Виктор Любезный (lubezniy) wrote,
Виктор Любезный
lubezniy

Category:

Первичные часы ПЧК-3М У 3.1 — заметки ремонтника

Принесли тут мне в ремонт такие часы. Произведены они были в 2004 году. Разбирался с ними больше ради интереса: компонентов много, схему и инструкцию ни в сети, ни у хозяев найти не удалось (документы, скорее всего, утеряны за 16 лет), раньше с ремонтом подобных устройств дела не имел. Сейчас, наверное, на такой элементной базе и с таким набором возможностей подобных устройств уже не делают. На данный момент ремонт почти завершён, осталось только решить проблему с регулировкой хода (подробности ниже под катом). В силу обстоятельств не уверен, что отремонтировал всё полностью, но в заданном варианте часы уже могут работать. По окончани решения часы сдам обратно. Оставлю кое-какие заметки тут, вдруг кому пригодится для ремонтов.

Вкратце — что, как, зачем


Начнём с понятий. Вторичные часы — это часы, не умеющие ходить самостоятельно. Им для перевода стрелок (т. е., хода) необходимо периодически давать электрическую энергию. Для этого вторичные часы в одном или нескольких экземплярах соединяются с едиными первичными часами, основной задачей которых и является давать эту энергию, причём в нужный момент и в централизованном порядке, чтобы обеспечить синхронный и точный ход всех часов сразу. Вторичные часы обычно применяются механические с электромагнитом, подключенным к первичным часам обычной двухпроводной линией; параллельно на линии могут присутствовать и другие вторичные часы (максимально допустимое их количество зависит от реализации первичных часов и длины линии и оговаривается в документации на них). Ломаются такие вторичные часы крайне редко, а подводить время можно из одной точки сразу на всех часах: достаточно только поменять время на первичных часах и при необходимости осуществить так называемый подгон (коррекцию отображаемого времени).

Применяется такая система обычно при большом количестве часов в здании или на улице, когда подводить каждые часы технически трудно и (или) накладно. В нашем случае система установлена в административном здании с несколькими вторичными часами на разных этажах.

Оговорюсь сразу: в целях этой публикации мы рассматриваем часы, которые «тикают» раз в минуту. Стандартно каждую минуту или в любой другой момент, когда нужно перевести стрелки, первичные часы выдают в линию с вторичными часами довольно мощный электрический импульс напряжением 24В и длительностью около двух секунд. Электромагниты во вторичных часах используют энергию этого импульса, чтобы провернуть стрелки часового механизма на одну минуту и остановиться в ожидании следующего импульса. Импульс по очереди меняет свою полярность: если в текущий момент он пришёл положительный, то следующий должен быть отрицательным, и наоборот. При нарушении порядка импульсов некоторые часы могут пропустить минуту. Вне переключений напряжение на линии должно отсутствовать, но не слишком большие наводки обычно проблем не создают.
Первые модели первичных часов были, конечно, механическими. С развитием электроники она постепенно начала встраиваться и в первичные часы тоже. Современные первичные часы, судя по рекламе от производителей, имеют много отсутствовавших ранее возможностей вроде коррекции времени через Интернет по протоколу NTP или даже через спутник, автоматического (при необходимости) перевода часов с летнего времени на зимнее и наоборот (да, я знаю, что у нас это отменили, но не факт, что в будущем не введут снова) и т. д., и т. п. Наша модель более проста и менее современна; для коррекции она использует сигналы городской радиотрансляционной сети (кто-то помнит, что это такое, для чего нужен трёхпрограммный приёмник, почему нельзя было совать маленькую вилку в розетку 220В и т. д.?), но собрана уже на микроконтроллере с применением некоторых аппаратных регулировок и защит, а также умеет какое-то время ходить и хранить текущее время вторичных часов на момент отключения электричества, когда их перевод невозможен, и автоматически подгонять время на вторичных часах до текущего после включения. Все возможности можно посмотреть здесь: http://www.watson.ru/chas/info/pchk3m.shtml . Это единственный документ, который мне на эти часы удалось найти в Интернете.

