Когда-нибудь каждый до этого доходит… когда понимает СКОЛЬКО реле надо поставить в щиток, чтобы реализовать какую-нибудь сложную логику управления освещением или другой автоматикой. И СКОЛЬКО надо возиться потом, позже, когда логику работы надо поменять. В Московской квартире в санузле у меня есть щиток на 24 модуля, в котором стоит аж (если мне не изменяет память) пять штук реле времени, из которых четыре — дорогущие CT-MFD. И это всё только для того, чтобы открывать-закрывать воду и управлять автоматикой фильтра воды. И каждый раз, когда мне надо поменять логику работы системы, я лазил в этот щиток с отвёрткой… стоя на унитазе;).

И если у вас взрывался мозг, когда вы читали мыло от заказчика с текстом типа

«Хочу чтобы свет в гараже сам включался при открытии ворот на 20 минут. Но чтобы я нажал кнопку — и свет не выключался. А потом чтобы я опять нажал кнопку — и свет снова работал автоматически. А ещё потом я захочу сделать датчик движения, чтобы свет включался, если снаружи к гаражу кто-нибудь подошёл.»

…то вам пора, как и мне, переходить на другой способ реализации автоматики в щитах, нежели обычные релюшки.

Выходом из этого всего является то, что можно обозвать общим словом «Контроллеры», или детально «Логические реле » и «ПЛК «. Вот я вам про них и расскажу, чтобы описать всякие разные параметры и термины, которые в этой среде используются, ибо термины эти стандартные и понимая их смысл можно разобраться с любым контроллером любой фирмы.

И первое, что мы сделаем — это разберёмся с этим ёмким словом «Контроллер». Контроллер — это в принципе совершенно любая штука, которая чем-нибудь управляет. Можно сказать что выключатель — это ручной контроллер лампы. Или термостат тёплого пола — это контроллер тёплого пола. Сейчас на этом, так же как и на словах «умный дом» начали делать деньги, поэтому ими называют любую продукцию — от датчика движения до мощного сервака, который управляет целым районом или коттеджным посёлком.

Терминология и виды контроллеров.

Для нашей технической области можно описать терминологию и эволюцию систем таким образом:

• Микроконтроллер — это микросхема с её обвязкой, которую ты сам паяешь паяльником и пишешь под него прошивку на СИ или Ассемблере. Обычно микроконтроллер — это низковольтная штука, которая удобна для управления низковольтными устройствами и интерфейсами. Например можно сделать какие-нибудь термометр-часы или светодиодное табло. Можно сделать кодовый замок с текстовым дисплеем или систему управления аквариумом.
  В любом случае придётся брать паяльник, блок питания и обвешивать систему релюшками или тиристорами для коммутации нагрузок. А самое для нас неприятное — это то, что такую систему не воткнуть в щиток на DIN-рейку. Для неё надо будет придумывать какой-нибудь корпус (потому что негоже голой печатной плате торчать в щите среди «толстых» силовых проводов) и крепить её на какую-нибудь монтажную панель…
  Поэтому микроконтроллеры занимают совсем другую нишу. Они или стоят в уже готовых устройствах (бытовая техника и прочее подобное), или же на их базе делают другие контроллеры, в которых микроконтроллер и его обвязка собраны в единую конструкцию.
• Микрокомпьютеры обычно решают более брутальные задачи, потому что имеют адские вычислительные мощности по сравнению с микроконтроллерами. Но их опять не запихнёшь просто так в обычный щиток и не заставишь их управлять силовыми нагрузками. Да и городить компьютер ради управления светом в гараже (из примера выше) — это жёстко =)
• Специализированные контроллеры и разработки . Это когда какой-нибудь производитель на базе микроконтроллера или микрокомпьютера взял и разработал своё устройство. Чаще всего мы, не зная этого, как раз такими устройствами и пользуемся. Все наши реле напряжения, реле времени, реле приоритета, всякие анализаторы качества сети, регистраторы, контроллеры АВР или блоки управления реле по SMS — как раз такие разработки.
  Но беда в том, что исходный код контроллеров, конечно же закрыт от нас и изменить логику работы таких устройств мы можем, крутя только внешние настройки, которые нам предоставил разработчик. И если например нам надо сделать переключение фаз с задержкой — то нам придётся покупать отдельные реле времени и ставить их после заводского переключателя фаз.
  Это плохо, но эти устройства самые дешёвые, потому что их производят массово. Если бы такое устройство надо было бы делать штучно под каждую задачу — то оно стоило бы безумных денег! И вот люди подумали, и…
• …скрестили микроконтроллер с корпусом на DIN-рейку и возможностью его программировать без знания ассемблера, СИ и паяльника! Получилось Логическое реле (показаны на заглавной фотке поста). Что для нас представляет собой микроконтроллер? Это некая микросхема, у которой есть разные служебные выводы (питание, тактовая частота, управление, интерфейсы связи) и несколько ножек, которые можно сконфигурировать программно как входы или выходы. А потом написать программу, которая ими управляет как нам надо.
  Логическое реле — это то же самое, только в более суровом масштабе. Это некий корпус, который крепится на DIN-рейку и имеет некоторое количество входов и выходов. Написав программу, мы можем так же управлять выходами по разным сигналам на входах.
  Логическое реле хорошо годится, когда надо автоматизировать простые задачи, чаще всего дискретные вида «включить, подождать, если не … то выключить». Как раз пример света гаража прям идеален для логического реле. Но когда надо обрабатывать тучу данных с большой скоростью и рулить разными приводами или общаться с техникой по удалённым каналам связи, то мощности и ресурсов логического реле уже не хватает. И тут нам нужен…
• Прогаммируемый логический контроллер (ПЛК) . Это уже фактически полноценный компьютер, только со своей собственной внутренней операционной системой, которая привязана к конкретному железу ПЛК и его периферии. Если логическое реле программируется чаще всего блок-схемами, «кубиками», то ПЛК программируется обычно текстовой программой (похожей на язык СИ), которая компилируется и загружается в ПЛК.
  ПЛК обычно имеет несколько интерфейсов связи (RS-485) при помощи которых он может управлять кучей разных устройств, получаяя и посылая на них разные данные. ПЛК нужен там, где надо иметь много линий ввода-вывода или где надо иметь большую производительность или такие функции, которые не сделать на логическом реле. Логическое реле чаще всего можно программировать прямо с него же самого при помощи кнопок и экранчика. А вот для ПЛК понадобится компьютер и специальная среда разработки.

