Оглавление:
С увеличением сложности электрической сети растет и число задач, решаемых ее системой управления. Для самых простых функций можно использовать схемы на основе классических реле, однако они малоэффективны для полной автоматизации. И здесь отличным выбором становятся программируемые реле — компактные и доступные аналоги программируемого логического контроллера (ПЛК, Programmable Logic Controller, PLC). Далее рассмотрены ключевые аспекты, связанные с использованием таких реле.
Что такое программируемые реле
Программируемые реле — это небольшие устройства управления, предназначенные для выполнения простых задач автоматизации. Их основные области применения включают системы автоматизации зданий (включая управление освещением, отоплением и кондиционированием воздуха), контроль доступа и небольшие промышленные сети. Они идеальны там, где необходимы простые функции автоматического управления, особенно в системах с ограниченным количеством входов/выходов и без необходимости поддержки множества разных протоколов связи.
До популяризации программируемых реле и ПЛК-контроллеров основным способом реализации автоматического управления были решения на основе классических реле, поэтому и пошло появление больших электрошкафов управления. Эти типы систем отличались очень низкой степенью любых модификаций, поскольку требовали физической переделки отдельных элементов – изменения расположения реле и взаимосвязей между ними, что занимало много времени, в течение которого система не использовалась.
Решением данной проблемы стало появление на рынке современных ПЛК-контроллеров. Такой тип устройств очень хорошо работал в случае больших и сложных электросистем, но все же часто проигрывал конкуренцию классическим реле в менее сложных системах управления в плане дороговизны. В ответ на эту проблему лет 30 назад появились программируемые реле.
По сравнению с контроллерами ПЛК, программируемые реле характеризуются меньшим количеством входов/выходов, отсутствием поддержки протоколов связи (или очень ограниченным количеством поддерживаемых протоколов), а также существенно более низкой ценой.
Кстати, в последние годы в продаже появилась интересная альтернатива программируемым реле – так называемые микро-ПЛК, уменьшенная версия классических промышленных контроллеров. Они частично заполняют пробел между программируемыми реле и стандартными контроллерами ПЛК.
Конструкция программируемых реле
Типичное программируемое реле состоит из нескольких функциональных блоков:
- входной модуль,
- центральный блок,
- модуль вывода,
- пользовательский интерфейс.
Модуль ввода представляет собой набор аналоговых и цифровых входных портов, к которым могут подаваться сигналы от различных типов датчиков и других элементов схемы. Эти сигналы составляют входные данные алгоритма управления.
Реализация этого алгоритма является задачей центрального блока. Обычно он состоит из микроконтроллера, оперативной и энергонезависимой памяти, в которой хранится пользовательская программа. Многие модели реле позволяют подключать внешние носители данных, например карты microSD. Выходные данные, формируемые алгоритмом управления, поступают в модуль вывода. Этот блок состоит из аналоговых и цифровых выходных портов, состоянием которых управляет пользовательская программа.
Программируемые реле обычно оснащены элементами пользовательского интерфейса, такими как дисплей и кнопки, что позволяет связываться с устройством и читать его статус. Реле обычно также оснащается дополнительными аппаратными и программными средствами, такими как таймеры, счетчики, часы реального времени, компараторы и потенциометры. Количество и тип доступных ресурсов зависят от модели реле. Некоторые модели также можно расширить за счет установки модулей расширения с дополнительным функционалом.
Рабочий цикл реле управления
Работа реле организована по так называемой программный цикл. Обычно этот цикл состоит из следующих этапов:
- входное чтение,
- реализация программы,
- обновление статуса выхода.
В начале каждого цикла реле считывает состояние входов и записывает их значения в выделенные области памяти. Благодаря этому далее в цикле программа не обращается напрямую к входным состояниям, а считывает копии этих значений, хранящиеся в системной памяти. Аналогичная ситуация и с записью выходных состояний. Во время выполнения программы контроллер сохраняет состояние выходов в определенных областях памяти, а в конце цикла, после обработки последней инструкции, реле обновляет выходы в соответствии со значениями, ранее сохраненными в памяти.
Языки программирования реле
Программирование реле формально аналогично программированию контроллеров ПЛК, однако реле из-за упрощенной структуры обычно характеризуются меньшим количеством доступных опций и возможностей. В результате программы реле, как правило, намного проще, чем их ПЛК аналоги.
Список доступных инструкций, синтаксис языка и количество доступных методов программирования зависят от модели реле. Как правило, существует два типа языков программирования, предназначенных для программируемых реле – текстовые и графические. Многие модели поддерживают использование сразу обоих из них.
Текстовые языки
Текстовые языки, такие как STL (список операторов), представляют собой наборы инструкций, охватывающие логические операции, отношения и различные типы релейных функций (таймеры, счетчики, компараторы и другие). Использование текстовых языков обычно более эффективно, а структура программы больше похожа на выходной код, выполняемый реле.
Структура программы, написанной на STL, представляет собой последовательность последовательно выполняемых инструкций. Каждая инструкция состоит из символа инструкции (например, AND, XOR, OR) и ее аргумента. Также можно определить символические имена (например, для отдельных портов ввода/вывода), что улучшает читаемость программы.
Графические языки
В случае графических языков программа состоит из отдельных блоков/графических элементов, размещенных на диаграмме. Самым популярным типом графического языка для программируемых реле и контроллеров ПЛК является LAD (лестничная диаграмма). На этом языке структура программы представлена с помощью так называемого лестничные схемы.
Отдельные символы (представляющие отдельные входы/выходы) размещаются в схемах и располагаются аналогично ступеням лестницы – отсюда и название языка. Последующие ступени лестницы, то есть схемы, считываются во время выполнения программы в порядке сверху вниз. После чтения нижней ступени программа снова запускается с верхней ступени.
Инструкция к типовому реле
Посмотреть или скачать инструкцию к типовому программируемому реле, на примере EKF PRO, можно по ссылке.
Подведем итог
Программируемые реле характеризуются хорошим соотношением цены и качества. Они позволяют выполнять простые функции автоматизации, что делает их привлекательной и экономически оправданной альтернативой контроллерам ПЛК. Если говорить совсем просто, то программируемые реле — это те же ПЛК-контроллеры, только с небольшим количеством входов/выходов и ограниченным набором дополнительных функций, таких как поддержка различных типов протоколов связи. По принципу работы эти два типа устройств очень похожи друг на друга – их можно программировать с использованием одинаковых или очень похожих языков программирования, основанных на графической или текстовой структуре.
Ограниченная функциональность программируемых переключателей является, с одной стороны, их преимуществом – позволяет снизить цену, но с другой – определенным недостатком – схемы на базе такого типа устройств ограничены в возможности дальнейшего потенциального расширения. Хотя некоторые модели реле имеют возможность подключения модулей расширения, предложение дополнительных функций все же значительно меньше, чем в случае с контроллерами ПЛК.
