Программируемое реле — младший брат ПЛК

Программируемые интеллектуальные реле являются одной из разновидностей ПЛК (программируемые логические контроллеры). Применение интеллектуальных реле позволяет значительно упростить схемы управления электрооборудованием, повысить их надежность.

Задание программы для интеллектуальных реле производится при помощи кнопок на лицевой панели и небольшого, как правило, в одну – две строки LCD индикатора. Хотя существуют и более сложные конструкции, и в этих случаях программы приходится писать на персональном компьютере, с использованием специализированных языков программирования релейной логики LD, FBD и некоторых других.

Для загрузки (прошивки) готовых программ в память микроконтроллера используются интерфейсы типа RS-232, RS-485 или Industrial Ethernet, позволяющие также осуществлять связь с АСУ верхнего уровня. Некоторые модели программируемых интеллектуальных реле позволяют наращивать возможности коммуникации при помощи специальных модулей расширения.

Отличие интеллектуальных реле от полноценных ПЛК в том, что они обладают малым объемом оперативной и программной памяти, а это приводит к невозможности хоть сколько-нибудь сложных математических вычислений. Кроме того количество каналов ввода – вывода как цифровых, так и аналоговых у интеллектуальных реле также невелико, поэтому область их применения достаточно ограничена. Прежде всего, это автоматизация отдельных агрегатов, управление системами освещения, некоторыми устройствами в системе ЖКХ, локальные контуры различных систем автоматизации, бытовая техника.

Особенностью таких устройств является их локальное применение для небольших систем, а так же программа для них в основном создается на языке функциональных блоковых диаграмм (FBD) или на языке релейной логики (LD). Эти языки соответствуют международному стандарту МЭК 61131-3. Программное обеспечение таких реле имеет удобный и дружелюбный интерфейс и позволяет разработать программы в короткий срок, проверить синтаксис и верность созданной программы, а так же имеет возможность провести отладку программы в реальном времени, которая ясно дает представление о том, как будет вести себя контроллер в той или иной ситуации. 

Конструкция программируемых интеллектуальных реле чаще всего моноблочная, — в одном небольшом корпусе содержатся все узлы. Это, как правило, блок питания небольшой мощности, микроконтроллер, каналы ввода и вывода информации, клеммы для подключения исполнительных устройств. Корпуса таких устройств невелики и позволяют установку в электрических шкафах на DIN – рейку, что соответствует современным стандартам. Впрочем, блок питания может быть и отдельным устройством.

Программируемые интеллектуальные реле зарубежного производства

Программируемые реле сейчас выпускаются многими фирмами, большей частью зарубежными. В качестве примера можно вспомнить фирму Schneider Electric, которая была основана в 1936 году во Франции. Ее штаб-квартира находится в городе Rueil-Malmaison Cedex. Свои изделия фирма выпускает под торговыми марками Telemecanique, Merlin Gerin, Modicon.

Продукция фирмы Schneider Electric весьма разнообразна: от обычных автоматических выключателей, до таких сложных устройств как частотные преобразователи, устройства сигнализации и управления, устройства плавного пуска, реле контроля, датчики и программируемые реле и контроллеры. В качестве примера интеллектуального реле рассмотрим программируемые реле Zelio Logic.

Программируемые реле Zelio Logic фирмы Schneider Electric позволяют реализовать небольшие системы управления, количество вводов/выводов которых находится в пределах 10…40 каналов. В корпусе размерами 124,6*90*59 мм удается разместить до 26 каналов ввода/вывода. При этом напряжение питания устройства находится в очень широких пределах: 24VAC, 100… 240VAC, 12VDC, 24VDC, что позволяет легко встраивать реле в любые конструктивы.

Например, реле серии SR2B201FU имеет 12 дискретных входов и 8 релейных выходов, рассчитан на напряжение питания переменного тока 100 – 240В и имеет в своём составе часы, дисплей и набор кнопок. Внешний вид интеллектуального реле в моноблочном исполнении показан на рисунке. 

Для программирования реле Zelio Logic возможно применение двух специализированных языков FBD или LADDER. Устройство выпускается как в моноблочном исполнении, так и в модульном. Последний вариант позволяет объединение модулей для расширения системы в целом. 

Область применения реле Zelio Logic достаточно широка и предусматривает управление компрессорами или насосами, подсчет готовых изделий или комплектующих на автоматических линиях, управление эскалаторами, освещением и электронными табло. Возможно применение в системах охраны в качестве устройств контроля доступа.

Кроме упомянутой Schneider Electric производством программируемых реле занимается еще целый ряд зарубежных фирм: OMRON, Control Techniques, SIEMENS, Mitsubishi Electric, Danfoss, ABB, Moeller, Braun, Allen Bradley, Autonics, Array Electronic, Eaton.

