Betriebsstundenzähler

Idee war es Betriebsstunden zählen (z.B. für Ölbrenner).

• 230 V AC Anschluss
• galvanische Trennung zwischen 230 V AC und Controller
• minimaler Stromverbrauch (< 1 W)
• ein ggf. vorhandener Kondensator nach einem ggf. vorhandenen Gleichrichter sollte nicht bewirken, dass das Ausschalten auf Eingangsseite zu stark verzögert wird
• möglichst wenig Frickelei, insbesondere auf Primärseite; also am Besten als Kauflösung (z.B. Steckernetzteil)

• Betriebszeit im Controller zählen und bei Erreichen eines bestimmten Wertes (z.B. 1 Minute) wird ein Request abgesetzt
• Nulldurchgänge zählen; 100 Durchgänge = 1 Sekunde; 3600*100 Durchgänge = 1 Betriebsstunde
• bzw. bei Einweggleichrichtung 50 Schwingungen = 1 Sekunde : also durch 50 teilen, siehe Schaltung
  • Prinzipbedingt würden hierbei für jede Einschaltphase eine Differenz zwischen realer Betriebszeit und erfasster Zeit entstehen, da die Zeit zwischen den Nulldurchgängen nicht auswirken
  • in der Schaltung unten gehen immer Schwingungen verloren, so dass je Schaltphase Fehler bis zu 999ms entstehen. Der Teiler vergisst beim Ausschalten vor dem Ausgangsimpuls alles und beginnt beim erneuten Einschalten wieder bei 0 .

In der Middleware ist bei „Auflösung“ 3600000 einzustellen (3600 für 3600s/h und 1000 für einen internen Faktor). Dann wird in der Grafik die aufsummierte Betriebszeit für die aktuell dargestellt Zeitspanne in der Spalte „Verbrauch“ angezeigt. Die Spalten „Min“, „Max“ u. „Durchschnitt“ sind praktisch irrelevant. In der Spalte „aktuell“ kann man sehen ob der Verbraucher gerade an ist.

Man kann das Prinzip auch für andere Quellen verwenden. Man muss nur einen Sekunden-Impuls entsprechend der Einschaltdauer weiterleiten. Andere Impulsabstände sind mit anderen Einstellungen der Auflösung ebenfalls machbar.

Wenn das zu überwachende Gerät einen 230V Ausgang für einen Betriebsstundenzähler hat, kann man aus dieser 230V/50Hz Wechselspannung die Frequenzimpulse ableiten und über Teiler einen Sekundenimpuls generieren. Bei Niederspannung (Wechselspannung!) muss nur die Eingangsschaltung angepasst werden.

Eine entsprechende Schaltung würde so aussehen:

In der vorliegenden Beschaltung der Teiler wird am S0-Ausgang ein Sekundenimpuls mit einem symmetrischen Tastverhältnis generiert.
Durch Verändern der Teiler-Verhältnisse lassen sich auch andere Impuls-Zeiten generieren.
Die Schaltung versorgt sich selbst aus den 230V; es ist also kein extra Netzteil erforderlich.
Für S0-Zähler mit S0-Eingang wird einfach +S0 mit dem +S0-Eingang und -S0 mit dem -S0-Eingang des S0-Zähler verbunden.

Die meisten Bauteile können über Reichelt bezogen werden. Die folgende Tabelle enthält bis auf den Optokoppler alle benötigten Bauteile inklusive der Reichelt Artikel-Nr.

Beziehen kann man den verwendeten Optokoppler bei RS Components (leider nur für Firmen).

Ein Layout für eine einseitige Leiterplatte gibt es auch dazu:

Sicht von der Bestückungsseite aus:

Und die dazugehörigen Bestückungspläne:

Diese Variante der obigen Schaltung arbeitet mit Eingangswechselspannungen zwischen 9V und 24V.

Auch hier gilt wieder:
Für S0-Zähler mit S0-Eingang wird einfach +S0 mit dem +S0-Eingang und -S0 mit dem -S0-Eingang des S0-Zähler verbunden.

Das entsprechende Layout dazu:
Sicht von der Bestückungsseite aus.

Und die Bestückungspläne:

Beide Schaltungen können leicht am NET-IO angeschlossen werden:

Als Gehäuse könnte man die Schaltung mit Schrumpfschlauch umhüllen.

Zur Erklärung der Funktion wurde der Analog-Teil der Schaltung in einem Spice-Derivat (LTSpice) simuliert. Die Oszillogramme haben den Massepunkt an der Anode von D1 als Bezugspunkt.
Wer sich jetzt über die Spannungshöhe wundert, denkt bitte daran, dass allgemein bei der Angabe einer Wechselspannung von z.B.: 230V/50Hz, der Effektivwert der Wechselspannung gemeint ist.
Ein Oszillogramm stellt aber den Spitze-Spitze-Wert der Wechselspannung dar.

Im ersten Bild sieht man die Eingangswechselspannung am Knotenpunkt 1 (Knp1).

R1 hat nur eine Schutzfunktion und dient dazu den Kondensator C1, nach dem Trennen der Schaltung vom Netz, innerhalb einer gewissen Zeit zu entladen.

Das nächste Bild zeigt den Spannungsverlauf am Knotenpunkt 2.

C1 dient in Verbindung mit dem Innenwiderstand der Schaltung als kapazitiver Spannungsteiler. Dadurch erhalten wir hinter C1 ca. 30Vs. R2 begrenzt den Strom durch C1/D1.
Durch D1 werden die negativen Halbwellen der Eingangswechselspannung abgeschnitten.
Man erhält eine pulsierende Gleichspannung in Höhe von rund 30V. Die Pulsfrequenz beträgt 50Hz.

Über die Kombination R3/D2 wird diese pulsierende Gleichspannung mittels D2 (Zenerdiode) auf 10V begrenzt und dient als Signalspannung für die nachgeschalteten CMOS-Teiler. –> Knotenpunkt 3.
C2 hat die Aufgabe hochfrequente Störsignale, die häufig auf Netz-Wechselspannungen zu finden sind, zu unterdrücken.

Über D3 wird die Kombination R4/D6/C3 vom Rest der Schaltung entkoppelt. —>Knotenpunkt 4.

R4/D6 begrenzen die pulsierende Gleichspannung auf 10V und C3 lädt sich auf den Spitzenwert von 10V auf. –>Knotenpunkt 5.
Diese Spannung wird als Versorgungsspannung der nachfolgenden CMOS-Teiler benutzt.