Nowoczesne sterowanie czasowe, czyli wszystko o przekaźnikach
Technologia bardzo mocno się rozwija, w sprzedaży dostępne są nowe urządzenia, które w niższej cenie oferują dużo większe możliwości. Często sami i z przyzwyczajenia trzymamy się starych rozwiązań. Proponuję poświęcić chwilę czasu na zapoznanie się z dostępnymi na rynku rozwiązaniami.
Spis treści:
- Czym jest sterowanie czasowe?
- Jakie funkcje można zrealizować za pomocą przekaźnika?
- Jak dobrać przekaźnik czasowy?
- Jak będzie zasilany taki przekaźnik?
- Cechy szczególne kilku wybranych przekaźników na przykładzie marki Relpol:
- Zegary astronomiczne
- Sterowniki programowalne, przekaźniki programowalne czy PLC?
- Podsumowanie
Czym jest sterowanie czasowe?
Sterowanie czasowe to obecnie standard wielu urządzeń. W poniższym artykule przybliżę zagadnienie zaczynając od urządzeń prostych, a skończywszy na urządzeniach mogących realizować skomplikowane funkcje czasowe.
Ważną częścią automatyki (domowej i przemysłowej) jest możliwość włączania lub wyłączania urządzeń o określonym czasie lub na określony czas. Realizuje się to z pomocą:
• Opóźnione załączanie
• Opóźnione wyłączanie
Stosując kombinację tych dwóch funkcji realizuje się różne bardziej rozbudowane scenariusze, takie jak:
• Załączenie na określony czas
• Wyłączanie na określony czas
• Załączanie z opóźnieniem
• Wyłączanie z opóźnieniem
• Załączanie na określony czas z opóźnieniem
• Wyłączanie na określony czas z opóźnieniem
• Harmonogramy
Brzmi banalnie? Zastanów się, gdzie stosuje się to w praktyce:
• Włącz na określony czas np. sterowanie czasowe oświetleniem. Po włączeniu oświetlenia zostaje odliczony nastawiony czas, po którym oświetlenie zostaje wyłączone
• Opóźnione załączanie i załączenie na określony czas, np. elektrozaczep w bramce. Wychodząc z domu można nacisnąć przycisk (podanie sygnału), po czym automatyka odliczy nastawiony czas podczas którego dojdziemy do bramki i włączy elektrozaczep na określony wcześniej czas
• Harmonogramy, urządzenia załączają się i wyłączają według wcześniej zaplanowanych czasów
Przykładem harmonogramów mogą być rolety w domku jednorodzinnym, które mają otworzyć się rano o godzinie 7:00. Wszystkie rolety są zamknięte, o godzinie 07:00:00 zaczyna się otwierać pierwsza roleta (czas pełnego otwarcia rolety wynosi 20 sekund). O 07:00:03 czyli po 3 sekundach zaczyna się otwierać kolejna, o 07:00:06, czyli po kolejnych 3 sekundach następna itd. Podobnie wieczorem, o określonej godzinie wszystkie rolety zaczynają się zamykać, stopniowo jedna po drugiej.
Czy taki scenariusz, poza efektem wizualnym ma praktyczne uzasadnienie?
Tak - zobacz poniższy wykres. Chodzi o ograniczenie prądu rozruchowego Ip oraz Id rolet (w skali całego budynku) oraz o zmniejszenie hałasu, który powstaje przy równoczesnym podnoszeniu wszystkich rolet. Uzyskasz to poprzez kolejne opóźnienie załączania kolejnych urządzeń.
Poniższy wykres, przedstawia przebieg prądu podczas uruchomienia silnika klatkowego (np. roletowego).
Jakie funkcje można zrealizować za pomocą przekaźnika?
W dokumentacji technicznej producenci zamieszczają diagramy obrazujące możliwe do ustawienia cykle pracy. W zależności od producenta produkty mogą różnić się oznaczeniami oraz funkcjonalnościami. Na przykładzie przekaźnika PCS-516 UNI omówię najczęściej spotykane funkcje.
Podłączenie samego przekaźnika jest dość proste. Podłącza się zasilanie, wpina się obwód który ma być sterowany (załączany lub rozłączany). W omawianym przypadku zostają dwa wolne wejścia, jedno do wyzwolenia przekaźnika, drugie do resetowania.
Zwróć uwagę na powyższy schemat. Producent oznaczył cewkę. W rzeczywistości jest to elektronika, która realizuje funkcje czasowe i steruje wbudowanym elementem wykonawczym (najczęściej przekaźnikiem z stykiem zwiernym, rozwiernym lub przełącznym).