Самые популярные программируемые интеллектуальные реле: Siemens LOGO!, Omron ZEN, Schneider Electric Zelo Logic, Easy Moeller, Mitsubishi Alpha XL, Delta Electronics DVP-PM, Eatoneasy500, easy800, xLogic ELC, Owen Logo, Oni Logo, PRO-Relay, ОВЕН ПР110, ОВЕН ПР200.

Программируемые логические контроллеры тайваньской компании Array Electronic серии FAB

Для промышленного и бытового применения компанией выпускаются интеллектуальные реле второго поколения серии FAB. Эти устройства достаточно просты в эксплуатации и легко поддаются изучению и программированию. Для программирования реле FAB используется язык программирования FDB, предназначенный, в основном, для инженеров, занимающихся автоматизацией. С его помощью можно создать достаточно сложную систему, при этом эффективную и экономичную.

Язык программирования FDB представляет язык блоков, которые в процессе ввода программы показываются на дисплее. Функциональные блоки просто выстраиваются и объединяются в определенной последовательности, как последовательно, так и параллельно, что позволяет наглядно создавать достаточно сложные алгоритмы. При этом не требуется знания каких-либо языков программирования. Для того, кто когда-то занимался обслуживанием цифровой техники, например, станков с ЧПУ, этот язык не вызовет затруднений.

Кроме логических операций в наборе блоков имеются также счетчики, таймеры, задержки времени, метки времени включения и выключения, и другие.

Среда программирования поставляется совместно с устройствами, а также доступна для скачивания с сайта производителя. Интеллектуальные реле серии FAB заменяют собой большое количество коммутационных устройств: реле, тахометры, счетчики, таймеры и т.п. при этом по достаточно низкой цене. Одно программируемое интеллектуальное реле позволяет заменить целый шкаф, собранный на обычных электромеханических реле. При этом надежность схемы в целом возрастает, количество дискретных элементов уменьшается, снижаются габариты, уменьшается энергопотребление.

Области применения интеллектуальных реле FAB достаточно широки. Это системы умного дома; автоматическое открывание дверей, шлагбаумов и ворот; управление освещением как внутренним, так и наружным; управление вентиляцией и регулирование температуры на предприятиях и в жилых помещениях, в оранжереях и теплицах. А также управление системами водоснабжения, управление производственными линиями и отдельными станками, применение в системах охранной сигнализации, в аварийных системах оповещения и многое другое.

Краткие технические характеристики интеллектуальных реле FAB

Реле оснащено LCD дисплеем имеющем 4 строки по 10 символов, имеется встроенный календарь и часы реального времени. Возможно дистанционное управление по телефонным линиям, и возможность передачи голосовых сообщений. В комплекте поставки идет бесплатная простая программа SCADA позволяющая осуществлять связь с ПК на достаточно большое расстояние, что дает возможность дистанционного мониторинга и настройки. В случае использования интерфейса RS – 485 к одному ПК могут быть подключены 255 реле FAB. Такое подключение позволяет создавать более функциональные системы, чем при использовании одиночных FAB реле.

Выходы устройства имеют высокую нагрузочную способность: релейные – 10А, транзисторные выходы – 2А.

Хотя память программы невелика – всего 64К, программа может содержать 127 функциональных блоков, 127 счетчиков, 127 интервалов RTC (реального времени), 127 таймеров, что позволяет создавать достаточно сложные функциональные программы. Ввод программы осуществляется либо с помощью кнопок и LCD–дисплея, либо с использованием ПК. Для защиты программы от несанкционированного доступа возможна защита паролем. 

Отечественные программируемые реле

В России выпуском программируемых реле занимаются воронежская фирма «Овен» и нижегородская «КонтрАвт». Фирма «Овен» выпускает свои реле под названием Овен ПЛК ***.

Воронежским ЗАО «Экоресурс» выпускается серия контроллеров «Базис», включающая в себя несколько модификаций прибора. В журналах «Автоматизация в промышленности», «Приборостроение и средства автоматизации» и «Промышленные АСУ и контроллеры» содержится целый цикл статей по применению контроллеров серии «Базис».

Некоторые фирмы занимаются распространением и продажей в России импортных брендов. Например, фирма Интехникс, торговый партнер английской компании Invertek Drives, занимающейся производством столь популярных в последнее время частотно-регулируемых приводов, поставляет в Россию и программируемые интеллектуальные реле, столь необходимые для создания систем автоматизации.

