Zastosowanie przekaźników w automatyce przemysłowej

Co to jest przekaźnik?

Przekaźniki są jednymi z najczęściej występujących urządzeń w systemach automatyki przemysłowej. W niniejszym artykule chciałbym skupić się na zagadnieniach związanych z doborem i możliwościami zastosowania przekaźników. Z tego powodu celowo pomijam część szczegółowych zagadnień związanych z ich budową i zasadą działania.

Na wstępie krótko przypomnijmy sobie czym jest przekaźnik elektromagnetyczny: jest to jest zdalnie uruchamiany łącznik, którego zadaniem jest otwarcie lub zamknięcie obwodu elektrycznego. Najogólniej w każdym przekaźniku możemy wyróżnić dwie zasadnicze części, między którymi istnieje separacja galwaniczna:

• Część sterowniczą - związaną z obwodem cewki przekaźnika,
• Część roboczą – związaną ze stykami roboczymi.

Zadaniem cewki jest przekształcenie energii elektrycznej (zasilającej cewkę) w energię mechaniczną (przełączenie styków). Napięcie znamionowe cewki często nazywane jest napięciem sterowania. Jest to jeden z pierwszych parametrów jak należy ustalić dobierając przekaźnik. Poniżej zestawienie najczęściej występujących napięć zasilania:

• 12V DC
• 24V DC
• 48V DC
• 60V DC
• 24V AC
• 230V AC

Oczywiście spotkać można inne wartości napięć niż wymienione wyżej (np. 5 V DC), jednak w układach automatyki to rzadkość.

Jak zabezpieczyć przekaźnik od przepieć?

W cewce przekaźnika, tak jak w każdym elemencie indukcyjnym występuje gwałtowny wzrost napięcia podczas wyłączania. Ponadto przepięcia mogą zakłócać pracę innych urządzeń i być źródłem problemów z EMC. W celu eliminacji tych zjawisk stosujemy moduły przeciwprzepięciowe (tzw. gasiki). Dobór układu gaszącego jest uzależniony od rodzaju napięcia zasilającego cewkę i potrzeb aplikacji. W ofercie Schneider Electric występują cztery typy modułów zabezpieczających - wpinamy je w gniazdo przekaźnika:

• Dioda gaszeniowa (tylko cewki zasilane DC) np. RZM040W (dodatkowa zaletą jest szeroki zakres napięcia zasilającego).

• Dioda gaszeniowa z LED (tylko cewki zasilane DC) np. RZM031RB,

• Warystor z LED (stosowane zarówno dla cewek zasilanych AC i DC) – np. RZM021RB,

• Układy RC (stosowane dla cewek zasilanych AC) – np. RZM041BN7,

Istnieją również podstawki z wbudowanymi układami gaszeniowymi (np. RSLZVA1 SE lub 93.01.7.024 Findera).

Styki robocze

Styki robocze odpowiedzialne są za fizyczne załączanie urządzeń lub przekazywanie sygnałów. Ich najważniejsze cechy i parametry są przedstawione poniżej:

Ilość pól

W sprzedaży spotykamy przekaźniki:

• 1-polowe
• 2-polowe
• 3-polowe
• 4-polowe

Ilość pól (albo torów) określa ilość par zestyków. Najczyściej spotykaną konfiguracją zestyków jest zestyk przełączny (często oznaczany jako CO lub SPDT).

Styk przełączny składa się z trzech zacisków (NC, NO,COM, jak na rysunku wyżej). W stanie beznapięciowym obwód między 12 a 11 z jest zwarty, natomiast po podaniu napięcia na cewkę przekaźnika zwiera się obwód między 14 a 11.

Materiał zestyków stosowanych w przekaźnikach

• AgNi – chyba najpopularniejszych materiał stosowany na styki robocze przekaźnika. Odporny na zużycie, idealnie nadaje się do łączenia obciążeń o charakterze rezystancyjnym oraz przesyłania sygnałów. Słabo nadaje się natomiast do obciążeń o charakterze indukcyjnym i pojemnościowym.
• AgNi +Au – dzięki złoceniu rozwiązanie to idealnie sprawdza się w przypadku rzadko załączanych układów oraz przesyłania sygnałów o niskim prądzie i/lub napięciu.
• AgSnO₂ – materiał stosowany w przekaźnikach mocy (np. seria 62 Finder). Niewątpliwą zaletą styku wykonanego z tego materiału jest wysoka odporność na sklejanie. Bardzo dobrze nadaje się do obciążeń o charakterze pojemnościowym oraz aplikacji, w których występuje bardzo duży prąd chwilowy (np. podczas załączania lamp).
• AgCdO – materiał charakteryzujący się wysoką odpornością na sklejanie. Nadaje się do łączenia niewielkich obciążeń o charakterze indukcyjnym.