Programowanie omawianego przekaźnika F&F odbywa się za pomocą trzech pokręteł:
Producenci, aby ułatwić programowanie swoich urządzeń, często umieszczają na nich diagramy obrazujące cykle pracy. Diagramy te dla wielu osób mogą być niezrozumiałe, więc przypomnę je wraz z opisem (na podstawie instrukcji obsługi PCS-516 UNI F&F).
Opis oznaczeń:
Jak dobrać przekaźnik czasowy?
W prostych rozwiązaniach, optymalnym rozwiązaniem jest zastosowanie przekaźnika czasowego, którego zaletą jest niska cena. Dobierając przekaźnik czasowy należy ustalić:
Jakie funkcje mają być realizowane?
Biorąc pod uwagę funkcje, przekaźniki czasowe można podzielić na:
Jak będzie zasilany taki przekaźnik?
Drugi, nie mniej ważny podział to zasilanie. Podziału można dokonać na dwa typy: dedykowane dla konkretnego napięcia 24 V, 110 V, 230 V, bądź uniwersalne np. 12 do 240 V AC/DC.Ilość i obciążalność styków
Najczęściej spotykane są rozwiązania z jednym, dwoma, trzema lub czterema zestykami przełącznymi. W zależności od producenta i modelu poszczególne rozwiązania mogą różnić się obciążalnością styków.
Zagadnienie opisywałem w artykule: Przekaźnik czy stycznik – na co zwrócić uwagę?
Obudowa
Przekaźniki programowalne najczęściej występują w obudowie modułowej, która umożliwia montaż na szynie TS-35 zwanej również szyną DIN. Podobne (funkcjonalnie) rozwiązania różnych producentów mogą różnić się wielkością (ilością miejsc modułowych w rozdzielnicy). W przypadku przekaźników czasowych w innych obudowach niż rozwiązania modułowe sprawdź dostępność akcesoriów dodatkowych np. gniazdo montażowe.
Nastawy czasu
Podczas wyboru przekaźnika czasowego warto zastanowić się z jaką dokładnością lub powtarzalnością ma być nastawiony czas. Powtarzalność nastaw jest szczególnie ważna w przypadku, gdy kilka urządzeń ma pracować dokładnie w taki sam sposób. Najczęściej przekaźniki czasowe programuje się za pomocą:
• pokrętła (obrotowe przełączniki, potencjometry) mikroprzełączniki,
• przycisków z pomocą wyświetlacza,
• aplikacji np. na smartfona,
• oprogramowania zainstalowanego na komputerze.
Programowanie za pomocą „pokrętła” jest najmniej dokładne a zachowanie powtarzalności ustawień jest bardzo trudne.
Użycie przycisków i ustawianie zadanych czasów na wyświetlaczu (przekaźnik czasowy z wyświetlaczem) za pomocą przycisków umożliwia bardzo dokładne wprowadzenie nastaw i daje możliwość powtarzalności ustawień, lecz samo programowanie jest często utrudnione przez niewielkie wymiary wyświetlacza. W zależności od producenta, menu oraz sposób poruszania się po nim może być bardziej lub mniej intuicyjne.
Coraz większą popularność zyskują przekaźniki, które programuje się za pomocą aplikacji zainstalowanej na urządzeniu mobilnym np. smartfonie. Komunikacja pomiędzy smartfonem i przekaźnikiem odbywa się np. za pomocą NFC.
NFC jest to komunikacja bliskiego zasięgu, działa do około 20 cm. Jeśli chcesz korzystać z tej metody programowania, sprawdź czy urządzenie mobilne którego używasz ma taką funkcję.
Programowanie za pomocą NFC przydaje się w szczególności, gdy programujemy wiele przekaźników tymi samymi ustawieniami. Użytkownik może zaprogramować tylko jeden przekaźnik, następnie zapisać ustawienia w smartfonie i w ciągu kilku sekund przesłać ustawienia do kolejnych urządzeń.
Na rynku dostępne są również inne rozwiązania, umożliwiające programowanie. Przykładem może być programator produkcji Finder 12.51.8.230.0000 który posiada możliwość konfiguracji w sposób klasyczny (joystick) lub przez smartfon za pomocą komunikacji NFC.
