Przekaźniki czasowe są nieodzownym elementem systemów automatyki przemysłowej i domowej. Uwzględnia się je więc w wentylacji, ogrzewaniu, oświetleniu, sygnalizacji itp. Z kolei przekaźniki programowalne służą jako urządzenia sterujące.

Fot. 1. Przekaźniki czasowe mogą realizować kilka funkcji. Przede wszystkim możliwejest opóźnione załączanie i wyłączanie.Fot. 1. Przekaźniki czasowe mogą realizować kilka funkcji. Przede wszystkim możliwe jest opóźnione załączanie i wyłączanie.

Zasada działania przekaźników wykorzystuje reagowanie na zmianę pewnej wielkości fizycznej wejściowej (np. natężenia prądu, napięcia, ciśnienia, temperatury, itp.) w taki sposób, że po przekroczeniu pewnej wartości wielkość wyjściowa zmienia się skokowo. Tradycyjne przekaźniki elektromagnetyczne bazują na zasadzie elektromagnesu, polegającej na wywołaniu pola elektromagnetycznego za pomocą prądu płynącego przez cewkę, przyciągającego lub odpychającego styki. W przekaźniku można wyróżnić układ odbiorczy, mający na celu odbieranie zasilania przez zwrotnicę z rdzeniem, a także pośredniczący służący do zamiany energii elektrycznej układu odbiorczego na strumień magnetyczny w obwodzie magnetycznym złożonym z rdzenia, kotwicy i jarzma. Istotną rolę odgrywa układ wykonawczy, który uruchamia zestaw sprężyn skokowych pod działaniem kotwicy.

Warto zwrócić uwagę na fakt, że w zależności od modelu przekaźniki cechują się różnymi stykami. Styki zwierne „T” zamykają się przy działaniu kotwicy natomiast w stykach rozwiernych „R” następuje ich otwarcie. Dostępne są także przekaźniki wykorzystujące zestyki przełączające „RT”, „PR” oraz przełączne bezprzerwowe, przełączające się przy przeciągnięciu kotwicy. Przy czym zestyk zwierny zamyka się przed rozwarciem styku rozwiernego.

Fot. 2. Przekaźnik czasowy montowany w podstawkę.Fot. 2. Przekaźnik czasowy montowany w podstawkę.

Interesujące rozwiązania stanowią przekaźniki półprzewodnikowe (SSR). Pracują one z prądami o wartościach kształtujących się w zakresie od 5 do 150 A. Dostępne są wersje jedno- i trójfazowe oraz modele przystosowane do przełączania jednej, dwóch lub trzech faz. Niektóre modele charakteryzują się izolacją optyczną bramki oraz funkcją przejścia przez zero. Celem odebrania ciepła mogą być one wyposażone w radiator, a wbudowany warystor skutecznie eliminuje zewnętrzne przepięcia. W zależności od wersji przekaźniki półprzewodnikowe cechują się napięciem wyjściowym o wartości od 24 do 480 V AC oraz od 5 do 200 V DC. Wbudowana dioda LED informuje o zadziałaniu styków. Warto zwrócić uwagę na fakt, że komponenty tego typu mogą być także wykorzystywane do znacznych obciążeń trójfazowych, co uzyskuje się dzięki wkładkom dużej mocy. Przekaźniki półprzewodnikowe mogą być łączone w systemy kontrolowane przez wielokanałowe sterowniki mocy, co daje możliwość precyzyjnego regulowania urządzeń. Połączenie wykorzystuje interfejs RS – 485.

Fot. 3. Programowanie niektórych wersji przekaźników czasowych odbywa się za pomocą przełączników.Fot. 3. Programowanie niektórych wersji przekaźników czasowych odbywa się za pomocą przełączników.

Przekaźniki czasowe

Przekaźniki czasowe mogą realizować kilka funkcji. Przede wszystkim możliwe jest opóźnione załączanie i wyłączanie. Czynności w tym zakresie mogą być realizowane cyklicznie w ustawionych odstępach czasu i przerwy. Wyróżnia się kilka rodzajów przekaźników czasowych: jednofunkcyjne, uniwersalne, dwufunkcyjne, wielofunkcyjne oraz modele z opóźnionym odpadaniem.

Nowoczesne przekaźniki czasowe to urządzenia cyfrowe. Stąd też bardzo często są one uwzględniane w instalacjach wymagających dokładnych ustawień i sterowania. W zaawansowanych modelach uwzględnia się wyświetlacze cyfrowe a parametryzowanie odbywa się poprzez przyciski na przednim panelu, które można wyłączyć celem uniemożliwienia wprowadzenia zmian. W warunkach przemysłowych przydadzą się modele o podwyższonym stopniu ochrony (IP 66).