Что есть внутри? Ресурсы, IO, интерфейсы.

Ввод-вывод (IO) . Это то, посредством чего к контроллерам можно подключать разные внешние устройства: кнопки или датчики, и то, при помощи чего контроллер управляет этими устройствами: лампами, двигателями, обогревателями, насосами.

Входы бывают низковольтными или высоковольтными. Низковольтные входы обычно бывают у контроллеров, которые сами питаются от низкого напряжения (+12, +24 вольта). Такие входы хороши тем, что они чувствительны к слабым сигналам (на них можно прицепить выход с хилого электронного датчика — например мы в одном из щитов подключили датчики протечки от системы «Нептун» к ПЛК) и безопасны. Так же низковольтные входы часто быают не цифровыми, а например для измерения температуры и аналоговых сигналов 4..20 мА или 0..10 вольт.

Если мы хотим подать на низковольтные входы сетевое напряжение, то нам надо будет городить какие-нибудь преобразователи уровня: оптопары или .

Высоковольтные входы чаще всего бывают у контроллеров, которые питаются непосредственно от сети ~230V. На такие входы можно подавать то же напряжение сети, от которого контроллер и питается. Эти входы (и контроллеры с сетевым питанием) удобны для решения простых задач, где мы управляем силовыми нагрузками сразу. То-есть для наших силовых щитов с автоматикой.

Выходы бывают релейные или транзисторные. Релейный выход самый удобный: внутри контроллера стоит мелкое реле, которое замыкает свои контакты по команде с программы в контроллере. А уже при помощи этих контактов мы можем делать что угодно. Только не забывайте, что реле эти чаще всего рассчитаны на ток в 1..3 ампера для ПЛК и в 6..8А для логических реле! То-есть, коммутировать ими можно или катушку более мощного контактора или пяток ламп (одну группу освещения).

Это делается из-за того, что производитель контроллера не знает чем этот контроллер будет управлять. Если он поставит два десятка силовых реле — то размеры контроллера будут огромные. Поэтому как раз и поступают наоборот: ставят много хилых реле, а там уже разработчик сам решит, где ему штатных реле хватает, а где надо более мощные ставить.

Транзисторный выход чаще всего характерен для низковольтных контроллеров. Внутри контроллера стоит транзистор, который замыкает нужную ножку выхода на GND (минус, землю) питания. При помощи транзистора можно переключать выход с большей скоростью, чем у реле. А можно снова взять интерфейсные реле на больший ток и понавесить их на такие выходы.

Количество линий IO обычно распределяется так:

• У логического реле будет немного входов (8..12..20) и совсем немного выходов (4..6..12..20). Чаще всего тут доступны модели с высоковольным питанием (и высоковольтными выходами). Штатно у реле может быть 8 входов и 4 выхода, а остальные добавляются при помощи специальных модулей расширения.
• У ПЛК IO может быть много, или же вообще никакого. Варианты бывают такие:
  * Много (десятки) входов и выходов, но слабеньких: низковольтных и с реле на 1..3А;
  * Немного (4..8) входов и выходов тоже слабеньких;
  * Без IO на борту. Всё IO реализуется внешними модулями через интерфейс RS-485. И при помощи модулей IO набирается в любом количестве, лишь бы хватило памяти и ресурсов.

Штатно логическое реле задумано для небольших применений и поэтому у него мало IO и есть трудности с его расширением. А ПЛК сразу задуман как сердце большой системы, и поэтому изначально может быть заточен полностью под внешнее IO.

Ресурсы программы . Память .

Память внутри контроллера не бесконечна и имеет свои размеры. Если речь идёт о логическом реле — то там «память» чаще всего измеряется в количестве внутренних блоков: например до 16 таймеров, до 8 счётчиков и до 128 соединений «релейной схемы». Или же до 200 блоков в блок-схеме (FBD). Когда мы создаём программу в контроллере или среде разработки, то они нас и предупредят о том, что память кончается.

У ПЛК память обычно измеряется как в компьютерах — в килобайтах, мегабайтах и прочем. Скажем, в ПЛК может быть 4 мегабайта для памяти программы, 300 кб для памяти ввода-вывода и 1 мегабайт памяти переменных. Память ввода-вывода определяет максимальное количество всяких внешних модулей ввода-вывода (внешнее устройство занимает некоторое количество этой памяти ввода-вывода). Размер использованной памяти в ПЛК нам скажет компилятор среды разработки. И он же предупредит нас, если мы не укладываемся по ресурсам в выбранный ПЛК.

Retain-переменные .

Функционал Retain-переменных или параметров есть почти в каждом логическом реле или ПЛК. На самом деле всё просто: речь идёт о сохранении каких-нибудь значений программы между выключением питания контроллера. Это то, что в микроконтроллерах назвалось FLASH-память, куда программно можно было записать какие-нибудь байтики.

В контроллерах можно сохранить какой-нибудь флаг (вкл-выкл) или целый счётчик (для того, чтобы например считать общее время наработки устройства или импульсы от счётчиков воды). Обычно всё проще простого. Для логических реле часто достаточно поставить галочку, которая будет называться Retain или Retentivity:

А в ПЛК например надо завести нужные переменные в разделе «Retain». Например вот тут я считаю импульсы со счётчиков воды и сохраняю их количество между отключениями питания ПЛК.