Результаты копания


Вся электроника первичных часов находится внутри единого пластмассового корпуса. Она смонтирована на двух печатных платах — основная плата и плата индикации и управления. На обеих платах написано ХРОНОТРОН и имеется логотип (по-видимому, правообладателя схемы). Во избежание конфликтов с правообладателем я, конечно, не буду срисовывать всю схему и, тем более, публиковать её (ну и далеко не факт, что у меня получилось разобрать всё правильно и на 100% достоверно определить назначение элементов и схему их подключения). Но в то же время попробую описать важную для ремонта, проверки и эксплуатации информацию, которую в ходе разбирательств удалось нарыть. В том числе некоторые не самые приятные сюрпризы, которые стоит иметь в виду ещё до того, как лезешь в эти часы.

Плата индикации и управления крепится над основной платой на длинных стойках. На ней установлены в один ряд два двухразрядных семисегментных светодиодных индикатора. Под ними (если смотреть на закрытый корпус) расположены четыре индикаторных светодиода. Их обозначения на плате слева направо: MIN (минутные импульсы на выходе вторичных часов — светодиод двухцветный, подключен прямо к импульсному выходу через резистор), OVFL (перегрузка или короткое замыкание по выходу вторичных часов), TAKT (короткие импульсы с частотой 2 Гц, по которым отсчитываются минутные импульсы и мигает точка на втором разряде левого семисегментного индикатора) и INPUT (предположительно импульсы с входа, сам не проверял).

Под светодиодами расположены четыре кнопки управления без фиксации с обозначениями (на корпусе): коррекция, установка часов, установка минут и ввод (порядок работы с ними опишу ниже). Эти кнопки при нажатии сажают на землю входы PIC-контроллера на выводах соответственно 25, 26, 27 и 28 (биты 4-7 порта B).

Остальная электроника на плате управления и индикации — резисторы (все выводные с цветовой маркировкой).

Для соединения с основной платой установлены два штырьковых 12-контактных DIP-разъёма без корпусов с шагом 2,54 мм (выглядит как GPIO-разъём на Raspberry Pi или Arduino, только контактов меньше). Не знаю, только ли мне попался сюрприз (то ли от производителя, то ли от предыдущих ремонтников): для соединения плат используются 14-проводные шлейфы с 14-контактными разъёмами; очень легко перепутать (что было причиной одной из проблем, с которой эти часы попали ко мне).

На основной плате в районе специального выреза задней стенки корпуса находятся быстрозажимные клеммы для внешних соединений. Все эти соединения двухпроводные. Их порядок таков (слева направо по парам, если смотреть снаружи на заднюю стенку): вход питания 220В, вход (синхронизация с другими первичными часами в общую сеть?), выход (аналогично), импульсный выход (сюда подключаются вторичные часы), коррекция (насколько я понял, подключение к городской радиотрансляционной сети, но проверить сам не могу). Слева от клемм находятся выключатель питания и держатель плавкого предохранителя (керамический 0,5А), справа расположен блок из шести DIP-переключателей (верхнее положение OFF, нижнее - ON). Опытным путём выяснилось, что второй справа переключатель в положении OFF включает счёт секунд (и далее минут и часов), необходимый для работы (не знаю — может, положение ON означает приём счётных импульсов с других первичных часов), а крайний справа переключатель в положении ON включает резервную аккумуляторную батарею (о ней далее, в абзаце о питании), а в положении OFF выключает. У меня часы работали, когда в положении ON был только крайний справа переключатель, а остальные были в OFF, но допускаю, что не работали какие-то функции, которые я не использовал; по остальным переключателям назначение выяснить для конкретного ремонта не потребовалось.

Мозги основной платы — прошитый производителем микроконтроллер PIC16F73 в 28-выводном DIP-корпусе (устанавливается в панельку на плату). Рядом находятся кварцевые резонаторы тактовый на 4 МГц и часовой (если не ошибаюсь, 32768 Гц), а также подстроечный конденсатор регулировки хода часов. Регулировку сильно осложняет то, что часовой кварц подключен напрямую к контроллеру; на контроллере мне не удалось найти отдельный выход для генератора, чтобы подцепить туда частотомер (звиняйте, осциллографа под рукой не было), а при попытке пристроиться к выводу кварца генерация, конечно же, срывается. Функционально часовой кварц использует блок Timer1 микроконтроллера (больше его там подключить некуда).

