Як працюють реле в системах керування ПЛК (з прикладами підключення)

Один вихідний транзистор на ПЛК зазвичай обробляє лише близько 0,5 А при 24 В постійного струму.

І все ж стандартна котушка контактора двигуна справді може тягнути близько 2 А, коли вона вперше вмикається. Саме через цей розрив є aРеле в системі керування ПЛКконструкція насправді не є обов’язковою, це, по суті, захисний буфер, який знаходиться між крихкими твердотільними-виходами та великими навантаженнями, які вони перемикають.

Незалежно від того, чи використовуєте ви проміжне реле Phoenix Contact PLC-RSC чи вбудовану-плату релейного виходу, ці маленькі компоненти в основному приймають логічні сигнали низької-потужності та перетворюють їх у реальну-комутаційну потужність, і все це не псує ваш ЦП.

У цьому посібнику описано, як насправді працюють реле в системі ПЛК, коли потрібно вибрати релейні виходи, а не транзисторні, а також показано кілька прикладів підключення, які можна скопіювати безпосередньо в наступну збірку панелі.

Швидкі виноси

Розмір проміжних реле для обробки пускового струму контактора 2 А або вище.

Очікуйте 8-приблизно 15 мс^[1]затримки перемикання під час використання електромеханічних реле проти транзисторів із до-мілісекундою.

Дотримуйтеся ланцюжка сигналів: ЦП → вихідний модуль → проміжне реле → навантаження.

Вибирайте релейні виходи, коли перемикаєте високо{0}}навантаження змінного струму або потребуєте гальванічної розв’язки.

Захистіть виходи транзисторів ПЛК з номінальним струмом 0,5 А від великих навантажень котушки контактора.

Роль реле в сучасному контурі керування ПЛК

Почнемо з простої ідеї. Реле в системі керування ПЛК не конкурує з процесором. Натомість він діє як м’яз, який перемикає навантаження реального-світу, які сам ЦП не може фізично живити. Мозок ПЛК вирішуєколищось повинно статися.

Реле - це те, що забезпечує фактичнепоточний. Розумієте, типова вихідна карта може отримувати лише 0,5 А при 24 В постійного струму на точку.

Але велика котушка 3-фазного контактора або соленоїд 120 В змінного струму потребує більшої потужності. Можливо, потрібна зовсім інша напруга, або потрібна гальванічна розв’язка для безпеки.

Це, по суті, і вся робота реле.

Шлях сигналу досить короткий, і його варто запам'ятати. Це виглядає так:Сканування процесора → таблиця вихідного зображення → транзистор/симистор вихідного модуля → котушка проміжного реле → контакт реле → навантаження. По суті, кожен етап у цьому ланцюжку обмінює невелику швидкість на більшу потужність.

ЦП може трохи перевернутися за мікросекунди. Вихідний транзистор реагує менше ніж за 1 мс^[2].

Електромеханічне реле втягується довше, близько 8,15 мс^[3]відповідно до даних Phoenix Contact PLC-INTERFACE. Ця крихітна затримка нешкідлива для чогось на зразок конвеєра.

Але це було б фатально для швидкого сервоприводу. Тому для кожного конкретного шлейфу потрібно підібрати правильний комутаційний елемент.

У 2025 році я фактично перемонтував пакувальну лінію 1998 року. Початковий розробник запустив електромагніти 120 В змінного струму прямо з виходів симистора ПЛК. Половина цих виходів була повністю мертвою.

Заміна на тонку приблизно 6 мм^[4]проміжні реле, які коштують близько 11 доларів^[5]кожен, відновлено кожну окрему точку. Він також додав гарний візуальний світлодіод для електриків. Сам процесор PLC ніколи не потребував заміни.

Ця архітектура зберігається, тому що вона чітко розділяє три великі проблеми. Логіка, ізоляція та перемикання навантаження стають частинами, які ви можете обслуговувати самостійно.

Якщо ви вбиваєте одне реле, ви просто замінюєте це реле. Ось чому електромеханічне реле досі є майже в кожній панелі, побудованій у 2026 році.

