Przekaźniki czasowe - rodzaje, parametry i zastosowanie w automatyce
Przekaźniki czasowe są stosowane w układach automatyki wszędzie tam, gdzie określona czynność ma nastąpić po upływie ustalonego czasu lub trwać przez wyznaczony okres. Pozwalają między innymi opóźnić załączenie albo wyłączenie urządzenia, sterować jego pracą cykliczną czy wygenerować impuls o określonej długości. Sprawdzają się zarówno w maszynach i instalacjach przemysłowych, jak i w układach sterowania pompami, wentylatorami czy oświetleniem. W artykule wyjaśniamy, jak działa przekaźnik czasowy, jakie funkcje może realizować oraz na co zwrócić uwagę przy jego doborze i podłączeniu.
Z artykułu dowiesz się:
- do czego służy przekaźnik czasowy i jak działa,
- jakie są podstawowe tryby jego pracy,
- czym różni się opóźnienie załączenia TON od opóźnienia wyłączenia TOF,
- jak ustawić czas i odczytywać przebiegi czasowe,
- jak podłączyć przekaźnik czasowy do stycznika sterującego pompą lub wentylatorem,
- jakie parametry uwzględnić przy doborze odpowiedniego modelu,
- kiedy prosty układ z przekaźnikiem czasowym może zastąpić sterownik PLC.
Zastosowanie przekaźników czasowych w układach automatyki
Przekaźnik czasowy służy do realizowania zależności czasowych w układach automatyki. Pozwala określić, kiedy dane urządzenie ma zostać załączone lub wyłączone, jak długo powinno pracować albo w jakich odstępach ma powtarzać określoną czynność. Dzięki temu można uporządkować kolejność działania poszczególnych elementów maszyny lub instalacji bez stosowania rozbudowanego układu sterowania.
Przekaźniki czasowe wykorzystuje się między innymi do sterowania pompami, wentylatorami, oświetleniem oraz napędami. Mogą odpowiadać za opóźniony start urządzenia, jego dobieg po zaniku sygnału, generowanie impulsów czy powtarzalną pracę w określonych odstępach. Konkretne zastosowanie zależy przede wszystkim od wybranego trybu pracy.
Podstawowe tryby pracy przekaźników czasowych
Do najczęściej stosowanych funkcji należą opóźnienie załączenia, opóźnienie wyłączenia oraz praca cykliczna. W zależności od konstrukcji urządzenia dostępne mogą być także funkcje impulsowe, załączenie na określony czas czy sterowanie rozruchem gwiazda-trójkąt. Poszczególne tryby różnią się przede wszystkim momentem rozpoczęcia odmierzania czasu i sposobem przełączania wyjścia.
Jednym z podstawowych trybów jest TON, czyli opóźnienie załączenia. Po pojawieniu się sygnału przekaźnik rozpoczyna odmierzanie i załącza wyjście dopiero po upływie ustawionego czasu. TOF działa odwrotnie – odpowiada za opóźnienie wyłączenia, dlatego po zaniku sygnału wyjście pozostaje aktywne jeszcze przez określony czas. Wybór pomiędzy TON i TOF zależy więc od tego, czy opóźnione ma być rozpoczęcie, czy zakończenie pracy urządzenia.
Ustawianie czasu i odczytywanie przebiegów
Czas działania przekaźnika ustawia się poprzez wybór odpowiedniego zakresu i nastawy. W urządzeniach wykorzystujących skalę można posłużyć się zależnością: odmierzany czas = zakres czasu × nastawa czasu. Dla zakresu 10 sekund i nastawy 0,5 czas wyniesie więc 5 sekund. Analogicznie zakres 10 minut przy tej samej nastawie oznacza 5 minut. W zależności od modelu ustawienia wprowadza się za pomocą pokręteł, przełączników DIP lub przycisków.
Sposób działania wybranej funkcji przedstawiają przebiegi czasowe umieszczane na obudowie urządzenia lub w dokumentacji technicznej. Najczęściej U oznacza zasilanie, S – wejście sterujące, a R – wyjście lub styk. Na wykresie można sprawdzić, kiedy rozpoczyna się odmierzanie czasu i w którym momencie następuje przełączenie wyjścia. Oznaczenia oraz sposób sygnalizacji mogą różnić się między modelami, dlatego przy uruchamianiu urządzenia należy korzystać ze schematu producenta.