Примеры применения реле

Управление эскалатором. Обеспечение непрерывной работы только в будние дни с 8:00 до 18:00. · С 18:00 до 20:00 включение эскалатора только при появлении человека.

Управление вентиляцией. Включение вентиляции каждые 30 минут на 10 минут. Включение вентиляции на 10 минут при превышении заданного уровня СО2.

Управление автоматическим вводом резерва. Автоматический ввод резерва при 2-х и более вводах. Секционирование. Включение/отключение потребителей. Включение/отключение ДГУ и других источников.

Пример разработки программы для реле

Пусть необходимо разработать программу управления смесителя для программируемого интеллектуального реле ZelioLogic на языке FBD, задача звучит следующим образом.

В вертикальную емкость высотой 7м подается жидкость №1 до достижения уровня в 2,8м. После чего подача первой жидкости прекращается и подается жидкость №2 до достижения общего уровня в 4,2м. После чего подача второй жидкости прекращается и включается двигатель перемешивающего устройства, который работает в течение 30 минут. По истечению времени двигатель отключается и открывается кран слива суспензии.

Для решения задачи необходимо в первую очередь преобразовать значения уровня в данные понятные для контроллера, т.е. значению уровня в 2,8 м, исходя из разрядности встроенного АЦП, будет соответствовать значение на входе контроллера равное 102, а уровню в 4,2 м значение 153.

Так же, исходя из условий задачи, выходы контроллера должны взаимодействовать с тремя запорными клапанами – подача жидкости №1, подача жидкости №2, слив суспензии и с одним двигателем для мешалки. В решении данной задачи целесообразно на вход контроллера подключить кнопку, которая обеспечит запуск всей системы.

Разработка программы производится с применением компьютера, на котором установлено программное обеспечение ZelioSoft 2.

Графический язык программирования контроллеров FBD использует различные функциональные блоки. Каждый блок представляет собой часть законченной программы, обеспечивающая конкретную функциональную связь между входными и выходными переменными.

Соединение блоков приводит к объединению отдельных модулей в единую управляющую программу, которая в соответствии со значениями входных переменных датчиков, подключенных к входам программируемого реле, формирует управляющие сигналы для исполнительных механизмов, подключенных к выходам.

Таким образом, процесс программирования сводится к выбору различных функциональных блоков, размещению их в окне редактирования и соединению в определенной последовательности, обеспечивающей решение конкретной задачи автоматизированного управления процессом или объектом.

Для решения поставленной задачи выбраны и соединены необходимые блоки и установлены их параметры, обеспечивающие заданную логику работы.

Графическое представление программы в среде ZelioSoft2 с помощью FBD, выполняющей решение данной задачи приведено на рисунке.

Решенная задача на языке FBD

Проверка правильности настройки отдельных блоков и их соединений производится в режиме симуляции. Убедившись в правильности работы программы, её переносят с инструментального компьютера в память программируемого реле.

Вывод

Интеллектуальны программируемые реле, несмотря на свои недостатки, могут выполнять ряд задач в производственных и непроизводственных сферах, в которых нет необходимости использовать программируемые логические контроллеры (ПЛК).

Также они значительно дешевле ПЛК, что позволяет сэкономить в процессе модернизации, либо автоматизации ручного или автоматического процесса. Для того чтобы запрограммировать интеллектуальное программируемое реле, пользователю не обязательно обладать навыками программирования, можно использовать набор типовым программ. Интеллектуальные реле просты в программировании.

Программируемое реле — младший брат промышленного контроллера (ПЛК). О том как устроен ПЛК можно прочитать тут. Принципиально программируемое реле работает точно также, как логический контроллер, и отличается от ПЛК только вычислительной мощностью, количеством входов-выходов, коммуникационными возможностями, объёмом памяти программ и т.д.

Реле фирмы «ОВЕН» ПП110

Вообще говоря, провести границу между программируемыми реле и ПЛК довольно сложно. Зачастую можно встретить промышленный контроллер уступающий по характеристикам программируемому реле. Поэтому, в конечном итоге производитель конкретного устройства сам определяет, что это: реле или ПЛК.

В классическом же варианте программируемое реле имеет следующие особенности:

• Относительно небольшое количество входов-выходов (8 … 32).
• Отсутствие аналоговых входов-выходов (в классическом варианте реле работает только с дискретами, однако почти все современные реле могут опционально иметь аналоговые входы и выходы).
• Небольшая внутренняя память для программы пользователя.
• Как следствие из предыдущего пункта, программа реле обычно достаточно простая, имеет линейную структуру.
• Программирование на языке функциональных блоков (FBD) или языке релейных диаграмм(LD).
• Не умеют производить сложные математические вычисления.
• Ограниченные коммуникационные возможности: обычно имеют один порт для связи с контроллером верхнего уровня. Поэтому реле не могут вести опрос большого количества устройств по цифровым интерфейсам и обрабатывать большие массивы данных.
• Большинство имеют моноблочную структуру, но не всегда. Например, реле Zelio и Twido фирмы Schneider имеют модульную структуру.

