Релета в автоматизацията – технологични новости

АвтоматизацияСп. Инженеринг ревю - брой 5/2018 • 19.07.2018

Релета в автоматизацията – технологични новости
Релета в автоматизацията – технологични новости
Релета в автоматизацията – технологични новости

В съвременната сградна и индустриална автоматизация намират приложение широка гама от релета с различни функции – универсални, защитни, интерфейсни, измервателни, таймери/релета за време, управление, мониторинг и др. Все по-голяма популярност придобиват т. нар. програмируеми или интелигентни релета, които заменят класическите устройства в редица задачи в техническата практика благодарение на някои свои безспорни предимства като подобрена гъвкавост, надеждност, рентабилност и функционални възможности. Сред тези възможности са множеството поддържани логически, аритметични и броячни функции, както и функциите за времезакъснение.

В сп. Инженеринг ревю многократно са разглеждани принципите на действие, спецификите и приложенията на различните типове релета в автоматизацията. Настоящият материал е опит за кратък обзор на някои от водещите технологични тенденции при тези елементи за комутация и защита на електрически вериги през последните години.

Пазарни тенденции
Според прогноза на маркетинговата агенция IHS, до края на 2018 г. ще бъдат продадени над 63 милиона релета и таймери в глобален план. Данните на пазарните анализатори сочат още, че през последните 5 години продажбите на интелигентни релета са регистрирали 6% комбиниран годишен темп на растеж. Актуален доклад на друга голяма изследователска фирма – Technavio, предвижда, че до 2022 г. глобалният пазар на индустриални релета ще продължи да се разраства с комбиниран годишен темп на растеж от 7%. В изследването като водещи продуктови сегменти са посочени електромеханичните, полупроводниковите (Solid State Relays, SSR) и хибридните релета, рид-релетата и универсалните релета, а като основни крайни потребители – процесните и дискретните производства. Според експертите от Technavio, нарастващият брой приложения на програмируеми логически контролери (PLC) в индустрията е един от най-големите пазарни стимули, които допринасят за ръста на световния пазар на индустриални релета.

Сред водещите продуктови сегменти при релетата за автоматизация са релетата за мониторинг, показват данни от последното проучване “Global Industrial Monitoring Relays Market 2018-2022” на агенция Research and Markets. Трите водещи тенденции, които повлияват ръста при тези продукти според маркетинговите специалисти, са: появата на пазара на IoT-базирани релета за мониторинг, все по-широкото им приложение като заместители на класическите релета и предпазители в индустриалната автоматизация, както и технологичният напредък в сегмента в съчетание с все по-образования и информиран персонал. Повратен момент в развитието на технологиите в областта се оказва разработването на IoT-базирани устройства, провокирано от потребността да се събират данни за автоматизираните индустриални процеси в реално време, както и тези данни да се анализират и разглеждат в хронологичен план, смятат експертите. Релетата за мониторинг в Internet of Things платформи осигуряват възможност за проследяване състоянието на вериги и променливи в реално време, както и за подаване на сигнал към човеко-машинния интерфейс в случай на проблеми от различно естество. Този тип релета са и съществен елемент от системите за прогнозен мониторинг на мрежово свързано индустриално оборудване, чието приложение постоянно нараства с всеобхватното възприемане на принципите на Industry 4.0 в съвременните производства. Комбинацията от мониторинг в реално време и анализ на данни в исторически аспект спомага за идентифициране на модели и причинно-следствени връзки при възникването на неизправности в системите за управление.

Според друго актуално проучване на Research and Markets, отчетлив ръст в продажбите генерират и защитните релета и таймери, като пазарът в този сегмент се очаква да продължи да нараства с комбиниран годишен темп на растеж от над 4% до 2021 г. Като водеща тенденция тук експертите отличават нарастващите приложения на мултифункционалните защитни релета и таймери с множество входове и изходи в индустриалната и сградна автоматизация. В редица задачи от практиката еднофункционалните предпазни релета не успяват да осигурят достъпна защита за оборудването, а защитните програмируеми логически контролери се оказват твърде неизгодно в икономически аспект решение. За такива сценарии мултифункционалните защитни релета предлагат компромисен вариант, който се отличава с по-лесна инсталация в сравнение с PLC и по-добра защита от класическите предпазни релета. Като основен двигател за ръста в приложенията на тези продукти от маркетинговата агенция посочват все по-масовото използване на интелигентни и програмируеми таймери, както и технологичните нововъведения при електронните релета за време.