W urządzeniach elektronicznych zastosowanie znajdują przekaźniki przeznaczone do montażu na płytce drukowanej. Przekaźniki tego typu bazują zarówno wyjściach stykowych i wyjściach półprzewodnikowych. Parametryzowanie odbywa się za pomocą zewnętrznego zmiennego rezystora.

Fot. 4. Przekaźnik czasowy wielofunkcyjny.Fot. 4. Przekaźnik czasowy wielofunkcyjny.

Przekaźniki programowalne

Cech przekaźników, które decydują o ich szerokim spektrum zastosowań jest wiele. Z jednej strony przemawia atrakcyjna cena w porównaniu z innymi urządzeniami sterowania, zaś z drugiej, istotna pozostaje funkcjonalność. Interesujące rozwiązanie stanowi możliwość realizowania przez niektóre modele przekaźników funkcji związanych z pomiarami wartości napięć oraz prądów. Sygnały analogowe mogą być zadawane za pomocą wewnętrznego lub zewnętrznego potencjometru. Z pewnością przydatny okaże się szybki dwukierunkowy licznik oraz miernik częstotliwości. Ważne jest, że można konfigurować wejścia analogowo- -cyfrowe jako prądowe i napięciowe. Istnieje możliwość parametryzowania liczników i timerów z wejść analogowo-cyfrowych. Na rynku dostępne są również przekaźniki programowalne, mogące monitorować napięcie trójfazowe, łącznie z kontrolą asymetrii i kierunku faz. Stąd też urządzenia tego typu bardzo często znajdują zastosowanie w bezobsługowych systemach załączania rezerwy zasilania. Istotną rolę odgrywa zegar czasu rzeczywistego z automatyczną zmianą czasu na tzw. „letni” i „zimowy”.

Niemal wszystkie dostępne na rynku przekaźniki programowalne montowane są na szynie DIN lub płycie montażowej. Zasilane są one napięciem stałym o wartości 24 V lub przemiennym o napięciu 115/230 V. Zazwyczaj zaciski sygnałowe i zasilające umieszczone są w górnej oraz dolnej części urządzenia. Na panelu czołowym umieszczony jest wyświetlacz ciekłokrystaliczny lub sygnalizacja bazująca na diodach LED. Na panelu zewnętrznym przewidziano złącze do programowania przekaźnika. Niektóre modele cechują się możliwością podłączenia karty pamięci.

Fot. 5. Przekaźnik czasowy z opóźnionym wyłączeniem.Fot. 5. Przekaźnik czasowy z opóźnionym wyłączeniem.

Przekaźniki a standardy komunikacyjne

Bardziej zaawansowane modele przekaźników programowalnych, dzięki dodatkowym modułom, mogą stanowić elementy pracujące w ramach sieci przemysłowych. Poprzez odpowiednie rozszerzenia, zyskuje się możliwość współpracy z różnymi standardami komunikacyjnymi.

Niektóre modele mogą pracować w sieci bazującej na standardzie DeviceNet. System wymiany danych tego typu zapewnia kompatybilność pracy z wiodącymi systemami sieci sterowników. W przemysłowych systemach transmisyjnych zastosowanie znajduje również standard AS-i. Jest on w stanie obsługiwać 31 stacji odbiorczych i operować 248 binarnymi instrukcjami. Magistrala systemowa AS-i bardzo często używana jest w maszynach przemysłowych.

Sieci przemysłowe niejednokrotnie bazują również na standardzie CANopen. Dzięki niemu zyskuje się możliwość połączenia do 126 stacji z kontrolą przepływu danych na poziomie komunikatów sieciowych. W kompleksowych systemach automatyki używa się także standardu Profibus DP. Pozwala on na przesyłanie wielkości analogowych, odczytywanie zdarzeń, wprowadzanie wartości itp.

Fot. 6. W bardziej rozbudowanych modelach przewiduje się wyświetlacz.Fot. 6. W bardziej rozbudowanych modelach przewiduje się wyświetlacz.

Programowanie przekaźników

Istotną rolę w procesie obsługi przekaźników odgrywają aplikacje sterująco-nadzorujące. Kluczowy pozostaje zatem specjalistyczny a zarazem dedykowany program komputerowy. Dzięki niemu zyskuje się możliwość edytowania, a także kompilowania oraz ładowania programu do pamięci przekaźnika. Aplikacja jest w stanie monitorować pracę urządzenia. Chodzi przede wszystkim o informowanie operatora o stanie wejść, wyjść liczników, timerów itp. Systemy nadzorujące współpracują z komputerem za pomocą złącza RS-232 lub USB. Język programowania bazuje na trybie tekstowym lub graficznym. Z pewnością przydatna okaże się funkcja symulatora, która umożliwia testowanie programu bez konieczności podłączenia przekaźnika do komputera. W niektórych programach do każdej linii można wprowadzić komentarz, co w zdecydowany sposób poprawia czytelność aplikacji. Jej strukturę znajdującą się w przekaźniku można odczytać. Kluczowe miejsce zajmuje funkcja remanencji, która pozwala na ustalenie pewnych zasobów przekaźnika, podtrzymywanych przy wyłączonym zasilaniu.