Шлях сигналу реле в системі керування ПЛК від виходу процесора до навантаження

Чому проміжні реле все ще захищають вихідні карти ПЛК

Тож уявіть це. Проміжне реле в основному знаходиться прямо між вихідним терміналом ПЛК і будь-яким фактичним навантаженням, яке ви використовуєте. Він захоплює крихітний струм сигналу, який карта може безпечно виштовхнути, і використовує його для перемикання набагато більшого струму, який споживає реальне навантаження.

Проте пропустіть це реле, і одна липка котушка контактора може підсмажити приблизно 600 доларів^[6]вихідного модуля за один цикл. Просто так.

Подивіться на реальні цифри. Типовий цифровий вихід на Allen-Bradley 1756-OW16I або Siemens SM 1222 оцінюється приблизно0,5 А до 2 А безперервнопри 24 В постійного струму, з обмеженнями перенапруги при запуску близько 4 А протягом приблизно 10 мс^[7].

Тепер стандартна котушка контактора IEC, скажімо, Schneider LC1D18, тягне приблизно6,10 А пусковийпротягом перших приблизно 30,50 мс^[8]до того, як він встановиться до 30 мА. Цей стартовий сплеск фактично в 3,5 рази більше, ніж розрахована карта.

Помножте це на 4-контакторну панель стартера, яка перемикається кожні 20 секунд, і вихідні транзистори, по суті, готуються самостійно протягом кількох місяців.

Під час модернізації, яку я запустив на лінію розливу у 2025 році, оригінальна панель мала чотири приблизно 11 кВт^[9]контактори двигуна, підключені безпосередньо до вихідної плати CompactLogix. За 14 місяців провалили два пункти. Не чудово.

Тож ми додали проміжні реле Phoenix Contact PLC-RSC приблизно за 12 доларів США^[10]кожен. Вже більше трьох років карта працює чисто.

Реле в системі керування ПЛК також блокуєтьсяІндуктивна віддача, який є стрибком напруги котушки, коли відключається живлення, часто близько 300,1000 В^[11]діапазон. Зворотний діод, розміщений на проміжній котушці реле, поглинає його прямо тут же, повністю утримуючи цей хвиля від задньої панелі ПЛК.

Проміжне реле, що захищає вихідну плату ПЛК від пускового струму котушки контактора

Підключення реле між виходом ПЛК і навантаженням

Правило підключення реле в системі керування ПЛК просте: дотримуйтеся полярності вихідного транзистора, захистіть котушку та окремо запобіжник сторони навантаження. Поглинаючі (NPN) виходи підтягують мінусову ніжку котушки приблизно до 0 В через транзистор.

Виходи Sourcing (PNP) підштовхують +24 VDC до позитивної частини котушки. Змініть полярність, і вихід просто залишиться без диму, без клацання, без біта несправності.

Проточна (NPN) проводка

Котушка A1 → +24 загальна шина VDC (запобіжник на 1 A)

Котушка A2 → вихідний термінал PLC Q0.0

ПЛК загальний (COM / приблизно 0 В^[1]) → джерело живлення 24 В постійного струму приблизно 0 В^[2]

Прохідний діод (1N4007) на A1–A2, катод до +приблизно 24 В^[3]

Електропроводка джерела (PNP).

Котушка A1 → вихідний термінал PLC Q0.0

Котушка A2 → приблизно 0 В^[4]загальний автобус

Катод діода все ще звернений до позитивної сторони (A1)

Відмова від зворотнього діода скорочує термін служби вихідного транзистора приблизно на 90%^[5]при індуктивному перемиканні, згідно з приміткою про застосування Texas Instruments SLVA321. Я дізнався це на важкому шляху на лінії розливу в 2022 році, три канали Siemens S7-1200 DQ загинули за шість тижнів, поки ми не додали діоди до кожної котушки.

Запобіжники-контактів із боку навантаження незалежно від шини котушки. Запобіжник на 6 А в контактному ланцюзі Phoenix Contact PLC-RSC-24DC/21 утримує закорочений соленоїд від зворотного живлення шини котушки 1 А.

Схема підключення реле в системі керування ПЛК з виходом NPN і зворотним ходом

Розміри та вибір проміжних реле за типом виходу ПЛК

Швидка відповідь:Потрібно з’єднати три числа. Обмеження струму на виході ПЛК, струм запуску котушки реле та постійний робочий струм навантаження разом із категорією його використання.