Przekaźniki można spotkać w praktycznie każdej szafie automatyki. Mają wiele zastosowań, wybrane poniżej:

• Załączanie urządzeń.
• Separacja galwaniczna sygnałów np. wejść lub wyjść sterowników PLC - przekaźnik jest tańszy i prostszy w ewentualnej wymianie niż moduły DI/DO sterownika.
• Realizacja bardziej skomplikowanych układów sterowania. Zanim wynaleziono sterownik PLC, cała logika oparta była na przekaźnikach pomocniczych.
• Układy bezpieczeństwa (UWAGA!! Tylko przekaźniki z wymuszonym prowadzeniem styków).

i…

mnóstwo innych np.:

• Zmiana logiki sterowania (np. mamy uszkodzenie czujnika z wyjściem PNP NC, a w magazynie jest tylko PNP NO; wówczas rozwiązaniem problemu może być zastosowanie przekaźnika).
• Zmiana polaryzacji – za pomocą przekaźnika możemy poradzić sobie w sytuacji gdy sterownik (np. popularne LOGO!) oczekuje podania na wejście stanu wysokiego, a mamy na obiekcie czujnik, który w momencie załączenia wystawia „0” na wyjściu.

Wyżej wymienione zastosowania oczywiście są tylko przykładami, możliwości zastosowań jest dużo, dużo więcej J.

Jak dobrać przekaźnik aby spełniał swoje funkcje?

Kwestia doboru przekaźnika to nie tylko określenie napięcia sterowania cewki i liczby torów prądowych. Bardzo ważne jest uwzględnienie przy doborze następujących kryteriów:

• Rodzaj aplikacji
• Kategoria obciążenia
• Częstotliwość załączenia (przy dużej liczbie załączeń lepszym wyborem będzie przekaźnik SSR)
• Czy przełączane będą prądy i/ lub napięcia o bardzo małej wartości? (jeśli tak, to warto zastosować przekaźniki ze złoconymi stykami),
• Wartość prądu znamionowego - warto zwrócić uwagę, że w katalogach niektórzy producenci np. Schneider Electric podają wartości prądowe tylko dla obciążeń rezystancyjnych. Przykładowo dla przekaźnika RSB2A080BD Ithe czyli znamionowy prąd cieplny to 8A w zakresie temperatur od -40 do 40 stopni Celsjusza, a znamionowy prąd łączeniowy Ie wynosi :

4 A (AC-1/DC-1) NC zgodnie z IEC
8 A (AC-1/DC-1) NO zgodnie z IEC

• Możliwość ręcznego wymuszenia zadziałania przekaźnika (możliwość ręcznego wymuszenia przekaźnika jest bardzo wygodna ze względów serwisowych, szczególnie z punktu widzenia UR).
• Sygnalizacja zadziałania przekaźnika (dzięki sygnalizacji jesteśmy w stanie szybciej zdiagnozować usterkę. Sygnalizacja może być mechaniczna (wskaźnik zadziałania) lub LED).
• Dodatkowe akcesoria np. mostki łączeniowe (przy większej liczbie przekaźników mostki łączeniowe bardzo usprawniają prefabrykację J),
• Rozmiar przekaźnika (szczególnie ważny gdy mamy w szafie dużo przekaźników, np. gdy stosujemy je do zabezpieczania DI/DO sterownika).
• Rodzaj zacisków w podstawce (zaciski śrubowe lub push-in).

Tematyka przekaźników jest zagadnieniem bardzo obszernym. Dobrane we właściwy sposób urządzenie będzie niezawodnie pracować przez długi czas. Przekaźnikami w wielu przypadkach możemy zastąpić styczniki (np. w przypadku załączeń elektrozaworów, małych wentylatorów, lamp). Nie zalecamy ich do załączania silników. Dobierając specjalne wykonania przekaźników (np. ze stykami złoconymi lub ze stykami wykonanymi z AgSnO₂) w znaczny sposób zwiększamy ich możliwości aplikacyjne. Szczegółowe informacje dotyczące oferty przekaźników Schneider Electric dostępne są na stronie producenta. Znajduje się tam również prosty konfigurator, za pomocą którego dobierzemy intersujące nas rozwiązanie.

W naszym sklepie oferujemy całą gamę przekaźników pomocniczych i kontrolnych stosowanych w automace przemysłowej. Zapraszamy do zapoznanaie się z ofertą.