600007 г. Владимир, ул. 16 лет Октября, д. 68А, литер "Ф", этаж 2, помещение 12
+7 (4922) 53-10-31
info@skb-proton.ru

Выбор между реле и ПЛК (или их комбинирование)

Преобразователи частоты

Главными целями проектирования систем управления являются производительность, надежность и экономическая эффективность. Многие новые и модернизированные панели управления используют такие компоненты, как ПЛК и даже промышленные ПК (IPCs) и программируемые контроллеры автоматизации (PACs) для расширенного подключения и управления. Часто бывает целесообразно использовать эти более сложные (и работоспособные) опции и удалить или отказаться от электромеханических реле в системе. В других случаях машины с простой архитектурой, фиксированными функциями или специальными требованиями могут извлечь выгоду из подключения и управления, основанных главным образом на электромеханических реле и SSRS.

В других случаях лучше всего использовать гибридные подходы — комбинировать различные типы технологий и использовать преимущества современных средств контроля и реле.

Давайте рассмотрим параметры, которые могут повлиять на это инженерное решение.

Реле — это надежная технология, которая проста и эффективна, а управление на основе реле превосходно удовлетворяет очень специфическим требованиям к конструкции. Часто персонал завода и конечные пользователи знакомы с ними или предпочитают их использование, и большинство технических специалистов могут установить их без проблем. Это контрастирует с другими вариантами управления, которые требуют предварительной настройки и расширенного программирования для правильного ввода в эксплуатацию.

Приложения, требующие небольшого устранения неполадок в проводной логике, выигрывают от использования традиционных реле в качестве экономичного выбора. Простая диагностика возможна с помощью электромеханических реле, оснащенных светодиодными индикаторами (сообщающими об электрическом состоянии катушки) и механическими флажками (сообщающими о состоянии контактов) для получения однозначной информации об устройстве. Но в других местах усовершенствованные реле включают в себя диагностику, а также связь с микропроцессорным питанием и возможность подключения к программному обеспечению через comas. Они особенно полезны в устройствах, где реле взаимодействуют с двигателями, нуждающимися в защите от последствий замыканий на землю, перегрузок и других ситуаций, которые могут повредить обмотки.

Дальнейшему облегчению их применения способствует растущее удобство все меньших габаритов реле как для электромеханических реле, так и для SSR, о которых уже говорилось. Усовершенствования в конструкции реле благодаря оптимизированным схемам, эффективности и радиаторам означают, что современные реле намного меньше, чем предыдущие поколения, с тем же значением мА или переключателя. Даже ретрансляторы, имеющие формат ice-cube, в последние годы получили развитие благодаря встроенной обработке.

Эти все более компактные форм-факторы интеллектуальных реле дополняют их расширенные функции. Как упоминалось в статья о DIN-рейке Многие такие реле в настоящее время изготавливаются с геометрией среза 6 мм для монтажа на DIN-рейку, что (помимо экономии места) также устраняет необходимость в последовательных схемах подключения. В некоторых случаях силовые мосты (для питания нескольких реле) дополнительно упрощают и повышают надежность их установки. Еще одной разработкой для более простых реле являются все более стандартизированные розетки, в которые можно вставлять реле и таймеры с различным количеством полюсов и требованиями к напряжению.

Реле могут разгрузить ПЛК безопасности от задач сигнализации и реагирования, что полезно там, где программирование даже незначительных изменений в конструкции сопряжено с трудностями. Фактически, интеллектуальные реле могут быть более подходящими, чем некоторые элементы управления, в простых в остальном конструкциях, требующих функций безопасности — например, там, где ПЛК безопасности непомерно дороги. Экономичность реле (особенно в конструкциях, требующих всего нескольких точек безопасности) позволяет использовать функции безопасности, которые в противном случае могли бы быть опущены. Здесь одноканальные реле и интеллектуальная сигнализация являются лучшим выбором для обеспечения безопасности без чрезмерно сложных реализаций.