Основная плата, по-видимому, имеет промежуточный слой с дорожками; во всяком случае, некоторых соединений, которые должны были быть, лично я не увидел, хоть и смотрел по обеим сторонам платы, пока разбирался с причинами проблем. Поэтому не могу ручаться за стопроцентную точность определения назначения компонентов. Ну и, конечно, определял только в рамках ремонта (конечно, по ходу пришлось накопать явно лишнего, пока нужное искал).

Назначение удалось более или менее достоверно определить по следующим микросхемам:


  • PIC16F73 – ну я уже писал. Питается от зарезервированного источника (батарея).

  • TA8428K – драйвер формирования разнополярных импульсов на вторичные часы. Клеммы для подключения вторичных часов подключены к выходным выводам драйвера через напаянные на плату предохранительные (?) проволочные перемычки. На микросхему прикручен небольшой алюминиевый радиатор для охлаждения. Питание +27В идёт с плюсового выхода КР142ЕН8В (знаю, что много, подробности ниже, в абзаце про питание).

  • К561ЛА7 (4 элемента 2И-НЕ) — на ней сделаны два элемента 2И. Функция — пропуск или непропуск (в зависимости от управляющего сигнала) минутных импульсов, поступающих с прямого и инверсного выхода одного из триггеров К561ТМ2, на входы драйвера. Питается от основного источника +5В.

  • К561ТМ2 (2 D-триггера) — один триггер прямым и инверсным выходами формирует поочерёдные импульсы для входов драйвера на основании поступающих на вход C минутных импульсов, второй предположительно фиксирует перегрузку линии и блокирует с помощью К561ЛА7 поступление минутных импульсов с другого триггера на драйвер. Питается от зарезервированного источника (батарея).


Есть ещё несколько микросхем, с назначением которых в силу отсутствия необходимости я не разбирался. Их упоминать не буду.

На плате возле драйвера есть относительно большой и мощный резистор (0,5 Вт, если не больше) сопротивлением около 4 Ом — по-видимому, токоизмерительный. Он включен между минусовым проводом питания драйвера и минусом питания (общим проводом); предположительно при превышении допустимого тока на нём падает достаточно напряжения, чтобы сработала защита и индикация перегрузки. Но детально разобраться со схемой защиты у меня не получилось (потом уже понял, что проблема была не в ней).

Питаются часы от 220В 50Гц. Потребляемая мощность заявлена 22 Вт.

Блок питания встроенный трансформаторный. Трансформатор содержит первичную обмотку, подключенную к клеммам 220В через выключатель и плавкий предохранитель, и две вторичных обмотки на 15В. На этих вторичных обмотках сделаны два независимых источника постоянного напряжения с выпрямительными диодными мостами на диодах 1N4002 и фильтрующими электролитическими конденсаторами 2200 мкФ 25В (заменил на 35-вольтовые, т. к. по напряжению они работают практически на пределе). От первого диодного моста напряжение поступает на линейный стабилизатор 7812, с него 12В расходится на стабилизатор основного 5-вольтового питания 7805 и на последовательное включение с источником от второго диодного моста, выполненным аналогичным образом на отдельном стабилизаторе КР142ЕН8В (15В). Такое последовательное соединение источников питания даёт напряжение около 27В для питания драйвера вторичных часов. Также на плату впаяна резервная аккумуляторная батарея (три элемента NiMH, 3,6В, 80 мАч, но это была уже замена; такая была родная или нет, не знаю). Разумеется, для неё предусмотрены зарядные цепи, но в детали их устройства я за отсутствием необходимости не лез. Для контроля разных напряжений питания на плате имеется много удобных переходных отверстий. Общий провод можно взять даже с большого радиатора, к которому прикручены 7812 и 7805 (ниже абзац про приколы).