Retain-переменные в ПЛК можно сделать любые, а в логических реле их список может быть ограничен всего несколькими объектами. Например таймеры с 6 по 10 могут сохранять свои значения, а таймеры с 1 по 5 не могут. Всё это тоже надо учитывать при разработке таких систем.

Таймеры, Счётчики, Часы .

В контроллерах обычно есть несколько счётчиков и таймеров, при помощи которых можно выдавать всякие импульсы, делать задержки или просто считать входные сигналы (число деталей, число нажатий на кнопку и прочее). Как я уже писал выше, некоторые из них можно настроить так, чтобы они сохраняли насчитанное между отключениями питания контроллера.

Ещё в контроллерах есть часы реального времени . Эта фича может не всегда быть в контроллере и являться опцией. Например в логических реле Eaton Easy/ABB CL то, что внутри есть часы, обозначается буковкой «C» в маркировке контроллера. С часами контроллер легко можно запрограммировать на то, чтобы он давал школьные звонки или в нужное время включал и выключал освещение, насосы, отопление и прочие нагрузки.

Интерфейсы .

Вот тут всё делится на несколько фронтов. Если мы ведём речь о каком-нибудь специализированном контроллере, например CCU825 (это GSM-контроллер для управления разными нагрузками по SMS), то там внешние интерфейсы будут такими, какими их предусмотрел производитель. Могут быть Ethernet, RS-232, RS-485 или USB. А может быть вообще какой-нибудь свой интерфейс для подключения своих датчиков.

Если мы ведём речь о логических реле, то в самых дешёвых и простых моделях вообще нет способов связи этого реле с внешним миром. В логических реле покруче сейчас уже появляется интерфейс Ethernet (например в Siemens Logo! 8 версии) или даже специальные модули расширения для связи через GSM. В тех же Siemens Logo! 8 вообще есть встроенный WEB-сервер.

В ПЛК сейчас стандартом является один или несколько интерфейсов RS-485 и интерфейс Ethernet. А дальше в ПЛК будет то, что мы напишем и что подключим. В том числе и WEB-сервер придётся самому писать или использовать какую-нибудь библиотеку из имеющихся в сети.

Про интерфейс RS-485 я расскажу чуть позже.

На чём программируют контроллеры?

В этой сфере есть несколько стандартных языков и даже сред разработки. Я кратенько по ним пройдусь, чтобы все были в курсе того, чего ждать от логического реле или ПЛК.

Релейно-контактная схема (LAD, Ladder Logic) .

Это самый удобный язык для тех, кто раньше делал схемы на обычных релюшках. Потому что этот язык как раз и описывает обычные релюшки, которые могут быть разного типа (реле с самоблокировкой, реле времени, с нормально замкнутыми контактами, с нормально разомкнутыми) и которые срабатывают, когда на них подают питание.

В этом случае мы рисуем схему так же, как её и представляем. Вот например у меня тут какая-то тестовая схема завалялась. Смотрите как всё просто: если замкнулась кнопка I01, то включилось (S) реле Q01. Если замкнулась кнопка I02, то отключилось реле Q01. Это у нас аналог обычного реле с самоблокировкой.

И разница только в том, что все эти реле — не физические, а находятся внутри контроллера. Поэтому взяв какой-нибудь контроллер, вы можете перенести туда вашу схему почти без потерь, а потом уже наворачивать функционал. Например мы с одним камрадом постебались и сделали схему управления освещением ванной на контроллере, которая заменила адски дорогие импульсные реле с центральным управлением.

Такой способ программирования удобен для логических реле, потому что на ПЛК такими схемками много не напрограммируешь. Самые простые логические реле, в которых используется LAD — это реле Eaton Easy / ABB CL, про которые я самыми первыми и буду рассказывать позжее.

Язык FBD (Functional Block Diagram) .

Но если вы раньше хорошо возились не с обычными релюшками, а с цифровыми микросхемами (например я в детстве не вылазил из серии K155), то вам по душе будет язык FBD. Вот просто посмотрите на схему:

Это ж те же самые логические элементы, которые в цифровой логике и приняты! Триггеры, И, ИЛИ, НЕ, Исключающее Или и всякие мульти- или одновибраторы. В этом случае «программа» чертится в виде большой цифровой схемы. Таким способом программируются логические реле Siemens Logo и например логические реле от ОВЕН’а.

Текстовый язык (ST, IL) .

Ну а если вы столкнулись с ПЛК — то там обычно логика сложная, и работать надо не с битами (1/0), а с разными числами: посчитать, сложить, перевести в другие единицы или вообще HTTP-протокол разбирать на составные части. В этом случае можно использовать обычный программный текст, где программа пишется так же, как на СИ или Pascal. Вот кусок кода, где я на коленке накатал защиту от протечек:

Для меня это даже нагляднее, чем FBD или LAD. Потом такой код компилируется и заливается в ПЛК, где и исполняется.

Как работают контроллеры?

Контроллеры, про которые мы говорим (а именно Логические реле и ПЛК) работают по одной и той же системе. Наша программа, которую мы туда загрузили, выполняется в цикле много-много раз за секунду.

Для контроллеров даже есть такое понятие как «Задача» — это какой-нибудь кусок программы, который надо выполнять через определённые промежутки времени. В Логическом реле задача всегда одна, а в ПЛК можно насоздавать много задач, которые будут исполняться почти одновременно. Скажем, одна задача будет принимать информацию с датчиков и записывать её во внутренние переменные кода, а другая просто рисовать на экране менюшки и картинки, используя значения из переменных от первой задачи. Экран можно заставить обновляться каждые 100 мс, а датчики опрашивать каждые 20 мс.

