Utilice relés electromecánicos para resolver problemas de interconexión modernos

Uno de los desafíos de la integración de sistemas es interconectar un subsistema existente con uno nuevo o diferente. A veces, cuando las características de entrada/salida de ambos lados son estándar y conocidas, un CI (circuito integrado) de desfasador de nivel/transmisor, como el SN74AUP1T57DCKR de Texas Instruments, puede ajustarse a diferentes niveles de señal digital en sus entradas y salidas y resolver fácilmente el problema (Figura 1).

Figura 1: Cuando dos interfaces son estándar y están bien definidas, un CI disponible en el mercado, como el SN74AUP1T57DCKR, puede resolver el problema rápida y fácilmente. (Fuente de la imagen: Texas Instruments)

El desafío es que existen muchos casos en los que la interconexión entre los sistemas más antiguos y más nuevos no se implementa fácilmente. A menudo, las características de uno o ambos lados de la interfaz no se conocen o están mal definidas, por lo que no es factible utilizar un componente estándar.

Este fue el problema al que me enfrenté en dos situaciones distintas. En cada caso, pude resolver el problema de forma fácil y clara utilizando una versión moderna del relé electromecánico (EMR) de casi 200 años de antigüedad. Inventado hacia 1835, el EMR suele atribuirse al científico estadounidense Joseph Henry.

Aunque los relés pueden parecer arcaicos en comparación con el uso de un optoacoplador o un relé de estado sólido (SSR), hay muchos casos en los que sus virtudes «antiguas» son muy beneficiosas. Cada año, se venden cientos de millones de estos relés; aunque muchos son de reemplazo, una fracción considerable se destina a nuevos diseños.

Los tipos de relés se dividen en tres grupos generales: dispositivos de pequeña señal para corrientes de contacto inferiores a 2 amperios (A), relés de potencia para corrientes más altas y relés de radiofrecuencia (RF). Los relés de RF suelen manejar pequeñas señales que oscilan entre los megahercios y los gigahercios. Además, existen otros hermanos en la familia, como los relés de audio y los relés de láminas magnéticas para equipos de prueba automáticos (ATE). Además, los relés tienen muchas configuraciones de contacto, desde la versión básica unipolar/unidireccional (SPST) hasta unidades con varios contactos.

Seré honesto: en verdad me gustan los EMR por muchas razones:

• Son resistentes y fiables.
• Proporcionan un aislamiento galvánico (óhmico) casi perfecto.
• Las voltajes nominales/de corriente de entrada y salida son en gran medida independientes.
• Hay una amplia gama de valores nominales para la bobina y los contactos.
• Por lo general, tienen una versión compatible con el pinout del zócalo, lo que simplifica el cableado y la depuración.
• A menudo, incluyen varios contactos normalmente abiertos (NO) o normalmente cerrados (NC), lo que resulta útil.
• A través de la posición del inducido, proporcionan una indicación visual que muestra si tienen corriente.
• Cuando se abren o cierran, se escucha un «clic» muy satisfactorio.

En resumen, solucionan problemas sin complicaciones, son flexibles y elegantes. En cuanto a la fiabilidad, un relé de calidad que se utilice dentro de sus especificaciones durará millones de ciclos y decenas de años.

Mi situación era relativamente simple, ya que las «señales» con las que estaba tratando eran cierres de contactos, a veces llamados «contactos secos», en los que el sistema impulsado quiere que exista una conexión de continuidad básica entre sus dos cables. Analicemos mis problemas y veamos cómo un simple relé resolvió cada uno de ellos.

Desafío n.º 1: Actualizar un sistema de control de calefacción

Me «ofrecí como voluntario» para ayudar a un amigo a actualizar el control de un sistema de solo calefacción de un termostato básico, funcional y antiguo con una simple función de encendido/apagado por temperatura a una unidad más sofisticada, inteligente y compatible con Wi-Fi. El antiguo control del termostato era parecido al clásico T87F de Honeywell (Figura 2). El T87F se lanzó a principios de la década de 1960 y, aunque ya no está a la venta, se instalaron millones de este. Muchos todavía están en uso debido a su tira térmica bimetálica sumamente fiable y su interruptor de mercurio herméticamente sellado.

Figura 2: Lanzados en la década de 1960, muchos de los millones de termostatos T87F de Honeywell que se instalaron todavía están en uso debido a su tira térmica bimetálica sumamente fiable y su interruptor de mercurio herméticamente sellado. (Fuente de la imagen: New York Historical Society)

Eché un vistazo rápido al termostato existente y vi que solo tenía dos cables, así que pensé: «¿Qué tan difícil puede ser esto?». Especialmente porque su acción de salida era un simple cierre de contacto. Resultó que no fue así en absoluto. En la documentación del termostato inteligente se indicaban muchas configuraciones y opciones posibles para el cableado al pasar de una unidad de dos cables a una nueva de tres cables, mucho más inteligente.

