تایمر چیست؟

تایمرها یکی از وسایل فرمان دهنده در مدارهای کنترل اتوماتیک هستند که وظیفۀ کنترل مدار را برای مدت زمانی معین برعهده دارند. ﮔﺎﻫﻲ اوﻗﺎت اﻧﺘﻈﺎر ﻣﻲرود ﻛﻪ ﻳﻚ مدار ﻣﺪت زﻣﺎﻧﻲ ﭘﺲ از گرفتن فرمان ﺷﺮوع ﺑﻪ ﻛﺎر ﻧﻤﺎﻳﺪ ﻳﺎ اﻳﻦ ﻛﻪ ﺑﻌﺪ از ﻣﺪت زﻣﺎﻧﻲ از ﻛﺎر ﺑﻴﺎﻓﺘﺪ ﻛﻪ ﺑﻪ اﻳﻦ ﻣﻨﻈﻮر، در ﻣﺪارات ﺑﺮق ﺻﻨﻌﺘﻲ از انواع ﺗﺎﻳﻤﺮ اﺳﺘﻔﺎده ﻣﻲ ﺷﻮد.

تایمر ها طور معمول در انواع زیر طراحی و ساخته می شوند:

•  تایمر الکترونیکی
• تایمر نیوماتیکی (بادی)

نکته: دربین انواع تایم ها، تایمرهای الکترونیکی بیشترین کاربرد را دارند.

تایمر یک ساعت است که توالی یک رویداد را با شمردن در فواصل ثابتی از زمان، کنترل می‌کند. یک تایمر برای ایجاد یک تاخیر دقیق زمانی استفاده می‌شود. همچنین می‌توان از آن برای تکرار یا شروع یک عمل بعد از یک مدت زمانی مشخص استفاده کرد. این قابلیت در کاربردهای مختلف به شکل گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد.

یک مثال، تعیین یک زمان هشدار یا آلارم است که در زمانی مشخص یا بعد از گذر یک مدت زمان، فعال می‌شود.

اکثر پردازنده‌ها/کنترلرها دارای تایمر هایی داخلی هستند. تایمرهایی که داخل یک پردازنده/کنترلر هستند، نه تنها تاخیر زمانی ایجاد می‌کنند بلکه به عنوان شمارنده (کانتر) هم می‌توان از آن استفاده کرد. (برای شمردن یک عمل یا یک رویداد استفاده می‌شوند). مقدار شمارنده همزمان با هر انجام عمل یا رویداد، یک عدد یک عدد افزایش پیدا می‌کند. تایمرهای پردازنده‌ها/کنترلرها، تراشه‌هایی داخلی هستند که توسط رجیسترهای قابلیتی خاص (SFRها) کنترل می‌شوند که به عملیات تایمر تخصیص داده شده‌اند.

تایمر چیست؟

یک تایمر، یک دستگاه کنترل است که سیگنال خروجی را در زمانی از پیش‌تعیین‌شده، بعد از دریافت سیگنال ورودی، بیرون می‌دهد.

مکانیزم‌های یک تایمر

تنظیمات و نشانگرهای تایمرها

نشانگرها

پوینترهای (عقربه‌های) تایمر، مثل عقربه‌های ساعت همراه با زمان حرکت نمی‌کنند. شما نمی‌توانید گذر زمان را ببینید. در نتیجه، دو نمایشگر عملیات در سمت چپ بالای تایمر ارائه می‌شود تا وضعیت تایمر تشخیص داده شود.

(۵) نمایشگر روشن بودن/فعالیت تایمر (run/power) (سبز)

نمایشگر فعالیت تایمر: نشان می‌دهد که آیا زمان در حال اندازه‌گیری شدن است یا به زمان مورد نظر رسیده یا خیر.
نمایشگر برق یا روشن بودن (power): نشان می‌دهد که آیا برق به تایمر تغذیه می‌شود یا خیر. عموما وقتی که انرژی تغذیه شود، این چراغ نمایشگر روشن است. از طرفی زمانی که در حال اندازه‌گیری زمان باشد، چشمک می‌زند.

(۶) نمایشگر خروجی (نارنجی)
برای دیدن وضعیت خروجی استفاده می‌شود. وقتی که سیگنال خروجی داده شود، روشن می‌شود.

حالات (Modeهای) عملیاتی تایمرها
مثال تایمر HECR-A از Omron:

انتخابگرِ حالت عملیاتی در H3CR-A، گوشه‌ی بالا-راست است.