В любом случае программа работает таким образом: считываются состояния входов и сигналов. После этого контроллер последовательно вычисляет всю нашу схему и получает сигналы для выходов. И по этим подсчитанным сигналам он выключает нужные выходы. Другими словами, вся наша схема на LAD или FBD на самом деле обсчитывается как несколько логических выражений типа Q1 = I1 AND (NOT I2).

Как именно контроллер будет обсчитывать схему — не совсем известно. Поэтому в некоторых случаях на сложных схемах могут возникать так называемые «гонки во времени»: когда один участок схемы подсчитался быстро, а второй медленно и из-за этого мы получили на выходе глюки.

Программа в контроллере не обязательно будет работать сразу при подаче питания на него. Её можно останавливать и запускать вручную. Запускаться автоматически при включении контроллера она будет только если вы сами это настроите. А в самой программе можно даже задать значения выходов, которые надо включить при остановленной программе или потере связи (это называется «безопасные значения выходов»).

Интерфейс RS-485 и протокол ModBus.

Теперь поговорим о суровом ломе и основе основ всех ПЛК и промышенной автоматики. Это интерфейс RS-485 . Он является стандартом для подключения всякого внешнего оборудования и связи его между собой. Не надо путать интерфейс с протоколом: RS-485 описывает уровни электрических сигналов и тип кабеля, по которому они передаются. А вот ЧТО именно передаётся — интерфейсу уже не важно.

Протокол — это некая программная обёртка, которая описывает уже именно то, что в каком случае значат конкретные байтики, которые передаются между устройствами. И вот протоколов, основной которых является RS-485, много. Это например известенейший протокол DMX-512 для управления сценическим освещением и интересный для нас протокол ModBus, при помощи которого между собой и связываются ПЛК и внешние устройства.

Протокол ModBus — это тоже самый распространённый стандарт обмена данными между устройствами и контроллерами. Действует он просто и достаточно легко. У каждого устройства есть свой адрес (от 1 до 128, кажется), по которому из него можно прочитать данные или записать данные из нужного места памяти. В сети есть главное устройство (Master) и подчинённые, которые исполняют его команды «Запиши ххх», «Прочитай ххх». И всё!

В ModBus места памяти, которые читаются или записываются в устройствах, называются «регистры». У них тоже есть свои адреса, которые называются номерами. Что в каких регистрах хранится, полностью зависит от конкретного устройства и фантазии производителя. Типы регистров могут быть такими:

• BYTE — один байт (8 бит)
• WORD — два байта (16 бит). Ещё называется «Register»
• DWORD — четыре байта (32 бита).
• REAL — число с плавающей точкой
• STRING — строка текста

Полная адресация на шине ModBus может быть такой:

• Устройство, адрес 1
  • Регистр BYTE, номер 20
  • Регистр REAL, номер 30
  • Регистр REAL, номер 30
• Устройство, адрес 2
  • Регистр BYTE, номер 20
  • Регистр BYTE, номер 30
• Устройство, адрес 5
  • Регистр BYTE, номер 1
  • Регистр BYTE, номер 2
  • Регистр BYTE, номер 3
  • Регистр BYTE, номер 4

Теперь соберём краткие знания вместе. Чтобы обмениваться данными между ПЛК и другими устройствами, есть протокол ModBus, который построен на интерфейсе RS-485. Обычно ПЛК является главным устройством (мастером сети). В эту сеть подключаются другие внешние устройства. Настройки сети (скорость обмена, тип протокола) выставляются одинаковыми для всех устройств. Каждому устройству даётся какой-нибудь адрес.

• Регистр #100. Один байт. Состояние выходов 1..8.
• Регистр #101. Один байт. Состояние выходов 9..16.
• Регистр #200. Два байта. Состояние входов 1..16.

Всё это прописывается в программе ПЛК, после чего ПЛК опрашивает все эти устройства и собирает нам все их данные. Понятно, что адреса устройств не должны меняться, потому что сами устройства являются составной частью системы и программы.

Что есть такого, что управляется по RS-485/ModBus? Да почти всё. Я сам многого не знаю, поэтому приведу примеры из того, о чём слышал:

• Модули ввода-вывода. Вы можете прикупить модули и сделать очень много входов и выходов для своего контроллера. Их количество ограничено тормозами ModBus (когда он не будет успевать их опрашивать) и размерами памяти ввода-вывода контроллера. Именно поэтому некоторые ПЛК выпускаются совсем без IO на борту — разработчик сам добавит нужные внешние модули.
• Счётчики электроэнергии. К счётчику, если он это поддерживает, можно подключиться по ModBus и снимать с него кучу разных параметров сети. Единственное — счётчик придётся ставить свой собственный, потому что энергосбыт не позволит подключать что-либо к тому счётчику, по которому идёт оплата за электричество.
• Дисплеи и текстовые табло.
• Измерители параметров сети и других данных. Например, у ABB есть крутая система измерения токов по каждой линии отдельно — CMS. А отдаёт она все данные как раз по ModBus.
• Управление освещением, приводами и прочим

Так что если вы слышите RS-485, то следующим вопросом должно быть, поддерживает ли устройство протокол ModBus и есть ли документация по его регистрам!

Особенности конструкции

Самое главное, что надо запомнить в мире контроллеров — это то, что фраза «Устанавливается на DIN-рейку» не всегда означает то, что контроллер встанет в обычный щиток и нормально закроется пластроном. Большая половина контроллеров и всякой промавтоматики действительно устанавливается на DIN-рейку, но только для их крепления.

Поэтому выбирая контроллер надо проверить, влезет ли он в обычный щиток, или под него придётся городить монтажную панель!

Как и чего выбирать?