Primero, el nuevo termostato necesitaba ser alimentado a través de un transformador de 24 voltios de CA (VCA), por lo que se necesitaba un conductor adicional entre el controlador de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC) y el termostato. Afortunadamente, ya había un tercer conductor sin utilizar (¡gracias a quien lo haya hecho!). Así que, eso no era un problema.

Se indicaban muchas formas de conectar el nuevo sistema de tres cables al cierre de contacto de dos cables existente, dependiendo del proveedor del controlador del sistema (que, en este caso, era bastante nuevo), si era solo calefacción o calefacción más a/a, y de la forma en que se quería aislar galvánicamente el nuevo termostato del controlador existente.

Una opción era un optoaislador o SSR, pero no estaba seguro de los niveles de voltaje y corriente o de si una salida SSR que estaba «encendida» se parecía lo suficiente a un cierre de contacto real, ya que hay una pequeña caída de voltaje en la salida de SSR. La opción más fácil y menos preocupante era utilizar un relé de aislamiento parecido al RY2S-UAC24V de IDEC. Este relé de doble polo y doble vía (DPDT) de uso general tiene una bobina de 24 VCA y contactos 3 A en un circuito básico de transmisión/aislamiento (Figura 3). Obviamente, la velocidad del interruptor no era una preocupación en este caso.

Figura 3: Mi problema de conectar un termostato inteligente moderno a un controlador nuevo y sencillo de sistema de calefacción de dos cables se resolvió con un relé que tenía una bobina de 24 VCA. (Fuente de la imagen: Bill Schweber)

¡La buena noticia es que todo funcionó bien la primera vez! Eso es insuperable.

Desafío n.º 2: Actualizar un marcador de sistema de seguridad de tipo teléfono fijo a tipo celular

Otro amigo me pidió que lo ayudara a reemplazar el ahora obsoleto marcador de teléfono fijo de un sistema de seguridad para el hogar por una moderna unidad de teléfono celular inalámbrica. Como un simple cierre de dos cables activaba la unidad vieja y la nueva, esperaba que este fuera un reemplazo directo; no fue así.

El marcador anterior requería una transición de un par de contactos «abierto» a uno «cerrado» para activarlo, mientras que el manual del nuevo marcador decía que necesitaba una transición de tierra a «circuito abierto» como disparador. Por desgracia, «circuito abierto» es uno de esos términos que, a veces, son ambiguos: ¿quiere decir «flotante» (realmente abierto) o bastaría con desconectar la línea a través de una salida de colector abierto?

Para aumentar el desafío, la documentación sobre el pin de salida de la unidad de control de alarma que acciona el marcador no estaba clara en cuanto a su naturaleza eléctrica: podría haber sido una estructura de colector abierto o no. Por lo tanto, no podía decir con certeza si la salida de la unidad de control era al menos posiblemente compatible en sentido eléctrico con las necesidades de entrada del marcador.

Lo pensé por un tiempo y resumí el problema en esto: lo que tenía era una salida que iba de alta a baja con una estructura poco clara, y lo que quería era que pareciera una señal de CC que iba de tierra a abierta.

De nuevo, un EMR al rescate. En este caso, uno parecido al relé DPDT de uso general UA2-5NU de KEMET con una bobina de 5 voltios CC (VCC) y contactos de 1 A parecía una forma flexible y sin riesgos de abordar estos problemas. Conecté la bobina entre el riel de suministro y la salida activa de la unidad de control, luego usé los contactos del relé sin corriente en modo NC para conectar la entrada del marcador a tierra real (Figura 4). Cuando la salida de la unidad de control bajó, alimentó la bobina, lo que abrió los contactos NC del relé y proporcionó un verdadero circuito abierto a la entrada del marcador.

Figura 4: Un relé de CC de bajo voltaje logró la transmisión y la inversión de la señal entre la salida mal definida del disparador del sistema de alarma y el nuevo marcador inalámbrico. (Fuente de la imagen: Bill Schweber)

¡Problema resuelto! El relé funcionó como desfasador de nivel e inversor de señal, y me proporcionó aislamiento galvánico como beneficio adicional.

Conclusión

Estas dos soluciones de EMR resuelven problemas de forma sencilla pero elegante y eficaz. ¿Qué no puede gustarnos? La lección es no dudar en considerar componentes probados y verdaderos, ya que pueden ofrecer simplicidad, funcionalidad y flexibilidad. En cuanto a mí, seguiré ofreciéndome como voluntario para ayudar; es impredecible y, a veces, frustrante, pero gratificante al final.