Там, где интеллектуальные реле настраиваются и выполняют функции безопасности (выходя за рамки резервных электрических соединений с возможностями обработки), они стали очень похожи на небольшие ПЛК безопасности. Такие конфигурируемые реле могут обладать несколько меньшей логикой и возможностью конфигурирования, чем ПЛК, но требуют меньших технических знаний и программного обеспечения для программирования.

Фактически, несколько защитных реле, представленных сегодня на рынке, включают в себя возможности обработки данных, а также передовые средства связи. Эти и другие интеллектуальные ретрансляторы могут включать EtherNet/IP, CANopen, PROFIBUS и другие протоколы связи для передачи данных об устройствах, контролируемых ретрансляцией.

Подключение по каналу ввода-вывода получило, пожалуй, наибольшее распространение в реле для функций мониторинга, особенно однофазных и трехфазных источников напряжения. Реле, готовые к подключению по каналу ввода-вывода, обеспечивают постоянный доступ как к переменным, так и к сигналу пересчет — в прошлом что-то было возможно только с ПЛК и элементами управления более высокого уровня. Короче говоря, масштабирование сигнала позволяет осуществлять входящую и исходящую ретрансляционную связь для вывода системных значений и ввода новых уставок. Читайте больше о распространении IO-Link здесь и здесь.

Другие настраиваемые реле, принимающие SIM-карты, поддерживают сотовую связь для поддержки функций M2M в удаленных настройках. Такие интеллектуальные реле могут передавать инструкции и получать оповещения даже без подключения к беспроводной сети.

Элементы управления, которые принимают форму ПЛК или включают в себя функциональные возможности ПЛК, продолжают распространяться в операциях, требующих скоординированной системной автоматизации. ПЛК также превосходны там, где логические функции должны соответствовать реконфигурируемому оборудованию — например, для машин, задействованных в производстве партий размером до единицы. Такие контроллеры хранят в памяти мгновенно доступные альтернативные процедуры. Показательный пример: каждый год выпускаются новые модели электромобилей, что требует ежегодного переоснащения производственных линий. Логика, основанная на реле, потребовала бы физической перепрошивки и добавления релейных модулей для внесения таких изменений. Это не проблема, если персонал на месте знаком с конструкцией (и в некоторых случаях может работать быстрее), но при отсутствии таких специалистов ПЛК и более высокие системы управления принимают обновления параметров на основе программного обеспечения для быстрого внедрения новых процедур автоматизации.

Многие ПЛК также могут обрабатывать массивы узлов ввода-вывода и добавлять цифровые устройства ввода-вывода высокой плотности для минимизации размера стойки управления. ПЛК предоставляют диагностические функции для выявления неисправных точек ввода—вывода, требующих замены, что невозможно с устаревшими реле. Кроме того, дополнительные платы ПЛК могут удовлетворить потребность в дополнении устройствами, превышающими номинальные значения напряжения и тока существующих устройств ввода-вывода, и имеется множество опций для устранения реактивности полевых устройств.

ПЛК также становятся все более экономичными — в некоторых случаях они становятся конкурентоспособными по стоимости с установками типа «реле—розетка-соединитель» сопоставимых возможностей. Во многом это связано с затратами на установку последних и усилиями технического специалиста, необходимыми для подключения систем на базе реле.

Хотя мы уже говорили о том, что некоторые особо мощные интеллектуальные реле практически неотличимы от простых ПЛК, логика некоторых реле ограничена простым логическим управлением. Таким образом, там, где конструкции выходят за рамки очень специфических задач, традиционные реле, по крайней мере, требуют добавления счетчиков и реле синхронизации — и могут быть не в состоянии выполнить всю диагностику, необходимую для оптимизации установки. Напротив, даже простые ПЛК способны выполнять подсчет, синхронизацию и диагностику, а также принимать перепрограммирование для изменяющихся приложений.