Ну и подводим итоги, которые называются так: «Зная о том, какие контроллеры бывают, думайте своей головой». То, какой контроллер выбирать, можно понять если рассортировать задачи, которые мы собираемся решать на них:

• Заменить рассыпуху из кучки реле в силовом щите, где линий вывода мало. Например, какую-нибудь систему управления приводом ворот. Там будет много входов (кнопки, концевики, датчики тока мотора) и немного выходов (мотор вперёд, мотор назад, лампочка аварии).
  Или же сделать схемку, куда приходит сигнал с реле освещения, датчика движения, кнопок и которая управляет уличным освещением по часам, нахождению людей и освещённости.
  В этом случае наш друг — логическое реле. Оно будет стоить недорого, в некоторых случаях его можно запрограммировать прямо при помощи кнопок и экрана без использования среды разработки и кабеля. А так как его выходы обычно тянут ток в районе 6 ампер, то какое-нибудь освещение небольшой мощности можно включать напрямую без контактора.
• Управлять оборудованием (автополив, отопление, АВРы и т.д). Тут всё зависит от того, уложимся ли мы в то количество линий ввода-вывода, которое есть у логических реле. Например, реле от Eaton могут дать нам всего лишь 24 входа и 12 выходов, а Siemens Logo — 24 входа и 16..20 выходов.
  Если мы не укладываемся в такое количество линий IO, то начинаются проблемы. Некоторые логические реле можно соединять между собой каскадом, чтобы расширить количество IO. Но иногда по деньгам это получается даже дороже ПЛК и занимает много места.
  Так что в этом случае иногда приходится переходить на ПЛК. Например, вот хотим мы закинуть в контроллер 50 групп света, чтобы заменить импульсные реле. И фиг вам сделать это на логическом реле — придётся ставить ПЛК, потому что IO не хватит.
• Управлять оборудованием по RS-485/ModBus, иметь много линий ввода-вывода или сложную логику программы (WEB-интерфейс, аналоговые вычисления, сбор данных). Тут сразу нужен ПЛК, потому что решать такие задачи на логических реле будет тяжело.

Ну и конечно же, если наша задача сводится к тому, чтобы при помощи СМСок или WEB-интерфейса включать и выключать четыре релюшки — лучше сразу использовать готовые решения, которых много на рынке. В этом случае всё будет работать «из коробки» и вам не придётся ничего программировать.

Сейчас я нахожусь в форме существования «ЗАДОЛБАЛО». По разным причинам всякие решения по автоматике управления светом, АВРами, распределением питания или разной автоматикой меня не устраивают. Ограничивать себя, составляя кривые конструкции из релюшек разных фирм или кулибинствовать с паяльником я не хочу. Поэтому я ухожу в контроллеры и свои шкафы буду делать теперь на них.

Мои разработки будут управлять питанием всего дома/коттеджа. На них можно будет повесить управление генератором, инвертором или приводами ворот и рольставен. То-есть щит будет центром всей домашней автоматики. А дом при постановке на охранку будет сам понимать, что где отключить, закрыть и надо ли сразу включать генератор или поработать часа три на инверторе, раз там никто не живёт.

Когда я отработаю свои решения, то я буду продавать их отдельно для других сборщиков щитов. Вот так! А для нашей аудитории напишу несколько постов про контроллеры и могу сделать платный мастер-класс по простым контроллерам для начинающих.

С помощью логических элементов довольно легко реализуются функции алгебры логики, которая является костяком устройств автоматики и вычислительных машин. Логические элементы могут реализовываться огромным количеством способов в зависимости от надобности и состоять из полупроводниковых, релейных, интегральных, пневматических и других элементов и схем.

Между величинами, входящими и выходящими из логического элемента, существует определенная зависимость, которая называется функциональной и обозначается как y = f(x) для устройств с одной переменной и как y = f(x 1 , x 2) для устройств с двумя переменными величинами. В этой записи Х называют независимую переменную или аргумент, а Y – зависимая переменная, так как ее значение напрямую зависит от значения аргумента Х.

Ниже показана таблица логических элементов и эквивалентных им положений контактов реле:

Функция повторения

Реализуется логическим элементом повторителем (пункт 1 в таблице). Повторитель можно сравнить с нормально открытым контактом реле. При открытом контакте Х=0 и, соответственно Y=0, то есть цепь находится в непроводящем состоянии, а при закрытом наоборот Х=1 и Y=1, то есть цепь находится в проводящем состоянии.

Функция отрицания

Реализует данную функцию логический элемент НЕ или как его часто называют – инвертор (пункт 2 в таблице). Его сравнивают с нормально закрытым контактом реле, когда при отсутствии напряжения на катушке управления (Х=0) его контакт находится в проводящем состоянии (Y=1). При подаче напряжения на катушку (Х=1) контакт размыкается и разрывает цепь (Y=0).

Функция логического сложения

В схемотехнике носит название дизъюнкция или функция ИЛИ (пункт 3 в таблице). Реализуема эта функция логическим элементом дизъюнктором. Суть данной операции заключается в логическом суммировании входных сигналов X для получения результирующего сигнала на выходе Y. Описывается данная зависимость простой формулой X 1 + X 2 = Y. Вот примеры – 0+0=1, 1+0=1,0+1=1,1+1=1. На примере обычного реле – это два параллельно подключенных нормально разомкнутых контакта. Если один контакт разомкнут, то проводимость цепи обеспечит второй, замкнутый контакт. Для того что бы цепь оказалась разорванной, необходимо разомкнуть оба контакта.

Функция логического умножения

В схемотехнике носит название конъюнкция или функция И (пункт 4 в таблице). Реализует ее специальный логический элемент – конъюктор. Данная функция – логическое перемножение сигналов:

Если сравнить с реле – то это два последовательно включенные нормально открытые контакты. А при таком подключении контактов реле проводимость можно получить только в случае, когда оба контакта замкнуты.

Функция равнозначности

Имеет следующий вид — X 1 ≡X 2 = Y или в виде логических символов: 0≡0 =1; 1≡0 = 0; 0≡1 = 0; 1≡1 = 1.