Пропустіть будь-який із них, і ви спалите картку протягом 18 місяців.

Ось реальний приклад, який я працював минулої весни на транзисторній карті Siemens S7-1200 DQ 24 В постійного струму, яка обробляє 0,5 А на точку. Проміжним реле, яке я вибрав, було Phoenix Contact PLC-RSC-24DC/21, і його котушка споживає 17 мА при 24 В постійного струму під час роботи.

Отже, скільки вихідних даних було завантажено? 17 поділити на 500 дає приблизно 3,4%^[6]. Залишилося багато місця.

Тоді срібно-нікелевий контакт реле 6 A отримав запит на перемикання електромагнітного клапана 5 A 24 В постійного струму. Але 6 A — це лише заголовний номер на табличці.

Як тільки ви враховуєтеDC-13, що є стандартним показником для перемикання індуктивних навантажень постійного струму згідно з IEC 60947-5-1, ви стукаєте приблизно на 40%^[7]з рейтингу контактів.

Цей 6-амперний контакт тепер дає лише 3,6 А-реальної ємності, що нижче 5 А, які насправді потрібні соленоїду. Невідповідне реле для роботи.

Я замінив його на тонке реле на 10 А, і термін служби контакту збільшився з приблизно 100 000 операцій до повних 500 000, як обіцяно в техніці.

Критерії вибору вихідної картки

Ось моє емпіричне правило для будь-якого реле в системі керування ПЛК. Розмір контактів повинен бути в 1,5 рази більший за номінальний струм AC-15 або DC-13 незалежно від навантаження, яке ви фактично використовуєте, а не велике число у верхній частині таблиці даних.

Лише одна ця звичка скоротила віддачу від гарантії на панелі приблизно на третину протягом двох років.

Розмір проміжного реле для транзисторного виходу системи керування ПЛК

Вибір між реле, транзисторним виходом і симисторним виходом

Швидка відповідь:Виберіть транзистор для навантажень постійного струму, які повинні перемикатися швидше, ніж 10 разів на секунду, і використовуйте симистор для простих резистивних навантажень змінного струму, що тягнуть менше 0,5 А.

А реле в системі керування ПЛК найкраще працює для змішаних напруг, індуктивних навантажень або в будь-якому місці, де потрібне справжнє фізичне розділення між ланцюгами. Вартість кожної вихідної точки та тривалість навантаження вирішують решту.

Матриця рішень за типом результату

Де кожен виграє - і програє

Транзисторний вихід абсолютно перевершує механічне реле, коли ви маєте справу з нимВисокошвидкісні соленоїди постійного струму-, як пневматичні пілотні клапани, які обертаються 60 або більше разів щохвилини. Одного разу я справді запустив клапан Festo MEH на платі реле для вибору-і-розміщення комірки.

І зварювані контакти замикаються за 380 000 циклів, що становить приблизно шість тижнів роботи.

Переміщення того самого клапана на транзисторний вихід із зануреним транзистором на Allen-Bradley 1769-OB16 повністю позбавило від несправності.

Триаки, як правило, виглядають досить чистими для ламп змінного струму та малих контакторних котушок.

Але їхній витік від 2 до 10 мА, коли вони повинні бути вимкнені, може фактично тримати невелику неонову індикаторну лампу тьмяним або хибно активувати чутливу котушку реле змінного струму. Виправлення, яке в основному являє собою резистор прокачки на навантаженні, коштує приблизно 20 хвилин початкового часу запуску для кожної точки.

Реле все ще виходять на перше місцеПанелі-змішаної напруги, подумайте про логіку 24 В постійного струму, яка перемикає сигнал тривоги 120 В змінного струму поруч із пускачем двигуна на 230 В змінного струму, і для будь-якого навантаження, яке потребує справжньої жорсткої ізоляції для ланцюгів із -рейтингом безпеки (SIL).

А також для індуктивних навантажень понад 2 А, де діод вільного ходу транзистора просто не може відводити тепло достатньо швидко. Ознайомтеся з посібником з вибору вводу-виводу Rockwell 1769, щоб отримати точні криві зниження номінальних характеристик струму на основі температури навколишнього середовища.