حالت عملیاتی، روش خروجی را تعیین می‌کند که وقتی زمان تعیین شده (set time) برسد، استفاده می‌شود. چهار حالت عملیاتی زیر، رایج‌ترین حالات استفاده شده هستند:

عملیات ON-delay

در حالت عملیاتی ON-delay، تایمر یک ورودی را دریافت می‌کند و سپس سیگنال خروجی با سوییچ شدن کنتاکت تایمر بعد از یک تاخیر زمانی تعیین‌شده، خروجی می‌شود.
دلیل استفاده از این اسم (ON-delay) این است که بین زمانی که سیگنال ورودی دریافت می‌شود (یا همان ON می‌شود) و زمانی که سیگنال خروجی، خارج می‌شود یک تاخیر وجود دارد. حالت عملیاتی ON-delay، یک حالت عملیاتی است که برای ماشین‌های اتوماسیون‌شده، بیش از باقی حالات استفاده می‌شود.

کاربرد: سیگنال‌های دکمه فشاری
وقتی که یک عابر پیاده، دکمه سیگنال ترافیک نزدیک به تقاطع را فشار می‌دهد، چراغ راهنمایی بعد از یک تاخیر، از قرمز به سبز تغییر می‌کند.

عملیات OFF-delay

در حالت عملیاتی OFF-delay، خروجی همزمان با ورودی روشن (ON) می‌شود و سپس وقتی که کنتاکت‌های تایمر بعد از گذر زمانی تعیین‌شده، سوییچ می‌کنند، خروجی خاموش (OFF) می‌شود. این زمان تعیین‌شده (set time) از زمانی محاسبه می‌شود که خروجی خاموش (OFF) می‌شود.
از این نام استفاده می‌شود چون یک تاخیری بین زمانی وجود دارد که ورودی OFF می‌شود و زمانی که خروجی OFF می‌شود.

کاربرد: چراغ سقف ماشین

وقتی سوار ماشین می‌شوید، چراغ سقف داخل ماشین شما با باز شدن در روشن می‌شود. بعد از اینکه سوار شدید و در ماشین را بستید، چراغ سقفی تا چند ثانیه بعد هم روشن می‌ماند و بعد خاموش می‌شود.

حالت عملیاتی فلیکر

در حالت عملیاتی فلیکر (فلیکر به معنی سوسو زدن نور است)، بعد از یک زمان تعیین‌شده بعد از دریافت ورودی، خروجی به شکل مکرر روشن و خاموش می‌شود.

کاربرد: کنترل اتوماتیک برای فواره‌ها

آب به شکل مکرر در فواصل زمانی دو دقیقه‌ای، باز شده و متوقف می‌شود.

عملیات اینتروال (Interval)

در حالت عملیاتی اینتروال (به معنی فاصله زمانی)، خروجی همزمان با ورودی روشن می‌شود و خروجی بعد از یک زمان تعیین‌شده خاموش می‌شود.

کاربرد: دستگاه‌های سواری شهربازی

وقتی که مشتری مثلا مبلغ ۱۰۰ تومان در دستگاه می‌اندازد، به مدت پنج دقیقه دستگاه فعالیت می‌کند.

روش‌های استارت تایمر

دو روش استارت برای حالات عملیاتی وجود دارد.

مثال: حالت عملیاتی ON-delay

عملیات ON-delay سیگنال: زمان اندازه‌گیری، وقتی شروع می‌شود که بخش ورودی، یک ورودی دریافت می‌کند؛ همزمان ولتاژ به بخش منبع تغذیه تایمر اعمال می‌شود.
عملیات ON-delay پاور: زمان اندازه‌گیری، وقتی شروع می‌شود که ولتاژ به بخش منبع تغذیه تایمر اعمال می‌شود.

تفاوت‌های بین عملیات ON-delay سیگنال و عملیات ON-delay پاور

(۱) دقت و صحت*

عملیات پایدار نخواهد بود، مگر آنکه زمان مشخصی از زمان روشن شدن منبع تغذیه، در بخش زمان‌بندی تایمر بگذرد.

استارت منبع تغذیه: عملیات ناپایدار است چون زمان اندازه‌گیری همزمان با روشن شدن منبع تغذیه شروع می‌شود. در نتیجه، بلافاصله بعد از شروع به کار تایمر، در زمان عملیات انحراف ایجاد خواهد شد.

استارت سیگنال: دقت زمان پایدار تضمین می‌شود چون قبل از شروع تایمر، یک ولتاژ به تایمر اعمال شده است. دقت و صحت استارت سیگنال عموما بهتر در نظر گرفته می‌شود.