Значения 1 будет только при условии, что X 1 = X 2 . Эквивалентом в релейной схеме будет два последовательно включенных переключающихся контакта (пункт 5 в таблице).

Противоположная функции равнозначности (пункт 6 в таблице) и часто носит название функции сложности по модулю m2.

5. Логические реле. Промежуточные реле. Указательные реле. Герконовые реле.

Логические реле .

1. Реле времени. КТ 2. Промежуточные реле КL. 3. Указательные реле КН.

Промежуточное реле .

Они имеют электромагнитную систему с поворотным якорем. Их назначение:

1. Увеличение контактов основного реле.

2. Увеличение коммутационной способности схемы. Разгрузка контактов основного реле.

Промежуточные реле выполняются с одной или несколькими обмотками, с включением по напряжению, по току или по току и напряжению.

Промежуточное реле с обмотками по напряжению включается на полное напряжение источника оперативного тока (обмотки напряжения). С обмотками по току включается последовательно с обмотками других аппаратов (обмотки тока).

Выпускаются на напряжение постоянного тока 12, 24, 48, 110 ,220 В и переменного тока 127, 220, 380 В.

Промежуточные реле различаются:

1. По количеству обмоток. 2. По типу обмоток. 3. По числу, состоянию и мощности контактов.

4. По времени срабатывания и возврата.

К промежуточным реле предъявляются высокие требования по быстродействию. Время их срабатывания не должно превышать 0,01-0,03 с.

Напряжение срабатывания Uср=0,7 Uном.

Реле постоянного тока типа РП-23, Рп-24.

Время срабатывания <0,06 с.

Выпускаются на напряжение постоянного тока 12, 24, 48, 110 ,220 В

Устройство реле РП-23. Имеется:

Электромагнит с обмоткой;

Якорь, который может менять свое положение;

Неподвижные и подвижные контакты;

Возвратная пружина;

Регулировочные пластины.

Имеется регулировочное устройство, которое регулирует расстояние зазора между якорем и эл.магнитом.

Реле постоянного тока типа РП-211, РП-215. Малогабаритные, быстродействующие. Отличаются типом, количеством контактов и обмоток. Время срабатывания 0,02 с. Мощность 5 Вт.

Аналогичные РП-23 промежуточные реле на переменном оперативном токе имеют магнитопровод из листов электротехнической стали. На полюс электромагнита намотан короткозамкнутый виток, для предотвращения вибрации подвижной системы. Типы реле переменного тока РП-25, РП-26.

Недостатки:

1. Возможность отказа при срабатывании из-за снижения напряжения в сети.

2. Значительная мощность, потребляемая при срабатывании.

Меньше недостатков имеют реле переменного тока типа РП-321 и РП-341. В их схеме используется промежуточное реле постоянного тока,подключенное к выпрямителю. Это снижает мощность при срабатывании. Реле имеет насыщающийся трансформатор. Он ограничивает ток и напряжение во вторичной цепи, облегчая работу контактов управляющих реле, и потребление мощности реле. Имеются малогабаритные реле типов РМУГ, РЭ, РЭС. Рассчитаны на низкие напряжения и токи.

Указательные реле.

Наиболее распространенное реле типа РУ-21.

Назначение – используется в схемах защиты для указания срабатывания РЗиА. Облегчают задачу анализа действия РЗиА и определения характера повреждения. Обмотки этих реле могут включаться как последовательно в цепь, так и параллельно. Наиболее распространены указательные реле с последовательным включением обмоток.

Устройство РУ-21.

1. Электромагнит, состоящий из сердечника.2. Якорь.3. Сигнальный флажок.

4. Контактная система. 5. Возвратная пружина. 6. Скоба.

При прохождении тока по обмотке якорь притягивается к сердечнику. При этом сигнальный флажок выходит из зацепления и под собственным весом поворачивается. В результате меняется цвет флажка и замыкается контактная система. После исчезновения КЗ ток по обмотке реле не проходит. Якорь возвращается в первоначальное положение, а флажок остается на месте.

Герконовые реле

Недостатки электромеханических реле:

1. Наличие открытых ненадежных контактов, которые подвергаются воздействию окружающей среды.

2. Большое время срабатывания из-за значительной массы подвижного якоря.

Поэтому изобрели герконовые реле. Это электромагнитные реле с герметизированными магнитоуправляемыми контактами.

1 – Стеклянна колба, заполненная инертными газами.

2 – Пружинящие пластины, впаянные в стеклянную колбу.

3- Обмотка.

В нормальном режиме пластины разомкнуты. Ток в обмотке вызывает магнитный поток Ф, проходящий по пластинам. Пластины являются одновременно магнитопроводом, подвижными частями реле и контактными пружинами. Он создает электромагнитную силу, стремящуюся притянуть пластины к друг другу. Пластины смыкаются и замыкают цепь.

Достоинство:

1. Малое время срабатывания (тысячные доли секунды).

2. Малые габариты.

3. Высокая надежность. Геркон имеет большое число срабатываний. Порядка 10 12 раз.

Федеральный горный и промышленный надзор РФ в постановлении Госгортехнадзора № 47 от 04.06.03 требует при запуске механизмов использовать реле предпусковой сигнализации. Пункт 69 постановления гласит:

«Перед началом работы или движения машины (механизма) машинист обязан убедиться в безопасности членов бригады и находящихся поблизости лиц. Должен быть подан звуковой предупредительный сигнал продолжительностью не менее 10 с. После первого сигнала должна предусматриваться выдержка времени не менее 30 с, после чего должен подаваться второй сигнал продолжительностью 30 с. Запуск механизмов и оборудования должен быть сблокирован с устройством, обеспечивающим вышеуказанную предпусковую сигнализацию.»