ПЛК также облегчают добавление HMI для удобочитаемой передачи данных о количестве циклов, состоянии системы и неисправностях. Благодаря тому, что ПЛК теперь предоставляют техническим специалистам больший доступ (с ноутбуками и смартфонами), их использование стало практичным для большего числа приложений. Фактически, самые современные средства управления могут собирать и анализировать данные о производственных площадях (а также обработанные данные с периферийных устройств со встроенными процессорами) для обеспечения полноценного подключения к IIoT.

Мы рассмотрели ситуации, в которых реле превосходны, и те, для которых ПЛК наиболее подходят. Но широкий спектр автоматизированных установок выигрывает от гибридных архитектур управления, которые интегрируют комбинацию ПЛК и реле — электромеханических реле и SSRS.

Например, ПЛК извлекают выгоду из использования реле для переключения и управления сильноточными устройствами. В конце концов, ПЛК превосходно управляют небольшими электрическими нагрузками, такими как контакторы, извещатели, индикаторы безопасности и катушки реле малой мощности. Напротив, усовершенствованные реле могут переключать большие нагрузки в несколько ампер и более — связанные с электродвигателями, клапанами, линейными приводами и другими компонентами. В тех случаях, когда устройство с особенно индуктивным полем может привести к повреждению элементов управления из-за скачков напряжения (или скачкообразных изменений напряжения), промежуточные реле могут (выступая в качестве резервного компонента) дополнять ПЛК. SSRS, в частности, превосходно изолируют и защищают элементы управления от электромагнитных помех — особенно в конструкциях, которые управляют особенно индуктивными нагрузками, а реле защищают ПЛК от высоковольтных переходных процессов при отключении нагрузок. Конечно, реле и ПЛК, используемые вместе, должны обладать электромагнитной совместимостью.

Другие конструкции используют SSRS или цифровой выход ПЛК в точках, требующих высокочастотной коммутации, поскольку твердотельные устройства (с их теоретически бесконечным числом циклов) продлевают срок службы машины в таких ситуациях. SSRS, в частности, незаменимы для управления высокоскоростными компонентами в функциях синхронизации, распознавания и машинного зрения.

Во время модернизации некоторые части конструкции могут быть модернизированы с помощью ПЛК, в то время как остальная часть установки продолжает работать от релейной панели. В конце концов, замена устаревших релейных систем улучшенными моделями может продлить срок службы панели управления. Это может означать замену электромеханических реле на SSRS, поскольку благодаря автоматизированной диагностике, доступной, в частности, по современным протоколам на базе Ethernet, SSRS могут обмениваться данными при возникновении сбоев.

В других местах реле дополняют различные комбинации управления и ввода-вывода. Вот почему многие компоненты ввода-вывода высокой плотности используют реле либо для преобразования напряжения, либо для усиления тока до доступных значений. Реле могут дополнять цифровые устройства ввода-вывода высокой плотности с низким энергопотреблением на PACS для некоторых задач, выполняемых с использованием традиционного сильноточного оборудования. Такие гибридные установки чаще используются для модернизации, но независимо от этапа установки, связь и логика PAC часто хорошо работают с системами на базе реле.

Другие инженеры соединяют реле и ПЛК, когда требуется адресация выходных сигналов — как правило, вокруг ПЛК системы, где используются компоненты высокой мощности, с которыми ПЛК не может справиться. Некоторые модули ввода-вывода на DIN—рейке также предназначены для интеграции с реле для обеспечения безопасности — и реле на ПЛК для распределенного управления полевыми устройствами, обеспечивающими функциональность IIoT.

Конечно, новые конструкции как для электромеханических реле, так и для SSRS имеют размытые границы между этими подтипами, а также между SSRS и другими элементами управления. Как уже упоминалось, самые современные программируемые реле часто неотличимы от микро-ПЛК из-за возможности конфигурирования с помощью лестничной логики и другого стандартного программирования, так что логика реле и лестничная логика не являются взаимоисключающими.