Исходя из перечисленных особенностей программируемых реле, можно сказать, что они применяются для несложных задач локальной автоматизации:

• системы релейной защиты
• «умный дом»
• управление освещением
• управление небольшими объектами: котельные, насосные станции, системы вентиляции
• автоматизация работы механизмов: станков, компрессоров, прессов, вентиляторов, приводов ворот и т.д.
• управление автоматами ввода резервного питания (АВР)
• системы контроля доступа

Как уже было сказано, для программирования реле принято использовать язык функциональных блоков (FBD) или релейных диаграмм (LD). Оба языка — графические, поэтому на них удобно описывать структуру процесса, при этом программа выглядит легко читаемой и наглядной.

Пример программы для управления насосами на реле фирмы «Овен»  ПР110

На следующем рисунке показан пример программы для автомата ввода резервного питания (АВР) на языке релейных диаграмм для реле Zelio Logic фирмы «Schneider». Как вы можете видеть, язык релейных диаграмм использует для описания процесса релейную логику (катушки и контакты реле), очень привычную для КИПовцев, электриков и просто людей «старой закалки», заставших время больших релейных шкафов управления.

Пример программы для АВР на реле Zelio

А вот та же самая программа, но для реле Twido того же производителя на языке LD:

Пример программы для АВР на реле Twido

Несмотря на отличия в интефейсе среды программирования — суть та же самая.

Последние несколько лет развития промышленной электроники демонстрируют сокращение ценового разрыва между устройством — программируемое реле, и устройством — программируемый логический контроллер. Этот момент делает микро ПЛК более предпочтительным вариантом создания систем управления индустриальными машинами. Предлагаемые теперь микро ПЛК не дороже и не сложнее в обучении пользования традиционными программируемыми реле. Соответственно, вопрос для специалистов — что выбрать, видится окончательно разрешённым.

Технические возможности локального интерфейса оператора

Применение программируемых реле видится очевидным в ситуациях относительно простых, практически не требующих изменений или требующих ограниченного локального интерфейса оператора. Здесь применение программируемого реле выглядит дешевле использования микро ПЛК с отдельным интерфейсом оператора. Несмотря на то, что функции контроля и управления программируемого реле ограничены, эти функции включают:

• устранение неполадок входного сигнала,
• задержку по времени перед включением выхода,
• установку длительности импульса на выходе и другие.

Программируемые реле используются для обеспечения значительного преимущества в приложениях с четырьмя-восемью входами и четырьмя-восемью выходами.

Однако теперь ситуация кардинально поменялась, учитывая изменения (снижения) цены на микроконтроллеры. При этом технические возможности с появлением микроконтроллеров явно увеличились. Если ранее многие пользователи рассматривали переход на микро ПЛК только в случае более сложной логики, сейчас очевиден выбор именно контроллеров.

Что такое микро ПЛК (микроконтроллер PLC)?

Разработки более новых технологий в области производства микроэлектроники явились результатом создания компактного  недорогого прибора — микро ПЛК. Соотношение цена / качество для этого устройства превышает аналогичные показатели индустриальных программируемых реле.

МИКРО ПЛК

Обладающий расширенным функционалом и улучшенным аппаратным интерфейсом, программируемый логический микроконтроллер всё чаще рассматривается в качестве замены традиционных программных релейных устройств

Ниже отмечены некоторые из преимуществ микро ПЛК перед программируемым реле:

• модульная расширяемость,
• лучшее соотношение цена / качество,
• увеличенное число опций коммуникаций,
• легко добавляемый полнофункциональный интерфейс оператора,
• легко создаваемые сложные программы управления.

Современные микро ПЛК поставляются различными по модельному исполнению, имеют встроенный ввод / вывод и съёмные клеммные колодки для удобного подключения. Дополнительными модулями обеспечивается расширение интерфейса ввода / вывода, если таковое необходимо.

Процессоры микро ПЛК обеспечивают различные комбинации дискретных и аналоговых входов, дискретных и аналоговых выходов. Допустимо расширение до 142 дискретных входов / выходов или 54 аналоговых каналов.

Современные микро ПЛК продаются по цене от $50-$70, что фактически сопоставимо с большей частью программируемых реле, но при этом обеспечивается более выраженная функциональность и гибкость в работе.

