利用延時接通繼電器建構延時斷開繼電器

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延時操作是工業控制系統的基本組成部分。專用繼電器可用於延時接通 (TON) 和延時斷開 (TOFF) 操作。此外，還有支援多種操作模式的多功能繼電器，例如 TON、TOFF、間隔、脈衝、單次觸發、閃爍、閂鎖和交替模式。

在本工程簡報中，我們將使用 TON 繼電器來建造一個等效的 TOFF 繼電器。雖然通常建議購買專用的 TOFF 繼電器，但建構物理電路並專注於優化設計也蘊含著重要的經驗。這種模式同樣適用於可編程邏輯控制器 (PLC) 的梯形圖邏輯（Ladder Logic）。在 PLC 中，通常使用 TON 結構來編寫程序，以便在事件發生後執行任務。在許多方面，TON 操作更容易實現，就像正邏輯（高電平有效）比負邏輯（低電平有效）更容易使用一樣。我們將使用圖 1 所示的 Finder 繼電器和定時器來示範此操作。

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圖 1：使用 TON 定時器實現 TOFF 功能。定時器模組安裝在左側繼電器的插座中。

請注意，需要同時使用常閉和常開的按鈕接點。

選擇 TON 繼電器

您能在圖 1 中找到延時模組嗎？

回想一下，工業繼電器通常包含多個組件，包括繼電器本體、匹配的插座以及用於抑制繼電器斷開時產生的返馳電壓（感應衝擊）的緩衝模組。仔細觀察圖 1 可以發現，這兩個緩衝模組有所不同。右側的模組是傳統的二極體，而左側的模組是定時器，如本文所述。DIP 開關位於插座 A1 和 A2 線圈連接上方，清晰可見。模組頂部還可以看到藍色的時間調整螺絲。

設計準則

使用 TON 定時器實現 TOFF 功能有多種不同的方法。圖 2 展示了本文介紹的解決方案。最重要的設計限制是功耗。理想情況下，系統應處於零功耗空閒狀態，所有繼電器均斷電。電路複雜性的增加與功耗相比是次要的。

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圖 2：使用 TON 定時繼電器實現 TOFF 功能的梯形圖邏輯。

請注意，兩個繼電器在空閒狀態下均處於關閉狀態。

電路工作原理

圖 2 中的電路可以看成是具有三種狀態的狀態機：

  1. 空閒狀態：兩個繼電器均未通電。

  2. 運作狀態：操作員按住按鈕。

  3. 倒數計時狀態：放開按鈕。在本例中，延遲設定為 5s。

在此電路中，控制繼電器 (CR1) 執行 TOFF 功能。按下運轉按鈕時，CR1 立即啟動。放開運轉按鈕 5s 後，CR1 斷開。

第 1 和第 2 行所示的閂鎖對電路運作至關重要。請注意，當運轉按鈕的常開觸點閉合時，閂鎖形成。當延時繼電器 (TON1) 的常開觸點斷開時，閂鎖斷開。

第 3 行中的逾時操作在 CR1 閂鎖且使用者放開運作按鈕時開始。5s 後，TON1 啟動。這將釋放 CR1 閂鎖，從而使 CR1 和 TON1 都斷開，系統恢復到空閒（無電源狀態）。

結語

本練習旨在讓您初步了解基於繼電器的梯形圖邏輯設計。雖然這是一個很好的學習練習，但在實際應用中，您應該選擇專用裝置，例如圖 3 所示的 Omron H3CR-H8L AC/DC24 S 定時器。它配備了一個大型手動撥盤，可以快速設定延時。此外，繼電器還附有八腳插座，方便快速更換。

說到學習，請務必花時間回答本說明末尾的問題和批判性思考題。

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圖 3：Omron H3CR-H8L AC/DC24 S TOFF 繼電器的影像，具有八腳插座和用於設定延遲時間的大撥盤。

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問題

以下問題將有助於鞏固文章內容。

  1. 描述基於繼電器的閂鎖電路的工作原理。務必描述啟動和保持部分。

  2. 繪製理想的 TON 和 TOFF 繼電器隨時間變化的運作圖。假設使用按鈕驅動線圈。

  3. 對/錯：可以使用八腳插座建構 3PDT 延時繼電器。

  4. 對/錯：按鈕接點的功能通常會以其顏色或柱塞片的顏色來編碼。

  5. 對/錯：工業 24VDC 電路，藍色表示正極，藍色條紋的白線用於非接地迴路。

  6. 描述圖 2 電路在下列情況下的工作原理：如果梯級 2 的導線阻止了 CR1 閂鎖。

  7. 描述圖 2 電路在下列情況下的工作原理：如果運轉按鈕斷開，導致常開觸點始終不開啟。

  8. 修改圖 2 以適應專用的 TOFF 繼電器。

批判性思考題

這些批判性思考題拓展了文章內容，幫助您從整體上理解材料及其與相關主題的關係。它們通常是開放式問題，需要進行研究，最好以論文形式回答。

  1. 圖 1 左側的配電模組使用了多少個不同的元件？

  2. 重新設計圖 2 所示的電路，去掉運轉按鈕的常閉觸點模組。

  3. 物理繼電器可能比較複雜，尤其是當您像 PLC 程式設計師一樣思考時。人們常常因為忘記實際繼電器需要時間才能啟動而遇到問題。檢查圖 2，並確定導通和關斷週期是否有競爭條件。提示：考慮 TON 繼電器的工作原理。

  4. 八腳插座仍然是大型工業繼電器的常用連接方式。一般來說，雙刀雙擲 (DPDT) 八腳繼電器可以互換嗎？假設功能上合適，我們可以直接用延時繼電器取代傳統的繼電器嗎？

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