Усъвършенстваните програмируеми устройства разполагат с подобрени възможности за управление и мониторинг и обикновено могат да работят при по-широк температурен диапазон в сравнение с предишното поколение продукти. Това ги прави все по-търсени и в тежки индустриални приложения, отбелязват от Research and Markets.

Роля на класическите релета
Макар множеството иновационни скокове след класическото реле по линия на технологичната му еволюция, то продължава сравнително широко да се използва в съвременната индустриална и сградна автоматизация наред с програмируемите релета, програмируемите логически контролери и програмируемите контролери за автоматизация (PAC). Сред основните приложения на традиционните електромеханични и полупроводникови релета днес са изолирането на входове и подобряването на комутационните възможности на изходите на ел. вериги в различни видове електрическо и електронно промишлено оборудване, машини и системи. Електромеханични релета се използват масово за осигуряване на надеждна защита срещу преустановяване на действието поради повреда при логически контролери.

Полупроводниковите релета обикновено са предпочитани в приложения, които изискват по-честа комутация, тъй като се доказват като по-надеждни поради липсата си на подвижни елементи. Като основни слаби страни, ограничаващи приложенията на традиционните релейни логически системи, специалистите от Technavio посочват недостатъчните надеждност, гъвкавост и възможности за диагностика. По тези показатели класическите релета лесно биват изместени от програмируемите контролери в съвременната практика.

Технологичен напредък при релетата
Въвеждането на компактни и мощни релета като интерфейсни елементи към PLC води до своеобразна технологична революция в индустриалната автоматизация, отбелязват пазарните анализатори. Днес нарастващото търсене на PLC/PAC контролери и свързаният с това ръст в приложенията на релета продължава да стимулира технологичното развитие в релейната техника. На пазара в наши дни вече се предлагат устройства с множество цифрови и аналогови входове и изходи, както и с опции за модулен монтаж на DIN шина. Все по-компактни 6- и 14-милиметрови (а дори и още по-малки) версии за монтаж на шина заменят традиционните 22- и 26-милиметрови модели. Тези конструктивни подобрения осигуряват повече място в шкафовете за управление и възможности за повече изходни канали. Прогнозите на аналитиците гласят, че все по-масова практика при производителите ще стане комбинирането на 8 и повече релета в “пакети”, с което да се постигне икономия на място, разходи и опроводяване. Все повече компании предлагат и индустриални версии на компактните си релета за автоматизация – с уплътнени и подсилени корпуси за работа в агресивни промишлени среди, като фабрики от химическата и хранително-вкусовата индустрия, рафинерии, бояджийски цехове, корабни съоръжения и др.

Релетата са се доказали в практиката като най-разходно ефективното решение за изолиране и защита на входовете и изходите на програмируемите логически контролери. Индустриалните релета с висок IP клас на защита могат да бъдат използвани в комбинация с програмируеми контролери в стандартно изпълнение, което значително разширява приложната област на последните и намалява разходите за изграждане на системи за комутация и мониторинг на полеви устройства в тежки промишлени условия.

Интелигентни релета
Традиционните системи за управление в индустриалната автоматизация, изграждани на базата на класически релета и таймери, вече могат да бъдат изпълнявани по-ефективно с помощта на т. нар. интелигентни или програмируеми релета (smart/programmable relays). Последните се отличават с по-висока икономическа рентабилност, по-компактна конфигурация, подобрена гъвкавост и надеждност, както и с възможности за препрограмиране с цел модифициране на съществуващите функции или адаптиране на релето към напълно различно приложение. Интелигентните релета позволяват и автоматично разпознаване на елементи от веригата, при които е настъпила неизправност, и незабавно превключване към изправен аналог.

На практика програмируемите релета имат повече общо с програмируемите логически контролери, отколкото с класическите релета, като са считани за програмируеми контролери от най-нисък клас. Въвеждането на термина “интелигентно реле” най-общо се прави с цел обособяване на отделен функционален и ценови клас устройства, който ги представя като по-бюджетен продукт и от най-малките конвенционални PLC. Релетата от този клас се програмират или с помощта на стандартни бутони и малък дисплей на лицевата част на корпуса, или посредством връзка с компютър.
Програмируемите релета всъщност не са новост на пазара на решения за индустриална автоматизация – те се появяват преди 2 десетилетия. Изборът между отделните модели днес най-общо се свежда до минимални функционални различия и предпочитания към марката на производителя. Тези програмируеми контролери от нисък клас се отличават с ограничен брой входове и изходи, които са вградени в самия базов модул. Броят им може да бъде увеличен посредством локални или отдалечени входно/изходни разширители.