Cechy szczególne kilku wybranych przekaźników na przykładzie marki Relpol:
Przekaźnik czasowy MT-W-17S-11-9240-M programujemy przy pomocy dwóch przycisków i dwucyfrowego wyświetlacza. Takie rozwiązanie pozwala na osiągnięcie dokładności nastawy czasu rzędu 0,1 s. Dla porównania przekaźniki czasowe ustawiane przy pomocy pokręteł, nie mają takich dokładności i trudno jest ustawić żądaną wartość czasową z dużą dokładnością. Przekaźnik czasowy MT-W, realizuje 25 funkcji czasowych oraz co bardzo rzadko spotykane, posiada możliwość nastawy trzech czasów. Warto wspomnieć, że przekaźnik MT-W ma Klasę palności V-0 oraz uniwersalne napięcie sterowania 12-230 V AC/DC.Trzy styki przełączne w obudowie modułowej
RPC-3MD-UNI, to przekaźnik o trzech stykach przełącznych. To rzadko spotykane rozwiązanie w obudowie jednego modułu (17,5 mm). Z tak niewielkiego przekaźnika możemy sterować aż trzema niezależnymi urządzeniami. Zmiana funkcji przekaźnika skutkuje natychmiastową zmianą wg. nowej nastawy bez konieczności wyłączania i załączania przekaźnika czasowego. Przekaźnik automatycznie zmienia realizowaną funkcję i rozpoczyna pracę z nową nastawioną funkcją.Przekaźnik czasowy odmierzający czas po zaniku napięcia
Przekaźnik czasowy RPC-2A-UNI działa po zaniku napięcia zasilania – przy załączonym przekaźniku wykonawczym (opóźnione odpadanie po zaniku napięcia zasilania). Ma zastosowanie tam gdzie jest potrzebne podanie sygnału z opóźnieniem, mimo iż układ został pozbawiony zasilania.Przekaźniki czasowe wielofunkcyjne
Różnorodność to słowo doskonale opisujące ofertę przekaźników czasowych wielofunkcyjnych w obudowie modułowej. Najpopularniejszym wielofunkcyjnym przekaźnikiem czasowym produkcji Relpol jest przekaźnik RPC-1MA-UNI o uniwersalnym napięciu zasilania, realizujący dziesięć funkcji, w tym trzy funkcje najczęściej stosowane:
• opóźnione załączenie,
• załączenie na nastawiony czas,
• praca cykliczna.
W tym przekaźniku zmiana wyboru funkcji odbywa się dopiero po wyłączeniu i ponownym załączeniu przekaźnika.
Co zrobić, gdy mamy mało miejsca w rozdzielnicy, a potrzebujemy przekaźnik czasowy?
Przekaźnik czasowy o szerokości 6,2 mm. Dwie cechy charakterystyczne, które opisują ten przekaźnik to szerokość 6,2 mm oraz możliwość zastosowania przekaźnika elektromagnetycznego lub przekaźnika półprzewodnikowego w zależności od potrzeb.
Przekaźniki PIR6WT-1Z składają się z gniazda z elektroniką i wymiennego elementu wykonawczego (przekaźnika). Przekaźnik wykonawczy elektromagnetyczny to RM699, przekaźnik półprzewodnikowy to RSR30.
Na przykładzie Finder 39.91.0.024.0060 można ustawić jedną z ośmiu funkcji czasowych oraz zakres czasowy od 0,1 s do 6 h. Na froncie zamieszczone jest pokrętło, które umożliwia ustawienie dokładnego czasu. Dioda sygnalizuje podanie napięcia na cewkę. Aby ułatwić ustawienia przekaźnika obok DIP-switchów narysowana jest „ściąga”, w jaki sposób należy ustawić je, aby przekaźnik realizował daną funkcję. Zaciski gniazda w zależności od upodobań instalatorów można zamówić w wersji śrubowej lub bezśrubowej.
Warto zwrócić uwagę, że gniazdo ma zacisk, do którego możemy podłączyć sygnał startowy, posiada również dodatkowy slot po stronie styków, do którego możemy wpiąć moduł bezpiecznikowy na topikową wkładkę aparatową 5x20 mm, co zaoszczędzi dodatkowo miejsce w rozdzielnicy (nie trzeba stosować złączki bezpiecznikowej do zabezpieczenia obwodu wyjściowego).
Zwykły przekaźnik w gnieździe
Kupując tradycyjny przekaźnik, zobacz jakie akcesoria można do niego zamontować? Przykładowo Finder w swojej ofercie ma moduły serii 86. Moduł taki możemy wpiąć do większości gniazd przekaźnikowych Findera, dzięki czemu z każdego przekaźnika wpiętego do takiego gniazda uzyskamy przekaźnik czasowy.