На основной плате присутствуют некоторые приколы то ли от производителя, то ли от предыдущих ремонтов: напрямую на выводы К561ТМ2 сверху напаян небольшой диод, на обратной стороне платы напаяны проводные перемычки и даже один керамический конденсатор, увидел перерезанную дорожку (может, есть и не одна — всего не высматривал).

Хинт: если на стороне компонентов перерезана дорожка, ведущая от минуса резервной батареи к соседнему электролитическому конденсатору, восстанавливать её не стоит: получится короткое замыкание по цепи +5В с нерабочими часами.

Ещё один неприятный прикол (по-видимому, от производителя), помимо разъёмов (об этом было выше). Стабилизаторы питания 7805 и 7812, выполненные в корпусах TO-220, привинчены к одному игольчатому радиатору из алюминия (или какого-то его сплава вроде силумина, точно не скажу) таким образом, что добраться до них можно только, отогнув стабилизаторы вместе с радиатором за выводы (при монтаже выводы загнуты под углом 90 градусов); при этом радиатор упирается в фильтрующие конденсаторы, их предварительно нужно выпаять. Выводы стабилизаторов такие перегибы долго держать, конечно, не будут. Так что, готовясь на профилактике менять термопасту, стоит сразу запастись новыми стабилизаторами. Радиатор, если что, чувствительно греется при работе (на ощупь градусов 45, конечно, при открытом корпусе).

Подстроечный конденсатор коррекции хода часов прокрутить мне пока не удалось: его залили невесть чем. Ёмкость, конечно, можно только предполагать в несколько десятков пикофарад. Неспешно ищу замену: часы подгонять всё равно придётся.

Инструкция по пуску первичных часов при одиночной работе (без связки с другими первичными часами)



1. Выставляем все подключенные вторичные часы на одинаковое время (предпочтительно за несколько минут до планового момента включения). Желательно иметь одни вторичные часы возле первичных для контроля. Подключаем через предназначенные клеммы шлейф вторичных часов и питание 220В и подаём напряжение. Если резервная батарея отключена, включаем её, переведя крайний DIP-переключатель в нижнее положение (ON).
2. Включаем выключатель питания. Если до этого время не выставлялось, часы где-то через секунду-две, когда зарядятся электролиты, покажут 00:00. Если всё нормально, часы будут идти (будут мигать точка на семисегментном индикаторе и светодиод тактовых импульсов), а раз в минуту будет загораться одним из двух цветов светодиод — индикатор выходных импульсов. Важно: при включении часов сначала может загореться индикация перегрузки линии несмотря на отсутствие перегрузки. В этих случаях рекомендуется подождать следующего минутного импульса: если всё нормально, проблемный светодиод погаснет сам.
3. Нажимаем КОРР, кнопками Час и Мин выставляем часы и минуты с вторичных часов, затем нажимаем ВВОД и снова КОРР. В память контроллера запишется текущее время вторичных часов.
4. Нажимаем КОРР, кнопками Час и Мин выставляем текущее время, затем ещё раз нажимаем КОРР (не нажимая сначала ВВОД!). Начнётся процедура подгона; на вторичные часы раз в секунду начнут поступать разнополярные импульсы, пока вторичные часы не начнут показывать правильное время.
Теперь, если батарея нормально заряжена, то в случае пропадания питания или выключения часов на относительно небольшое время (пока батарея держит) после обратной подачи питания автоматически произойдёт подгон вторичных часов.

При планируемом выключении часов на время дольше суток или глубоком копании внутри необходимо выключить резервную батарею, переведя крайний правый (ближний к краю корпуса) DIP-переключатель в верхнее положение (OFF). Если этого не делать, с работой часов могут возникнуть большие сложности. Перед последующим включением, конечно, стоит не забыть включить батарею.
Tags: электроника ремонт
Subscribe

  • Читай-Город...

    Интересное деление по категориям... Понимаю, когда в категории информатики и компьютерной техники относятся Unity, C#, Laravel и даже Arduino.…

  • Расслепили

    Пока, правда, по телефону. Позвонили только что из поликлиники, где было исследование, сказали, что у меня вакцина (в чём я был в принципе уверен по…

  • Дамы, с праздником вас! :)

  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 0 comments