Для реализации этого требования, в реле времени РЭВ-201М компании «Новатек-Электро» дополнительно был введен алгоритм №4 «Предпусковая сигнализация»:

Реле контроля напряжения или просто реле напряжения(РН) применяются для отключения электрической сети от приборов при превышении допустимого уровня напряжения. Это как электрический предохранитель, но срабатывает он не при высоком токе(коротком замыкании в сети), а при высоком напряжении.

РН применяются и в быту и на производстве. Скажем, в своих шкафах для АСУ ТП мы всегда ставим РН на трехфазную и на однофазную сеть. При низкой цене эти устройства позволяют защитить контроллеры и модули, которые стоят иногда до 10.000$. Иногда это полезно. Вот на одном предприятии постоянно выключался контроллер. Начали разбираться, оказалось, что из-за неисправности питающая подстанция давала в сеть постройки с АСУ повышенное напряжение и РН исправно разрывал сеть, спасая дорогостоящий ПЛК. Кроме того, что оборудование само по себе стоит денег, выход его из строя по вине скачков напряжения наносит убытки из-за времени простоя, необходимого для приобретения и замены сгоревших приборов.

В быту РН применяются в обычных домах и квартирах на входе электрической сети. Защита домашней электрической сети 220В от повышенного напряжения сейчас очень актуальна. Время от времени то тут, то там в домашних сетях скачет напряжение и выжигает все включенные приборы. Регулярно появляются такие новости:
Жильцы запорожской многоэтажки остались без бытовой техники. Ее «убил» перепад напряжения в сети
В доме под Полтавой в одну минуту сгорели холодильник, телевизор, стиральная машина
Подробности леденят душу:

Недавно смотрели телевизор. Из него как бахнет, аж из розетки дым пошел. Компьютер и электрочайник были включены. Накрылись. Тут сосед Саша выходит, чуть не плачет — в одну минуту сгорели холодильник, телевизор, стиральная машина, еще какие-то приборы. Вот такое горе почти в каждой квартире по дому.

«Горе», конечно громко сказано, но повод для грусти точно есть. Самое печальное, что отсудить возмещение ущерба в таких ситуациях невозможно. Поэтому, когда 3 года назад я делал ремонт и менял проводку, то первым делом поставил реле напряжения.
В общем, реле напряжения нужно обязательно ставить и в квартире и на производстве- это страховка от больших убытков.

Сегодня рассмотрим реле напряжения РН-104 компании «Новатек-электро»:

Недельное реле времени Perry 1IO7081 предназначено для включения/выключения устройств по расписанию. Реле одноканальное, коммутируемая нагрузка до 16 A/250 V AC. Это позволяет в том числе включать/выключать сеть 220 В (как известно, там фаза одна) при достаточно мощной нагрузке. Управлять коммутацией реле можно как в ручном режиме соответствующей кнопкой, так и в автоматическом режиме.

Автоматический режим управления осуществляется по программам(до 20), которые вводятся с помощью кнопок на лицевой панели. В программах может задаваться не только время включения и отключения по расписанию на протяжении суток, но и дня недели.

1IO7081 работает от сети 220 В и для него не нужен отдельный блок питания. Есть энергонезависимые часы реального времени с питанием от мощного аккумулятора, потому при пропадании питания модуля 220 В, время не сбивается. Недельное реле времени Perry 1IO708 производятся в Италии, не смотря на то, что на коробке нарисован кенгуру.

Характеристики

Осенью я рассказывал про задачу для логического реле Zelio, которую я смог решить лишь частично:

Там я писал, что, по моему мнению, решить на Zelio указанную задачу в полном объеме невозможно. Был объявлен конкурс с призовым фондом в бутылку коньяка в награду тому, кто все-таки такую программу сможет сделать.

Что же, конкурс закрыт, его победитель- Алексей из Омска, РФ. Вот программа Алексея:

Блоки «MEM» и «CMP» здесь- макросы.

Алексей написал за 6 часов программу, которую я не смог придумать за неделю и это наводит на такую мысль:

При создании программы на «кубиках» FBD программируемых реле нужно и думать в стиле FBD. Моя ошибка была в том, что я принялся мастерить ячейки памяти на триггерах для реализации загрузки/выгрузки данных в очереди, перегрузил программу и не решил поставленных задач. Подход в стиле высоких языков программирования, для Zelio он оказался ложным. Алексей пошел по принципиально другому пути и сделал программу без единого триггера, на одних логических элементах.

Не то, что бы мысль «если хочешь быть крокодилом, то и думай как крокодил» является откровением, но часто забывается, что одни и те же приемы программирования не всегда одинаково эффективны в разных средах.

Ну а теперь о самом главном, о заслуженной награде.

В связи с распространением на просторах СНГ программируемых реле xLogic/x-Messenger фирмы EasyElectronics, многих интересует вопрос, как самому сделать кабель для их программирования.

Благодаря усилиям коллег, мы можем ответить на этот вопрос.

Сергей Кычкин, основываясь на оригинальной схеме кабеля ELC-USB, создал и проверил его аналог:

Как видно, Сергей использовал китайский USB/TTL преобразователь и самодельную плату для опторазвязки. Китайский преобразователь надо купить (на ебее стоит 2$), а плату сделать самому. Преобразователь USB/TTL подойдет любой, если нет времени ждать такой из Китая и негде купить у себя в городе, можно купить и переделать любой дата-кабель с микросхемой pl-2303 для мобилки. Таких кабелей полно в магазинах для мобилок и на радиорынках. Вот пример переделки дата-кабеля мобилки в USB/TTL преобразователь:

Плата в работе:

Конечно, EasyElectronics продают кабели для своих ПР дешевле конкурентов в 2-3 раза и оригинальный ELC-USB стоит всего 50$. Но зачем платить 50 баксов если можно уложиться в 5?