Występują w dwóch wersjach. Wersja węższa 86.30.0.024.0000 do przekaźników miniaturowych i przemysłowych posiada dwie najczęściej stosowane funkcje, czyli opóźnione załączenie i załączenie na nastawiony czas. Wersja szersza 86.00.0.024.0000 do przekaźników mocy posiada 8 funkcji czasowych. Między innymi są funkcje wyzwalane sygnałem start, na co pozwala dodatkowy zacisk na module. W przypadku Findera moduły posiadają bardzo szeroki zakres nastawy czasu, od 0,1 s do aż 100 h. Wszystkie funkcje i czasy ustawiane są za pomocą DIP-switchy i pokrętła u góry obudowy.
Zegary astronomiczne
Często istnieje konieczność włączenia lub wyłączenia urządzenia w zależności od wschodu i zachodu słońca w konkretnej lokalizacji.
Do tego typu aplikacji bardzo dobrze nadają się elektroniczne zegary astronomiczne. Na podstawie wprowadzonych współrzędnych geograficznych, aktualnej daty oraz godziny, zegary astronomiczne obliczają czas wschodu i zachodu słońca.
W zależności od producenta zegar astronomiczny może mieć funkcje przerwy nocnej, być wyposażony w jeden lub kilka styków oraz umożliwiać programowanie różnymi metodami (za pomocą klawiszy i wyświetlacza, za pomocą aplikacji i komunikacji NFC, za pomocą oprogramowania zainstalowanego na komputerze).
Przykładem może być zegar astronomiczny 412657 produkcji Legrand. Umożliwia tworzenie programów dziennych i tygodniowych z dokładnością do 1 sekundy oraz w oparciu o czasy wschodu i zachodu słońca, obliczanych na podstawie wprowadzanych współrzędnych geograficznych z dokładnością do 1’.
Posiada dwa niezależne styki przełączne. Ma możliwość zaprogramowania maksymalnie 56 różnych programów (po 28 programów na każdy kanał) z automatycznym przełączeniem czas letni / zimowy. Zamontowana w zegarze bateria daje możliwość podtrzymania pamięci przez około 5 lat, po tym czasie baterię można wymienić bez konieczności wymiany urządzenia (ta cecha jest rzadko spotykana i warta podkreślenia).
Inne przykładowe funkcje zegara 412657:
• opóźnienie czasu załączenia lub wyłączenia do 120 min. w stosunku do czasów wschodu lub zachodu słońca,
• licznik czasu pracy (łączny czas załączenia styku od ostatniego resetu),
• funkcja losowa czyli symulacja obecności użytkownika poprzez losowe zmiany stanu styków,
• funkcja cykliczna jest to cykliczna zmiana stanu styków na podstawie ustawionego okresu i czasu trwania,
• automatyczne przełączanie między kanałami (np. między dwiema grupami oświetlenia),
• możliwość exportu lub importu programów i możliwości szybkiej implementacji programów na kilku urządzeniach.
Sterowniki programowalne, przekaźniki programowalne czy PLC?
Przekaźniki programowalne to urządzenia przeznaczone do sterowania jednym obwodem w funkcji czasu i w zależności od sygnałów wejściowych. Programowanie najczęściej odbywa się za pomocą dedykowanego programu.
Przykładem może być PCS-533, który posiada możliwość wprowadzenia 200 linii programu oraz funkcje: START, STOP, PAUZA, RESET, IN, LOOP, GO TO.
Przekaźnik programowalny PCS-533 może zastąpić układ kilku lub kilkunastu tradycyjnych przekaźników czasowych, co ogranicza koszty i ułatwia montaż w układzie. W prostej aplikacji sterowania pojedynczym odbiornikiem ze względów ekonomicznych warto rozważyć zastąpienie przekaźnika PLC przekaźnikiem programowalnym.
PLC czyli Programmable Logic Controler – nazwa sugeruje, że jest to sterownik o programowanej logice działania. Po polsku nazywamy je swobodnie programowalnymi. W ofercie wielu producentów spotkać można przekaźniki i sterowniki swobodnie programowalne.
Jaka jest różnica?
Dla obydwu pojęć najczęściej producenci posługują się skrótem PLC. Przyjmuje się, że przekaźnik PLC to urządzenie z pewnymi ograniczeniami w stosunku do sterowników PLC. Ograniczenia mogą być: sprzętowe, funkcyjne lub programowe.