Макар технологичното развитие при тези устройства да не е толкова бързо през последните години, разработките в областта са все по-насочени към иновативни платформи като Internet of Things и Industry 4.0, задаващи нови стандарти към релейната техника. Системите за управление, базирани на интелигентни релета, PLC и PAC контролери, като цяло са по-лесни за конфигуриране в сравнение с платформите, изградени с класически релета и таймери. При съвременните решения не се налага свързване чрез опроводяване с цел осъществяване на логическите функции за управление на устройството, а се изисква опростено програмиране посредством стандартен софтуер. В допълнение, дори най-простите приложения, включващи управление на машини и оборудване, биха изисквали множество на брой класически релета и таймери и следователно – много място в шкафа. Друга слабост на класическия подход е липсата на гъвкавост, тъй като всякакви модификации изискват преопроводяване, а често и добавяне на допълнителни устройства към системата.

Мини и микро PLC
Програмируемите контролери се предлагат с различен форм-фактор по отношение на хардуерната конфигурация и софтуерните възможности. Така в продуктовите програми на много производители в сегмента се появяват микро (micro) и мини (mini) версии на PLC. Макар в много каталози интелигентните релета да се отъждествяват с микро PLC контролерите, оригиналната цел на последните е да запълнят празнотата между индивидуални елементи като таймери, броячи, контактори, релета и класическите PLC. За много системни интегратори в областта на индустриалната автоматизация изборът между мини версия и малък конвенционален контролер се свежда до предпочитания към съответния софтуер или метод за програмиране.

Сред факторите, увеличаващи броя на приложенията на mini PLC системите, е нарастващото използване на Fieldbus комуникация в индустриалната автоматизация. Така mini контролерите, поставяни от много производители като междинно звено между т. нар. интелигентни релета (приравнявани с micro PLC) и конвенционалните програмируеми логически контролери, могат да комуникират с по-големите си “събратя” във веригата. Макар първоначално разработени за малки автономни приложения, възможността им за комуникация с други PLC ги превръща във фундаментална градивна единица на по-мащабни системи за управление без нужда от внедряване на скъпи програмируеми контролери в полеви точки. По-бюджетната mini PLC версия значително редуцира рисковете, разходите и продължителността на престоите при неизправност и може лесно и разходно ефективно да бъде подменена.

Отвъд възможностите по отношение на свързаността, mini PLC системите разполагат и с опция за добавяне на функционални модули, включително стандартни цифрови и аналогови входове и изходи, комуникационни скенери, устройства за бекъп на паметта, термосъпротивителни (RTD) датчици, входове термодвойка и други разширители.

NFC комуникация
NFC (Near Field Communication) технологията, която позволява споделяне на информация между устройства в зона с даден ограничен обхват, вече намира място и при програмирането на логически контролери, интелигентни и стандартни релета. Едно реле за време с поддръжка на такава функция например би могло лесно и бързо да бъде конфигурирано и управлявано посредством смартфон или таблет с помощта на съответното мобилно приложение. Тази технология позволява на техници, разработчици, производители на оригинално оборудване и т. н. удобно да работят с релетата, без нужда постоянно физически да се доближават до тях, за да ги програмират или настройват. Широко разпространени в управлението на индустриални процеси, времезакъснителните релета осигуряват опростено, надеждно и икономично управление в комбинация с възможности за отложен старт на мотор или машина, контрол на товар или на процесни параметри. Този тип релета в комбинация с NFC комуникация правят възможно още по-лесно отдалечено (в рамките на функционалния обхват) управление, включително на множество релета.

С нарастването на броя на Industrial Internet of Things приложенията NFC комуникацията става все по-полезна за производителите и потребителите, позволявайки допълнително прецизиране и улесняване на управлението. Мобилните NFC приложения правят възможно копирането и клонирането на настройки и профили с цел опростяване на работата с повече устройства. Тези апликации гарантират значително подобрена точност чрез автоматизирана времева настройка и разполагат с функции за детайлна диагностика.

ЕКСКЛУЗИВНО

Top