Programowanie może przeprowadzić również przy użyciu wyświetlacza LCD. Programy przygotowywane są w trybie tekstowym lub graficznym. Tworząc aplikację na wyświetlaczu ciekłokrystalicznym używa się przycisków funkcyjnych, które umieszczone są na panelu czołowym urządzenia.

 

Fot. 7. Przekaźnik czasowy montowany w podstawkę.Fot. 7. Przekaźnik czasowy montowany w podstawkę.

Przekaźniki nadzorcze

Stosowanie przekaźników nadzorczych ma na celu kontrolowanie i ochronę zasilania urządzeń elektrycznych jedno- i trójfazowych. W zakresie ochrony napięcia oferowane na rynku przekaźniki nadzorcze dostępne są w wersjach ze stałymi lub regulowanymi poziomami nadzoru. Urządzenia te wyposażone są między innymi w takie funkcje jak nadzór napięcia sieciowego, nadzór nad przepięciem i niedomiarem napięcia oraz opóźnianie ponownego włączenia dla uniknięcia wysokiego prądu załączenia.

Czas opóźniania wybierany jest za pomocą mostka lub przełącznika. W przypadku regulowanego poziomu nadzoru, granicę w zakresie od ± 5 do 20% nastawia się za pomocą przełącznika. Urządzenia te charakteryzuje prawidłowe funkcjonowanie nawet przy wysokiej zawartości składowych harmonicznych. Przekaźniki przeznaczone do nadzorowania kolejności i zaniku fazy w pierwszym etapie sprawdzają czy kolejność faz jest właściwa. W przypadku wystąpienia nieprawidłowości przekaźnik zostaje wzbudzony. Jeżeli napięcie jest zbyt niskie, styk wyjściowy przechodzi do stanu niezadziałania po upływie nastawionego czasu. Powrót do wcześniejszego położenia następuje jeżeli zostanie osiągnięta prawidłowa wartości napięcia lub po użyciu przycisku „Reset”. Przekaźniki nadzorcze mogą także wykryć nadmierną asymetrię faz. Warto zwrócić uwagę na fakt, że za pomocą przekaźników można także nadzorować zbyt wysoką lub zbyt niską częstotliwość.

Maciej Sielicki
ASTAT Sp. z o.o.

EKSPERT Fachowego Elektryka

Na co warto zwrócić uwagę dobierając przekaźniki czasowe??

Przy doborze przekaźnika czasowego, poza najważniejszymi i oczywistymi parametrami, takimi jak dobór odpowiedniej funkcji do aplikacji, odpowiedniej ilości styków, rodzaju montażu i napięcia sterowania, warto zwrócić uwagę na kilka innych parametrów. Jednym z nich jest trwałość łączeniowa. Jest to parametr, dzięki któremu będziemy w stanie przewidzieć czas pracy przekaźnika przy zakładanej częstotliwości pracy. Rozpiętość tego parametru jest dość różna w zależności od producenta. Dla przekaźników firmy Finder, w zależności od serii, może to być od 70 tys. do 100 mln (dla 80.71.0.240.0000).

Jeśli przekaźnik ma załączać się raz dziennie, to teoretycznie przy możliwości załączenia 70 tys. cykli i tak nas przeżyje. Jeśli będzie załączał się co sekundę, to przy 70 tys. cykli będzie po kilku dniach do wymiany. Warto w takiej sytuacji przyjrzeć się temu parametrowi i wybrać przekaźnik gwarantujący długie i niezawodne działanie. Parametrem, na który rzadziej zwraca się uwagę jest temperatura pracy. Jest to informacja dotycząca nie tylko minimalnej i maksymalnej temperatury jaka może panować w szafie, ale również informacja o możliwości ciasnego montażu komponentów. Wyższa temperatura pracy przekaźnika daje możliwość umieszczenia go w bliższym sąsiedztwie innych komponentów wytwarzających ciepło. Standardowo jest to temperatura zbliżona do +50 °C w zależności od producenta +/-5 °C. W ofercie przekaźników produkcji Finder można znaleźć i takie z temperaturą pracy do +60 °C (np. 83.01.0.240.0000).

Damian Żabicki