*منظور از دقت، صحیح بودن زمان است.

(۲) چیدمان ترمینال

مدل‌هایی با استارت سیگنال، نیازمند سه ورودی خارجی (اکسترنال) هستند، بنابراین ترمینال‌های زیادی دارند.
مدل‌هایی با استارت منبع تغذیه تایمرهایی هستند که در ماشین‌آلات اتوماتیک بسیار رایج هستند.

توضیحات فنی برای تایمرها

ON Time (زمان روشن)

مدتی از زمان که ولتاژ تعیین‌شده به مدار عملیاتی، اعمال می‌شود.

OFF Time (زمان خاموش)

مدتی از زمان، بین لحظه‌ای که ریست شدن آغاز می‌شود و لحظه‌ای که ولتاژ عملیاتی دوباره به مدار عملیاتی اعمال می‌شود. زمان OFF طولانی‌تر از زمان ریست شدن است.

زمان عملیاتی (Operating Time)

مدتی از زمان، از زمان بکارگیری ولتاژ تعیین‌شده به مدار عملیاتی تا زمان تکمیلِ عملیات تماس (کنتاکتِ) محدود به زمان.

زمان هلدینگ (Holding Time)

مدتی از زمان، از زمان تکمیل عملیات محدود به زمان (time-limit) تا شروع عملیات ریست.

زمان ریست شدن (Resetting Time)

مدتی از زمان، از زمان توقف ولتاژ تغذیه‌شده به مدار عملیاتی، در زمان یا بعد از عملیات محدود به زمان تا زمان بازگشت تایمر به حالت اولیه.

زمان ریست شدن تایمر، بازه‌ای از زمان است که در آن تمام قطعات داخلی تایمر ریست می‌شوند، همچون کنتاکت‌ها، پوینتر و قطعات مدار (همچون خازن). اگر تایمر با زمان OFF ناکافی استفاده شود (مثلا زمان OFF کمتر از زمان ریست شدن ذکر شده است)، نمی‌توان انتظار داشت که تایمر به شکل مورد انتظار کار کند. در چنین مواردی، ممکن است تایمر با زمان عملیاتی ناکافی کار کند یا به شکل لحظه‌ای کار کند یا اصلا کار نکند. اطمینان حاصل کنید که OFF Time تایمر برابر یا بیشتر از زمان ریست شدن ذکر شده است.

ریست کردن خودکار Self-reset

ریست کردن خودکار و اتوماتیک تایمر، با ایجاد وقفه در ولتاژی که به مدار عملیاتی تغذیه می‌شود.

ریست الکتریکی (Electrical Reset)

ریست کردن تایمر، توسط اعمال ولتاژ مورد نیاز به مدار ریست.

دقت زمان عملیاتی

تفاوت در زمان‌های عملیاتی اندازه‌گیری‌شده وقتی که تایمر عملیاتی را در شرایطی یکسان در یک زمان از پیش‌تعیین‌شده تکرار می‌کند.
فرمول محاسبه (با زمان عملیاتی بیش از پنج بار اندازه‌گیری شده):

که:
Tmax: حداکثر مقدار زمان‌های عملیاتی اندازه‌گیری‌شده در set time یکسان
Tmin: حداقل مقدار زمان‌های عملیاتی اندازه‌گیری‌شده در set time یکسان
TMs: حداکثر زمان مقیاس (TMs در تایمر دیجیتال، یک مقدار تعیین‌شده است)

تفاوت زمان‌های عملیاتی به شکل شیفتی از مقدار مرکزی عملیات ظاهر می‌شود، بنابراین حداکثر یا حداقل مقادیر بر دو تقسیم می‌شوند و با علامت‌های مثبت (+) و منفی (-) نمایش داده می‌شوند.
اگر تنظیمات یک تایمر آنالوگ در زمان انجام عملیات محدود به زمان تغییر کند، منجر به عملیات زیر می‌شود:

تفاوت بین زمان عملیاتی واقعی و زمان مقیاس. فرمول محاسبه (موقعیت اندازه‌گیری می‌تواند در هر موقعیت مقیاس باشد، تا زمانی که روی ۱/۳ دقیقه از حداکثر زمان مقیاس تنظیم شده باشد):

TM: مقدار متوسط پنج یا تعداد بیشتری زمان عملیاتی اندازه‌گیری شده

Ts: زمان تعیین شده (set time)

TMs: حداکثر زمان مقیاس (TMs در تایمر دیجیتال، یک مقدار تعیین‌شده است)

برای یک تایم سوئیچ، خطای تنظیم برای زمان عملیاتی خروجی پالس اعمال می‌شود.