Техническая конфигурация современного микроконтроллера ПЛК

Модели микро ПЛК, оснащённые часами реального времени, предлагают различные варианты связи. Встроенная связь может включать многоцелевой порт Ethernet 10/100 Мбит/с для:

Сейчас читают

• программирования,
• подключения к сети,
• управления устройствами через протокол Modbus TCP.

Другие опции связи в микро ПЛК включают порты связи RS-232 для программирования / настройки протоколов MODBUS RTU (ASCII). Связь RS-485 также доступна для конструкций подобного рода. Эти параметры связи позволяют легко подключаться к широкому спектру терминалов интерфейса оператора.

PLC CP1W-CN811

Вид электронной платы одной из моделей микроконтроллера, которая наглядно демонстрирует преимущества устройства по габаритным размерам с учётом более выраженных функциональных возможностей

Независимо, используется ли последовательный порт или Ethernet, простое подключение обеспечивает расширенные возможности текстового и графического отображения на сенсорном экране. По размерам экран ПЛК больше, чем у программируемых реле.

Микро ПЛК содержит не более двух десятков инструкций, подходящих для большинства малых и средних приложений, что облегчает программирование. Ограниченный набор команд сокращает время обучения, среда программирования на ПК предоставляется бесплатно. Микро ПЛК обеспечивает более масштабируемое решение, нежели программируемое реле, обеспечивая пространство для дальнейшего расширения.

По мере того, как индустриальная машина обновляется (совершенствуется), в состав микро ПЛК допускается внедрять более сложное программирование и дополнительные операции ввода-вывода. Однако для программируемых реле существуют ограничения наращивания ресурса.

Что такое программируемое реле?

Небольшое по размерам коммутируемое устройство, которое включает в состав конструкции несколько входов и выходов, обеспечивающих:

• функции реле,
• функции таймера,
• функции счётчика в одном устройстве,

получило название – программируемое реле. Большая часть такого рода приборов содержат относительно небольшое количество входов / выходов. Тем не менее, разработаны также конструкции с поддержкой более двух десятков дискретных входов и выходов, поддерживающие до восьми аналоговых входов и восьми аналоговых выходов.

PR-12DC-DA-R

Одна из конструкций релейного устройства, которую можно рассматривать в качестве распространённого (классического) варианта исполнения. При достаточно солидных габаритах, функционал прибора явно ограничен

Программируемые реле часто включают в состав конструкции встроенный ЖК-дисплей (6-ти строчный, 20 символьный) для отображения функций программы, переменных и конфигурации. Также устройство наделяется клавишами и кнопками управления на передней панели:

• для навигации;
• ввода и редактирования программы и параметров;
• запуска, останова, настройки устройства.

Между тем встроенные дисплеи приборов имеют определённые ограничения. Поэтому знания работы приложения и переменных, использование рабочей инструкции, всё это зачастую требуется оператору, учитывая недостаток вывода информации на дисплее.

Даже при условии обеспечения программируемым реле простой установки, минимальной проводки и удобства программирования — микро ПЛК рассматриваются серьёзными конкурентами таких приборов.

Программируемое реле и ПЛК: требования к обучению работе

Распространённое заблуждение в отношении программируемых реле заключается в том, что, по мнению пользователей, на такие приборы не требуется никакого обучения для освоения программной среды. Но практика показывает — если есть необходимость организации нескольких точек ввода / вывода, сложность разработки кода для программируемого реле сопоставима с разработкой кода под микро ПЛК. Как правило, требуется использование программного обеспечения на базе ПК.

Так, обзор трёх из наиболее популярных программируемых реле высокого класса показал — объём на техническое руководство достигает 200 — 550 страниц. Кроме того, каждое устройство сопровождает почти 200 страниц руководства пользователя. Каждое из трёх рассмотренных приборов, при этом, оценивается на рынке дороже, чем микро ПЛК, демонстрируя отсутствие многих функций и возможностей логического контроллера.

Как программируемые логические контроллеры, так и программируемое реле зачастую используют программное обеспечение для создания аппаратной конфигурации в соответствии с требованиями индустриального приложения. Программное обеспечение, как правило, доступно загрузить бесплатно с ресурса онлайн или с носителя, прилагаемого в комплекте производителем.

Используемые источники:

• http://electricalschool.info/spravochnik/eltehustr/840-programmiruemye-intellektualnye-rele.html
• http://lazysmart.ru/bez-rubriki/programmiruemy-e-rele-v-sistemah-avtomatiki/
• https://stroyudom.su/elektrika/programmiryemoe-rele-i-programmiryemyi-logicheskii-kontroller-chto-vybrat.html