Przekaźniki PLC najczęściej mają niewielką liczbę wejść i wyjść cyfrowych lub przekaźnikowych. W większości są pozbawione wejść analogowych i dodatkowych portów komunikacyjnych, np. RS-485 dla ModbusRTU. Mogą posiadać własny, niewielki wyświetlacz LCD i klawiaturę. Co pozwala na szybką i prostą konfigurację działania systemu, bez podłączania dodatkowych urządzeń zewnętrznych, takich jak laptop, monitor, czy klawiatura.
Zastosowanie przekaźników PLC, to proste sterowanie w układach małego i średniego stopnia zaawansowania technologicznego, np. sterowanie lokalną przepompownią, sygnalizacją świetlną na skrzyżowaniu, pojedynczą maszyną, itp.
Sterowniki PLC mają zdecydowanie silniejsze procesory i posiadają większą pamięć operacyjną przez co mogą zarządzać złożonymi procesami nadzoru i kontroli. Można je rozbudowywać o dodatkowe moduły I/O: binarne, analogowe, komunikacyjne czy specjalne, dedykowane pod konkretną aplikacje techniczną.
Są wykorzystywane np. w dużych obiektach przemysłowych na liniach produkcyjnych. Mają możliwość integracji z systemami wizualizacji i z zewnętrznymi bazami danych.
Rozważając zakup przekaźnika lub sterownika PLC należy uwzględnić wielkość i złożoność programu jaki ma być realizowany (aplikacji).
Przekaźniki mają ograniczone funkcje programowe oraz określoną liczbę linii programu lub bloków do budowy aplikacji. Sterowniki są pozbawione tych ograniczeń. Można zbudować bardzo duży program z bardzo zaawansowanymi funkcjami. Sterowniki PLC działają w oparciu o określone normy IEC, co pozwala integrować je z różnymi innymi systemami lub programami. Samo programowanie nie ogranicza się do prostej „drabinki” czy FBD (bloków funkcyjnych), ale odbywa się na wielu poziomach programistycznych z wykorzystaniem specjalistycznych narzędzi softwarowych.
Przykładami przekaźnika i sterownika PLC może być np. Siemens LOGO i Siemens SIMATIC S7.
Podsumowanie
Zastanów się, jaki efekt chcesz uzyskać? Czym chcesz sterować? Jakie czasy nastaw potrzebujesz? Jakie obciążenia będą przełączane? Dobierz odpowiedni produkt lub spróbuj zadziałać nieszablonowo.
Szukaj!
Sterowanie czasowe występuje w różnych obudowach. Urozmaicone rozwiązania znajdziesz np. w osprzęcie elektroinstalacyjnym montowanym w tradycyjnych ramkach np.:
• Simon 54 Łącznik z opóźnieniem wyłączenia biały DWC10T.01/11;
• Simon 54 Łącznik z opóźnieniem wyłączenia z przekaźnikiem 16A biały DWC20P.02/11.
Również wiele systemów automatyki domowej, zwanych potocznie systemami inteligentnego domu ma w standardzie sterowanie czasowe. Wystarczy zamontować pojedynczy element systemu Inteligentnego Budynku np. Switchbox z oferty Blebox, aby móc wykorzystywać sterowanie czasowe np. programatory bez konieczności dokupowania innych elementów.
Więcej na ten temat znajdziesz w dwóch artykułach:
• Systemy inteligentnego domu porównanie przewodowych i bezprzewodowych rozwiązań
Warto wspomnieć, że sterowanie czasowe od lat wykorzystywane jest do sterowania silnikami np. przełączanie gwiazda. Przełącznik czasowy gwiazda trójkąt, to nic innego jak przekaźnik, który po uruchomieniu odmierza nastawiony czas, po którym przełącza styk do którego podłączona jest cewka stycznika.
Różnorodność produktów jest duża, możliwości podziału wiele. Wstępnie proponuję podzielić produkty umożliwiające sterowanie czasowe na:
• Przekaźniki czasowe nastawy za pomocą pokręteł lub DIP-switchy
• Akcesoria umożliwiające sterowanie czasowe.
Warto wspomnieć o obciążeniu, jakie można podpiąć pod wyjście sterownika czasowego. Najczęściej będą to wyjścia przekaźnikowe, rzadziej półprzewodnikowe. Temat obciążalności przekaźników został opisany w artykule: Przekaźnik czy stycznik – na co zwrócić uwagę?
Opracowanie nie wyczerpuje tematu, a jedynie w dużym uproszczeniu omawia wybrane zagadnienia.