خطای کل (تایم سوئیچ)

یک درجه‌بندی زمان منفرد که خطای تنظیم، دقت زمان عملیاتی، تاثیر دما و تاثیر ولتاژ را با هم ترکیب می‌کند. این درجه‌بندی به تمام نتایج اندازه‌گیری برای اندازه‌گیری‌های انجام شده تحت خطای تنظیم، تاثیر دما و تاثیر شرایط ولتاژ اعمال می‌شود.

خطای چرخه‌ای یا Cyclic Error (خطا در ماه) (تایم سوییچ‌ها)

زمان خطا در ساعت داخلی در هر ماه، در دمای محیط ۲۵ درجه سلسیوس.

تاثیر ولتاژ

تغییر در زمان عملیات وقتی که ولتاژ منبع نیروی کنترل، در بازه‌ی مجاز ولتاژ تغییر کند.
فرمول محاسبه:
واریاسیون به خاطر تغییر ولتاژ

که:
TM1: متوسط مقدار زمان‌های عملیاتی اندازه‌گیری‌شده در ولتاژ منبع تغذیه ذکر شده
TMx1: متوسط مقدار زمان‌های عملیاتی اندازه‌گیری‌شده در ولتاژی که بزرگ‌ترین انحراف از TM1 را داخل بازه ولتاژ مجاز ایجاد می‌کند
TMs: حداکثر زمان مقیاس (TMs در تایمر دیجیتال، یک مقدار تعیین‌شده است)

تاثیر دما

تغییر در زمان عملیات وقتی که داخل بازه دمای عملیاتی مجاز محیطی، دمای محیط تغییر می‌کند.
فرمول محاسبه:
واریاسیون به خاطر تغییر دما

که:
TM2: متوسط مقدار زمان‌های عملیاتی اندازه‌گیری‌شده در ۲۰ درجه سلسیوس.
TMx2: متوسط مقدار زمان‌های عملیاتی اندازه‌گیری‌شده در دمایی که بزرگ‌ترین انحراف از TM2 را داخل بازه دمای مجاز ایجاد می‌کند.
TMs: حداکثر زمان مقیاس (TMs در تایمر دیجیتال، یک مقدار تعیین‌شده است)

خصیصه‌های OFF Time

تغییر بین زمان عملیاتی برای یک OFF Time و زمان عملیاتی وقتی که OFF Time تغییر می‌کند. فرمول محاسبه:
خصیصه OFF Time

: متوسط مقدار زمان‌های عملیاتی اندازه‌گیری‌شده داخل زمان OFF time یک ثانیه‌ای.
TMx3: متوسط مقدار زمان‌های عملیاتی اندازه‌گیری‌شده در OFF time که حداکثر انحراف از TM3 را داخل بازه تعیین‌شده OFF-time، یک ساعت از زمان ریست شدن تعیین شده را ایجاد می‌کند.
TMs: حداکثر زمان مقیاس (TMs در تایمر دیجیتال، یک مقدار تعیین‌شده است)
خصیصه‌های OFF time توسط شارژ شدن و تخلیه شارژ خازن و مقاومت استفاده شده همراه با تایمر الکترونیکی تعیین می‌شوند. این خصیصه‌ها بین ±۱.۵% تا ±۵% متغیر است. دقت زمان عملیات، خطای تنظیم، تاثیر ولتاژ، تاثیر دما و خصیصه OFF time برای نمایش دقت تایمر استفاده می‌شوند. هر یک از این موارد ممکن است بسته به مشخصات هر مدل، نادیده گرفته شوند.
تایمر موتور (Motor Timer) و تایمر الکتریکی (Electric Timer) این موارد را با مقادیر درصدی نشان می‌دهند. تایمر شمارش (Count Timer) این موارد را با مقادیر زمان تفاضلی نشان می‌دهد چون بازه تفاضلی زمان عملیاتی تایمر، اساسا ثابت است (به خاطر اصول کارکردی تایمر). به علاوه، خطای کل می‌تواند برای ابراز تمام این موارد در مورد تایمر شمارش، نمایش داده شود.
مقاومت در برابر لرزش (اشکال در عملکرد)
بازه لرزش در زمان عملیات که در آن کنتاکت‌هایی که بسته هستند، حداقل تا زمان تعیین‌شده (۱ms) به خاطر لرزش، باز نمی‌شوند.