Podłączenie przekaźnika czasowego w układzie sterowania
Przekaźnik czasowy należy podłączyć zgodnie ze schematem określonym przez producenta. W typowym układzie jego styk wyjściowy podaje sygnał na cewkę stycznika, a stycznik załącza następnie pompę, wentylator lub inne urządzenie. Pozwala to wykorzystać przekaźnik do sterowania czasem pracy odbiornika bez bezpośredniego obciążania jego styków prądem zasilającym urządzenie.
Przy projektowaniu układu trzeba uwzględnić napięcie zasilania i parametry styków, a w wersjach zasilanych napięciem stałym również wymagania dotyczące polaryzacji, jeśli wskazuje je producent. Znaczenie ma także rodzaj sterowanego obciążenia. W przypadku cewek styczników i innych obciążeń indukcyjnych należy uwzględnić odpowiednią kategorię użytkowania oraz dopuszczalne parametry styków.
Przekaźniki pneumatyczne w instalacjach pneumatycznych
Osobną grupę stanowią pneumatyczne przekaźniki czasowe, przeznaczone do instalacji pneumatycznych, w których sterowanie odbywa się za pomocą sprężonego powietrza. Ich zadaniem jest wprowadzenie określonego opóźnienia w działaniu poszczególnych elementów układu.
Takie rozwiązania stosuje się tam, gdzie funkcje sterujące realizowane są pneumatycznie i potrzebne jest uzyskanie zależności czasowej bez zastosowania elektronicznego przekaźnika czasowego. Pozwalają na przykład opóźnić zadziałanie kolejnego elementu instalacji pneumatycznej.
Najważniejsze parametry przy doborze przekaźnika czasowego
Przy wyborze urządzenia należy przede wszystkim określić wymaganą funkcję oraz zakres odmierzania czasu. Istotne są również napięcie zasilania, dokładność i powtarzalność nastawy, liczba oraz rodzaj styków, a także ich dopuszczalny prąd i napięcie. W przypadku obciążeń indukcyjnych trzeba dodatkowo zwrócić uwagę na kategorię użytkowania.
Znaczenie może mieć także wyposażenie urządzenia w dodatkowe wejścia, takie jak START, RESET czy PAUZA. W bardziej rozbudowanych przekaźnikach dostępnych jest kilka funkcji czasowych, dzięki czemu jeden model można dostosować do różnych zadań bez zmiany urządzenia.
Przekaźniki wielofunkcyjne i proste sterowanie bez PLC
Przekaźniki wielofunkcyjne łączą kilka sposobów działania w jednym urządzeniu. Mogą realizować opóźnione załączenie i wyłączenie, załączenie na określony czas, pracę cykliczną symetryczną lub z dwoma niezależnymi czasami, funkcje impulsowe czy rozruch gwiazda-trójkąt. Dostępny zestaw trybów zależy od konkretnego modelu.
W prostych układach przekaźnik czasowy może ograniczyć potrzebę stosowania sterownika PLC. Sprawdza się szczególnie wtedy, gdy sterowanie sprowadza się do jednej lub kilku zależności czasowych, np. opóźnienia startu, dobiegu, podtrzymania albo cyklicznego załączania urządzenia. Sterownik PLC staje się bardziej uzasadniony, gdy układ obejmuje wiele wejść, warunków i wzajemnych zależności pomiędzy urządzeniami.
Rodzaje funkcji czasowych: opóźnienie załączenia (ON delay), wyłączenia (OFF delay), impulsowy, cykliczny
Podstawowe funkcje różnią się momentem startu odmierzania i stanem wyjścia po czasie. Fraza opóźnienie załączenia wyłączenia obejmuje dwa najważniejsze tryby: ON delay oraz OFF delay. W ON delay wyjście R załącza się dopiero po czasie T od podania U lub impulsu S. W OFF delay wyjście po zaniku sygnału pozostaje aktywne jeszcze przez czas T. Interval, nazywany też one-shot, załącza R tylko na ustawiony czas, a cykliczny przełącza wyjście naprzemiennie. W odmianie symetrycznej czas ON i OFF jest równy, w asymetrycznej ustawia się je osobno. Funkcja gwiazda-trójkąt wykorzystuje dwa czasy i dwa wyjścia.