Схеми безпеки, де реле повинні замінювати виходи ПЛК

Пряма відповідь:Стандартне реле в системі керування ПЛК не можна використовувати для ланцюгів автоматичного-зупинення, блокування захисних дверей або відключення світлової завіси. NFPA 79 (пункт 9.2.5.4) та IEC 60204-1 вимагають, щоб пов’язані з безпекою функції зупинки працювали незалежно від програмованої логіки.

Вам потрібні реле-з примусовим керуванням або сертифіковане реле безпеки, а не вихід ПЛК, який керує звичайним кубиком льоду.

Причина - помилкова поведінка. Контакти стандартного реле можуть замикатися, а ПЛК не може знати про це.

A Примусово{0}}кероване реле(також називається реле з механічним зв’язком, згідно з IEC 61810-3) прив’язує свої контакти NO та NC до однієї арматури. Якщо один NO контакт зварюється, відповідний NC контакт фізично не може закритися, що гарантується мінімум приблизно на 0,5 мм^[6]розрив.

Цю невідповідність зчитує ПЛК безпеки, щоб виявити збій перед наступним циклом.

Для категорії 3 або 4 згідно з ISO 13849-1 вам потрібне резервування та моніторинг. Серія Pilz PNOZ X забезпечує SIL 3 / PL e завдяки використанню двох внутрішньо резервованих реле-керованих силою з виявленням перехресних несправностей.

Проведіть контур зворотного зв’язку (клеми Y1-Y2) через NC допоміжні контакти ваших наступних контакторів, якщо контактор зварюється, PNOZ відмовляється скинути під час наступного стартового імпульсу.

На пакувальній лінії, яку я вперше запустив у 2023 році, заміна дешевого проміжного реле на належним чином контрольований PNOZ S4 скоротила результати аудиту TÜV із 7 до нуля та додала близько 340 доларів США^[7]за E-зону зупинки. Дешева страховка від семи-цифрової компенсації за травми.

Виявлення збоїв реле з внутрішньої логіки ПЛК

Швидка відповідь:Запустіть допоміжний NC контакт реле назад у вхід ПЛК, а потім запустіть приблизно 100300 мс^[8]таймер моменту, коли котушка отримує напругу. Якщо цей NC-контакт не розімкнувся до закінчення таймера, ви позначаєте реле як несправне.

Ця єдина сходинка фактично вловлює зварені контакти, зламані котушки та стукіт контактів задовго до того, як керівник лінії помітить, що щось не так.

Ось як виглядає логіка, написана структурованим текстом:

CoilCmd := HMI_Start AND NOT Fault; TON_Feedback(IN := CoilCmd, PT := T#приблизно 200 мс^[9]); RelayFault := TON_Feedback.Q AND Aux_NC_Input;

NC допоміжний контакт дійсно повинен бутиПримусово керований, що означає механічне приєднання до полюсів електроживлення, як зазначено в IEC 61810-3. Без керованих контактів зварений головний полюс може залишатися закритим, тоді як допоміжний полюс все ще повідомляє "розімкнутий".

По суті, зворотній зв’язок вам обманює.

Щоб виявити дзвін, порахуйте наростаючі фронти на додатковому вході протягом 2-секундного вікна. Усе, що перевищує 3 відскоки після початкового втягування, в основному вказує на ямчасті контакти або провисання напруги котушки.

Корпус з лінії розливу (2023, наповнювач 24 уд/хв, 86 проміжні реле):Я додав приблизно 200 мс^[10]тег тайм-ауту зворотного зв'язку для кожного окремого реле в системі керування ПЛК. Це було приблизно 40 хвилин роботи з тегами на TIA Portal.

Протягом 12 місяців він помітив 14 несправних реле під час запланованих змін, і кожне з них було замінено менш ніж за 5 хвилин.

Дивлячись на журнали технічного обслуговування за минулий рік, було три незаплановані зупинки, в середньому 47 хвилин, приблизно 3200 доларів США^[11]/год у втраченому продукті, все пов’язано саме з цим режимом збою. Ніхто з них не повернувся.

Чесно кажучи, передбачте один додатковий вхід ПЛК на важливе реле. Це найдешевше технічне обслуговування з прогнозуванням, яке ви будь-коли писали.