Логические реле принципиально отличаются от ПЛК только степенью сложности программы. Главное- почувствовать, с какой задачей справится и ЛР, а с какой только ПЛК. Не всегда это выходит.

Вот и я едва не просчитался. Где-то в марте ко мне подошел некий начальник отдела и спросил, какое оборудование нужно для реализации простенькой задачи. Задачу тут же объяснил на пальцах. Не особо вникнув в суть, я ответил, что для такого ерундового дела хватит и ЛР. Сошлись на . С тем мой заказчик и удалился.

Уже летом разговор мне припомнили и дали тех.задание. А оборудование уже купили и смонтировали.

Вот это ТЗ:

На РОФ-1 запроектировали компрессорную (давление воздуха в сети 3атм), сжатый воздух которой используется для выгрузки пыли из бункеров фильтров ГОУ-1…ГОУ-10 (10 шт).
Компрессорная расчитана на расход воздуха для выгрузки пыли из одной ГОУ.
В компрессорной установлен шкаф контроля давления воздуха, а в нем находится
модульное интеллектуальное реле, управляющее процессом выгрузки пыли из бункеров фильтров ГОУ-1…ГОУ-10.
Необходимо запрограммировать реле таким образом, чтобы выгрузка пыли из
бункеров ГОУ-1…ГОУ-10 происходила в порядке поступления сигналов верхнего уровня пыли в бункере фильтра ГОУ-1…ГОУ-10, т.е. соблюдалась очередность
выгрузки.

Недавно ко мне обратились из России с предложением написать программы для проекта, в котором используется продукция Schneider, в том числе логическое реле Zelio SR3 и сенсорная панель Magelis HMI STO 501.

• Оргвопросы
• Сенсорная панель HMI STO501
• Создание программ для подключения сенсорной панели к Zelio через порт программирования
• Впечатления

За все фото оборудования и платы кабеля спасибо Даниэлю, который предложил мне поучаствовать в этом проекте.

1. Оргвопросы

Прежде всего, если вы имеете дело с продукцией Schneider (Zelio, Twido, Magelis) нужно включить повышенную внимательность. Sсhneider очень любит применять специфические кабели программирования: для Zelio, Twido и Magelis они свои. Эти кабели мало того, что дорогие, но еще и эксклюзивные.

В то же время китайцы, тайванцы и русские(«Овен») снабжают свои контроллеры и сенсорные панели возможностью программироваться через стандартные интерфейсы RS-232/485 и USB, шнуры для которых есть везде и стоят сущие копейки.

Поэтому при заказе продукции Шнайдер нужно предусмотреть покупку шнуров программирования.

Но если вы захотели купить эти шнуры, еще не факт, что вам их продадут. Потому что…

…обычно их нет в наличии и срок поставки- до 7 недель.

Я думал, что такое только на Украине, но в России, оказывается, точно так же. С чем это связано, я не знаю. Наверное, «Шнайдер» так демонстрирует свою элитарность. Типа, если надо- подождешь.

Программное обеспечение для Zelio бесплатное, для панелей Magelis платное.

2. Сенсорная панель HMI STO501

На данный момент к Zelio через порт программирования можно подключить одну-единственную модель сенсорной панели- Magelis HMI STO501:

• Характеристики
• Конструкция
• Документация и ПО
• Связь со SCADA
• Работа с ELC-12DC-DA-R-HMI
• Работа с EXM-8AC-R-HMI
• Моё мнение о x-Messenger

Характеристики

Цены указаны по курсу на момент написания статьи: 1$= 8 грн.

Конструкция

Несмотря на разное количество входов/выходов, оба устройства собраны в абсолютно одинаковых корпусах. Не задействованные отверстия просто закрыты заглушками. Класс защиты корпусов- IP20.

Вид сверху:

Программируемые реле - доступные устройства, предназначенные для автоматизации технологических процессов. Реализуют линейные и слаборазветвленные алгоритмы управления, выполняют простые вычисления. Широко используются в транспортной отрасли, сельском и коммунальном хозяйствах. Позволяют управлять подъемниками, освещением, вентиляторами, насосами и др.

Компания «ИнСАТ» предлагает приобрести программируемые реле марки ОВЕН. Продукция от отечественного производителя известна высоким качеством и надежностью. В каталоге представлены различные модели промышленной автоматики:

• ПР-110,
• ПР-114,
• ПР-МИ485.

При выборе оборудования обращайте внимание на основные характеристики:

• число входов и выходов,
• протоколы связи,
• среду программирования,
• максимальную скорость обмена,
• механический и электрический ресурс реле,
• степень защиты корпуса,
• средний срок службы.

Чтобы купить программируемые реле ОВЕН, добавьте выбранные позиции в корзину и заполните форму заказа. В заявке укажите контактные данные для обратной связи. Доставка промышленной автоматики производится во все регионы РФ. Полную информацию о предлагаемой продукции узнавайте у менеджера по телефону, указанному в разделе «Контакты».

ОВЕН ПР-114 ОВЕН ПР-114 - это свободно программируемое устройство, которое не содержит в своей памяти заранее написанной программы. Алгоритм работы программируемого реле формируется непосредственно пользователем, что делает прибор универсальным и дает возможность широко использовать его в различных областях промышленности, сельском хозяйстве, ЖКХ и на транспорте.

ОВЕН ПРМ Модуль расширения ОВЕН ПРМ предназначен для увеличения количества входов и выходов программируемого реле ОВЕН ПР200. Подключение модулей осуществляется по внутренней шине. К ПР200 можно подключить до двух модулей расширения ввода/вывода. Входы модуля гальванически развязаны относительно питания и относительно друг друга (по 4 входа). Модули имеют свое независимое питание и индивидуальную гальваническую развязку выходов, что повышает надежность системы. Существуют две модификации модулей с питанием на 24 В или 220 В.