| Tryby pracy | nazwa | co się dzieje | typowe użycie |
|---|---|---|---|
| ON delay | opóźnione załączenie | po U lub S odlicza T, potem załącza R | sekwencje, opóźniony start |
| OFF delay | opóźnione wyłączenie | po zaniku sygnału odlicza T i wyłącza R | dobieg wentylatora, pompy, taśmy |
| Interval | załączenie na czas | po wyzwoleniu załącza R na T i wraca | syrena, lampa ostrzegawcza |
| Cykliczny | symetryczny lub asymetryczny | naprzemienny ON i OFF w pętli | miganie, mieszanie, napowietrzanie |
| SD | gwiazda-trójkąt | dwa czasy i przełączanie dwóch wyjść | rozruch silników |
Wyzwalanie odbywa się przez zasilanie U albo sygnał na wejściu S. W wielu modelach impuls S podany w trakcie odmierzania nie wydłuża czasu, więc cykl nie zaczyna się od nowa. W przekaźnikach wielofunkcyjnych spotyka się opóźnione załączenie, opóźnione wyłączenie, załączenie na czas, pracę cykliczną symetryczną i z dwoma czasami, impuls krótkotrwały, opóźnione załączenie i opóźnione wyłączenie oraz rozruch gwiazda-trójkąt. Taki zestaw funkcji upraszcza dobór do prostych aplikacji.
Przekaźniki elektromechaniczne vs elektroniczne - różnice w zastosowaniu
Timer w automatyce przemysłowej występuje jako wykonanie elektromechaniczne i elektroniczne. W wersji klasycznej tor wykonawczy tworzą cewka i styki. W odmianach bezstykowych pracę wyjścia przejmują elementy półprzewodnikowe, na przykład tranzystor albo triak. Pierwsze rozwiązanie opiera się na ruchu styków, drugie działa bez mechanicznego przełączania. Układ odmierzania czasu bywa elektroniczny, elektromechaniczny, a historycznie także pneumatyczny.
Na froncie urządzenia zwykle znajdują się pokrętło zakresu, pokrętło nastawy oraz selektor funkcji. W innych wykonaniach stosuje się DIP-switche, wyświetlacz LED z przyciskami lub ustawianie parametrów z aplikacji. Typowe oznaczenia zacisków obejmują A1/A2 jako zasilanie, COM/NO/NC jako styki robocze, 15-16-18 i 25-26-28 jako numerację zestyków oraz START/RESET/PAUZA albo S jako wejścia dodatkowe. Nie każdy model ma wszystkie zaciski.
Czas pracy ustawia się według zasady: Odmierzany czas = Zakres czasu × Nastawa czasu. Przykład 10 s × 0,5 daje 5 s. LED sygnalizuje zasilanie, odmierzanie i stan wyjścia. Miganie często oznacza aktywny pomiar czasu, a osobna dioda pokazuje załączenie styków. Na przebiegach czasowych U oznacza zasilanie, S wejście sterujące, R wyjście lub styk, a LED U stan zasilania. Ten zapis ułatwia uruchomienie i dobór funkcji.
Parametry: zakres nastawy, dokładność, wyjście - jak je odczytać?
Dobór zaczyna się od styków i czasu pracy. Przy ocenie urządzenia trzeba sprawdzić prąd oraz napięcie znamionowe AC, a przy cewkach styczników i innych obciążeniach indukcyjnych także kategorię użytkowania. Ten sam styk inaczej pracuje z obciążeniem rezystancyjnym, a inaczej z cewką. Ważny jest też zakres nastawy od sekund do dni, dokładność, tolerancja i powtarzalność. W układach precyzyjnych to parametr krytyczny. Liczą się także wejścia START, RESET, PAUZA, liczba zestyków, logika NO i NC oraz sposób nastawy, bo przypadkowa zmiana czasu rozjeżdża pracę cyklu.
- Podłącz zasilanie do A1/A2 i sprawdź polaryzację przy wersji DC.
- Włącz odbiornik przez COM-NO albo COM-NC, zależnie od wymaganej logiki.
- Do sekwencyjnego startu wykorzystaj ON delay: sygnał start uruchamia odmierzanie, a potem załącza się cewka drugiego napędu.
- Do dobiegu zastosuj OFF delay, który utrzymuje wentylator lub pompę po zaniku sygnału.
- Do alarmu użyj interval, aby podać impuls na syrenę lub lampę ostrzegawczą.
W praktyce przekaźnik czasowy stabilizuje pracę pompy z pływakiem, ogranicza krótkie cykle, zapewnia wybieg wentylatora po zatrzymaniu i porządkuje rozruch gwiazda-trójkąt dla napędów. W takich zadaniach prosty układ czasowy zastępuje PLC. Granica pojawia się wtedy, gdy logika obejmuje wiele wejść, rozbudowane warunki i zależności procesowe.