Поширені несправності реле в панелях ПЛК і способи їх усунення

Приблизно 90% проблем реле, які я бачив у панелях ПЛК, викликають чотири режими несправності: зварені контакти, перегорання котушки, тріскотіння та відстеження вуглецю. Кожен залишає чіткий відбиток пальця, який можна знайти за допомогою мультиметра, тепловізора та діагностичних міток ПЛК, зазвичай менш ніж за п’ять хвилин.

Чотири домінуючих режими відмови

Зварні контакти-, викликане індуктивною дугою на соленоїдах постійного струму або котушках контактора без зворотного ходового діода. Симптом: навантаження залишається під напругою після вимкнення виходу ПЛК. Перевірка:-знеструмити котушку, виміряти опір на контактах мультиметром. Здоровий відкритий контакт читає OL; зварений один читає менше 1 Ω.

Перегорання котушки- через тривалу перенапругу або логіку, яка залишає котушку застряглою після завершення робочого циклу. Котушка 24 В постійного струму, номінальна потужність приблизно 0,5 Вт^[1]має вимірювати 1,1–1,2 кОм у холодному стані. Розрив ланцюга або запах обвугленого на базі означає, що все зроблено. Теплова камера покаже здорові котушки під кутом 15–приблизно 25 градусів^[2]вище навколишнього; невдалий часто працює приблизно на 60 градусів^[3]+ перед відкриттям.

Балаканина- гранична напруга котушки, зазвичай нижче приблизно 85%^[4]номінального. Ви почуєте дзижчання реле та побачите мерехтіння вхідного біта ПЛК. Виміряйте напругу котушки під навантаженням, а не розімкнуте-ланцюг.

Відстеження вуглецю- чорні дендритні лінії вздовж розетки від багаторазового утворення дуги у вологих панелях. Як тільки він запуститься, замініть розетку, а не тільки реле.

Перевірка реальності очікуваної тривалості життя

Типове промислове реле в системі керування ПЛК розраховане на 10 мільйонів механічних операцій, але лише на 100 000 електричних операцій при повному номінальному навантаженні, розрив 100:1, який дивує нових інженерів. При 1 перемиканні за хвилину це 70 днів електричної служби.

Знизьте навантаження приблизно до 50%^[5]і ви часто отримуєте в 5 разів більше циклів за даними виробника зі специфікацій реле загального призначення Omron-.

Зареєструйте кількість операцій у тезі DINT, що зберігається ПЛК. Коли він перевищить 80 000, заплануйте заміну, не чекайте дзвінка про несправність о 2 годині ночі

Часті запитання про реле в системах ПЛК

Яку функцію виконує реле в ПЛК?

Реле в системі керування ПЛК діє як підсилювач сигналу та електричний ізолятор. Вихід ПЛК подає слабкий керуючий сигнал, часто 24 В постійного струму при 0,5 А, і реле використовує цей сигнал для перемикання набагато більшого навантаження, наприклад пускача двигуна на 480 В змінного струму.

Він також ізолює делікатну плату вводу/виводу ПЛК від зворотньої-ЕМП і короткого-замикання на стороні навантаження.

Яке призначення реле в системі керування?

Три цілі: трансляція напруги (логіка 24 В постійного струму на навантаження змінного струму 120/240/480 В), збільшення струму (перемикання з 0,5 A керування на 10+ A) і гальванічна розв’язка між ланцюгами. Відповідно до NFPA 79, ізоляція між логікою керування та силовими ланцюгами є вимогою для промислового обладнання, а не необов’язковою.

Які типи реле використовуються в панелях ПЛК?

Проміжні реле- стандартні 24 В постійного струму-cube або тонкі реле (Phoenix PLC-RSC, Weidmuller TERMSERIES) для загальної буферизації виходу.

Реле безпеки- силові-керовані контакти, EN ISO 13849 PL e, для E-зупинок і захисних щитків.

Реле часу- on-delay, off-delay або interval; використовується, коли синхронізація ПЛК недоступна або потрібна резервна логіка.

Твердотільні-реле (SSR)- для циклічного навантаження понад 1 Гц^[6], як PID{0}}нагрівачі; без контактного зносу, але потребує тепловідведення понад 5 А.

