТОП" в зависимости от выполняемого задания). При нажатии на кнопку SA3 "ПУСК" на блоке управления 1 напряжение +9 В через нормально замкнутые контакты кнопки SA2 "СТОП" и через устройство коммутации 4 и электронный аналоговый ключ 5.1 блока 5 защиты от короткого замыкания подается на реле К3 наборного поля 6 и оно срабатывает. Напряжение +9 В с блока питания 3 через устройство коммутации 4 и аналоговый ключ 5.1 блока 5 подается на наборное поле 6. Через контакты К3. 1 реле К3 напряжение +9 В снимается со светодиода VD3 "СТОП" и подается на светодиод VD2 "ПУСК" (светодиод загорается) блока индикации 8 и обмотку реле К4, а через контакты К3. 2 подается на нормально замкнутые контакты кнопки SA2 "СТОП" блока управления 1 и реле К3. При срабатывании реле К4 через его контакты К4.1 импульсы с блока генераторов импульсов 2 поступают на вход "СЧЕТ" счетчика импульсов 9, который производит их подсчет. При нажатии на кнопку SA2 "СТОП" блока управления 1 напряжение +9 В снимается с реле К3 и после его срабатывания через контакты реле К3.1 снимается со светодиода VD2 "ПУСК" (светодиод гаснет) блока индикации 8 и реле К4 и подается на светодиод VD3 "СТОП" (светодиод загорается) блока индикации 8. После срабатывания реле К4 его контакты К4,1 размыкаются и счетчик импульсов 9 останавливается, зафиксировав количество импульсов от момента "ПУСК" до момента "СТОП". Зная период следования импульсов, можно определить время включенного состояния электромагнитного пускателя. Сброс (обнуление) счетчика импульсов 9 производится кнопкой SA4 "СБРОС" блока управления 1.

Для изучения и исследования динамических процессов, в частности измерения времени срабатывания контактов электромагнитного реле, обучаемый в соответствии с методическим заданием по схеме электрической принципиальной (фиг.4) с помощью внешних проводников и вспомогательного реле 7 собирает на наборном поле 6 и устройстве коммутации 4 монтажную схему (фиг.6) путем коммутации соответствующих контактных гнезд. После включения питания на блоке питания 3 счетчик импульсов 9 обнуляется (сброс по включении питания). При нажатии на кнопку SA2 "ПУСК" на блоке управления 1 срабатывает вспомогательное реле 7 (К7). Контакт К7.2 вспомогательного реле 7 подает напряжение на исследуемое реле К6, а контакт К7.1 подает через контакт К6.1 импульсы с блока генераторов импульсов 2 на счетчик импульсов 9, который производит их подсчет до момента срабатывания реле К6, когда произойдет размыкание контактов К6.1, светодиод VD2 на блоке индикации 8, подключенный через контакты К6.2 к напряжению +9 В, индицирует срабатывание реле К6. На счетчике импульсов 9 фиксируется количество импульсов от момента срабатывания контактов К7.1 вспомогательного реле 7 до момента срабатывания контактов К6.1 исследуемого реле К6. Зная период следования импульсов, определяют время срабатывания контактов реле К6. При отпускании кнопки SA2 "ПУСК" блока управления 1 контакты К7.1 вспомогательного реле 7 перейдут в исходное состояние до отпускания контактов К6.1 реле К6, поэтому импульсы с блока генераторов импульсов 2 на вход счетчика импульсов 9 не попадут. Состояние счетчика импульсов 9 не изменится. Кнопкой SA3 "СБРОС" на блоке управления 1 счетчик импульсов 9 обнуляется (сбрасывается).

Для измерения времени отпускания контактов электромагнитного реле обучаемый собирает на наборном поле 6 и устройстве коммутации 4 по схеме электрической принципиальной (фиг.5) монтажную схему (фиг.6 - пунктир). Измерение времени отпускания контактов реле производится аналогично алгоритму измерения времени срабатывания контактов реле.

Измерение времени срабатывания и отпускания контактов производится для нескольких электромагнитных реле, после чего полученные данные заносятся в таблицу для анализа и сравнения.

С помощью вспомогательного реле 7 можно также изучать, например, схему генератора колебаний - "пульспары" (см. фиг.10), схему триггера со счетным входом, в котором применяются пары реле для каждого плеча триггера (см. фиг.11), причем первое реле пары без схемы задержки, второе - со схемой задержки на резисторе и конденсаторе.

Для определения количества импульсов "дребезга" контактов при срабатывании реле обучаемый в соответствии с методическим заданием собирает на наборном поле 6 и устройстве коммутации 4 по электрической схеме (фиг.7) монтажную схему (фиг.9). Кнопкой SA3 "СБРОС" на блоке управления 1 сбрасывается счетчик импульсов 9. При нажатии кнопки SA2 "ПУСК" на обмотку реле К6 подается напряжение +9 В. Светодиод VD2 на блоке индикации 8, подключенный к напряжению +9 В, через нормально разомкнутые контакты К6.2 индицирует срабатывание реле К6, а контакты К6.1 подают напряжение +9 В на вход счетчика импульсов 9. Поскольку имеет место "дребезг" контактов, счетчик импульсов 9 подсчитывает количество замыканий/размыканий контактов при “дребезге”. Для одного реле измерения производятся несколько раз.

Определение количества импульсов "дребезга" контактов при отпускании реле производится по электрической схеме (фиг.8) и собирается по монтажной схеме (фиг.9 - пунктир) аналогично алгоритму определения количества импульсов "дребезга" при срабатывании реле.

Определение количества импульсов "дребезга" контактов при срабатывании и отпускании реле производится для нескольких реле, полученные данные заносятся в таблицу для анализа и сравнения.

Аналогично из элементов стенда формируются и другие варианты структур, позволяющих решать учебные задачи, поясненные выше, а также выполнять множество других экспериментальных работ.

Изобретение относится к области обучающих устройств и может быть использовано для демонстрации и получения практических навыков работы с электрическими схемами. Технический результат заключается в расширении функциональных и дидактических возможностей. Стенд содержит блок управления, блок генераторов импульсов и блок питания, выходы которых подключены к входам устройства коммутации. Вход/выход устройства коммутации через блок защиты от короткого замыкания соединен с наборным полем, содержащим мнемоническую фальшпанель, зрительно разделенную на зону управления и индикации и зону коммутации, содержащую контактные гнезда, между которыми мнемонически изображены подключенные к контактным гнездам радиоэлектронные элементы. К наборному полю также подключено вспомогательное реле с контактными группами. Выходы устройства коммутации также подключены к блоку индикации и счетчику импульсов. 11 ил.

Стенд для изучения основ релейной автоматики, содержащий блок питания, подключенный к устройству коммутации, блок электрических схем, соединенный с блоком защиты от короткого замыкания, отличающийся тем, что в него дополнительно введены блок управления и блок генераторов импульсов, подключенные к устройству коммутации, блок индикации и счетчик импульсов, входы которых подключены к выходам устройства коммутации, которое через блок защиты от короткого замыкания соединено с блоком электрических схем, выполненным в виде наборного поля, содержащего набор радиоэлектронных элементов, электрически не связанных друг с другом, и контактные гнезда, к которым присоединены выводы радиоэлектронных элементов, также к наборному полю подключены выводы обмотки и контактов вспомогательного реле.