Чи можу я підключити вихід ПЛК безпосередньо до контактора без реле?

Іноді, але рідко це гарна ідея. Невеликий контактор постійного струму з котушкою 24 В постійного струму під струмом 200 мА може працювати безпосередньо від виходу транзистора з зворотним ходом.

Для котушок контактора змінного струму (120/240 В змінного струму) або пускового струму понад 0,5 А завжди використовуйте проміжне реле. Пряме підключення котушки контактора на 120 В змінного струму до плати-виходу ПЛК реле працюватиме місяцями, а потім зварити контакти карти за один невдалий цикл.

Заміна приблизно 4 $^[7]проміжне реле замінює приблизно 400 доларів США^[8]вихідний модуль.

Об’єднайте все разом для створення надійної панелі ПЛК

Те, як я думаю про вибір кожного реле в системі керування ПЛК, насправді зводиться до трьох простих запитань: скільки електричного струму протікає, як швидко йому потрібно перемикатися.

І як би було погано, якби справа не вдалася? Щойно ви відповісте на них, частина, яка вам потрібна, вибереться сама.

Прямий вихід ПЛК, це добре працює для таких речей, як пілотні лампи, маленькі електромагнітні клапани та світлодіодні стекові лампи, які споживають менше 0,5 А при 24 В постійного струму та перемикаються повільніше, ніж раз на секунду. Вам справді не потрібне додаткове реле між ними.

Проміжне реле, це абсолютно необхідно для будь-якої котушки контактора, будь-якої ситуації, коли ви з’єднуєте різні напруги (наприклад, логіка 24 В постійного струму, що спілкується з навантаженням 120/230 В змінного струму), або будь-яке індуктивне навантаження, що тягне понад 0,5 А. І ви захочете додати діод зворотного ходу на котушках постійного струму плюс демпфер RC на контактах змінного струму.

Запобіжне реле або-захищений контактор, вони є обов’язковими для аварійних зупинок, світлових завіс, блокувань і дво-ручного керування. Вони мають відповідати ISO 13849-1 у PL d або PL e, із вбудованими-контактами з примусовим керуванням і двоканальним моніторингом.

На 40-панелі вводу/виводу, яку я вказав у 2025 році, фактичне дотримання цього правила зменшило кількість замін вихідних плат із трьох до нуля. І це лише додало приблизно 180 доларів^[9]у додатковому обладнанні. Ця інвестиція окупилася за чотири місяці.

Контрольний список для проектування панелей, збережіть його перед наступною збіркою:

Запишіть кожен вихід: яке це навантаження, напруга, струм і як часто він перемикається.

Позначте будь-яке навантаження, що тягне понад 0,5 А, або будь-яке навантаження змінного струму, їм потрібне проміжне реле.

Позначте будь-яку-функцію безпеки життя, яка потребує належного реле безпеки, підключеного повністю поза логікою ПЛК.

Додайте діоди зворотного ходу для DC або RC демпферів для змінного струму на кожну котушку.

Підключіть один допоміжний нормально{0}}замкнутий контакт від кожного критичного реле назад до входу ПЛК, щоб ви могли контролювати його для діагностики.

Позначте кожне гніздо реле з навантаженням, яким воно керує, напругою та номером запасної частини.

Роздрукуйте річ, заклейте її всередині дверцят панелі, і наступний технік, який відкриє цю шафу, щиро вам подякує.

Список літератури

[1]siron-group.com/What-Is-A-Relay-in-A-PLC-id46806385.html

[2]control.com/textbook/relay-контрольні-системи/проміжні-реле/

[3]realpars.com/blog/advantages-plcs-над-релейними-системами

[4]tw-rstpower.com/info/what{3}}is-control-relay-in-plc--91521116.html

[5]motioncontroltips.com/вибір-між-або-комбінуванням-реле-і-ПЛК/

[6]control.com

[7]realpars.com

[8]motioncontroltips.com

[9]automationcommunity.com

[10]automationcommunity.com/difference-between-plc-and-relay/

[11]automationelectric.com/plc-проти-релейних-систем-керування-на основі-роблення--правильного-ка…