Współczesne maszyny produkcyjne są wyposażone w szereg elementów zabezpieczających. Obejmują one tradycyjne wyłączniki awaryjne, wyłączniki drzwiowe, fotokomórki i skanery laserowe służące do monitorowania określonych obszarów urządzenia. Przeważnie każdy czujnik jest monitorowany przez przekaźnik bezpieczeństwa. Przekaźniki bezpieczeństwa są stosowane w celu zapewnienia zgodności z wymaganiami dyrektywy maszynowej, związanymi z obwodami bezpiecznego zatrzymania maszyn. Bez przekaźnika bezpieczeństwa nie ma możliwości sprawdzenia, czy nie ma zwarć w okablowaniu, czy wyłączniki bezpieczeństwa i przyciski wyłączenia awaryjnego działają prawidłowo oraz czy styczniki rzeczywiście odcinają zasilanie, co mogłoby doprowadzić do niebezpiecznych sytuacji. Działanie programowalnych sterowników bezpieczeństwa nie odbiega od zadań realizowanych przez zwykły przekaźnik bezpieczeństwa, jednak aby uzyskać takie same zdolności funkcjonalne, jakie ma jeden programowalny sterownik bezpieczeństwa, konieczne jest zastosowanie większej liczby zwykłych przekaźników bezpieczeństwa, przekaźników czasowych, modułów wejściowych i wyjściowych oraz modułów komunikacyjnych itp., co skutkuje m.in. skomplikowaniem okablowania.

Jak to działa

Przekaźniki programowalne to niewielkie urządzenia łączeniowo-sterujące przeznaczone do realizacji prostych zadań z zakresu automatyki. Sterowanie procesami jest oparte o program sterujący wprowadzony do pamięci przekaźnika, który może być w zależności od zmieniających się warunków zewnętrznych wielokrotnie zmieniany i modyfikowany. Przekaźniki programowalne, nazywane również przekaźnikami inteligentnymi bądź logicznymi, wywodzą się z klasycznych sterowników przemysłowych, zwanych sterownikami PLC (Programmable Logic Controllers) i – co ciekawe – dzięki coraz większym możliwościom i modułowej budowie (za pomocą odpowiednich styków do podstawowego sterownika dołącza się różne moduły rozszerzeń wejść i wyjść), mogą je dziś, w niektórych aplikacjach automatyki, z powodzeniem zastąpić.

Standardowy przekaźnik programowalny składa się z trzech członów: modułów wejściowych, jednostki centralnej i modułów wyjścia. W skład modułów wejściowych wchodzą cyfrowe oraz analogowe wejścia, do których podłącza się sygnały z czujników, styków, zadajników oraz innych urządzeń, których rolą jest wprowadzenie do przekaźnika tych sygnałów, aby na ich postawie realizować wprowadzony program. Jednostka centralna zajmuje się wykonaniem zapisanego w pamięci algorytmu sterowania, w oparciu o dane odczytane przez moduły wejściowe. Wyniki obliczeń w postaci sygnałów sterujących są następnie przekazywane do modułów wyjściowych, których zadaniem jest przekazanie ich do odpowiednich urządzeń wykonawczych podłączonych do wyjść przekaźnika. Przekaźniki programowalne są zwykle wyposażone w wyjścia cyfrowe (przekaźnikowe lub tranzystorowe), a niektóre dodatkowo również w wyjścia analogowe.

W systemie siła

Oprócz podstawowych elementów, które zawiera każdy przekaźnik programowalny, urządzenia te mogą być wyposażone w szereg dodatkowych elementów: wyświetlacz, dodatkowe złącza, przyciski czy też wskaźniki stanu pracy. Z powodu niewielkiej liczby wejść/ wyjść, jakimi dysponuje pojedynczy przekaźnik, producenci oferują także moduły rozszerzeń pozwalające zwiększyć możliwości całego układu. Oczywiście dodatkowe wyposażenie przekaźników inteligentnych jest opcjonalne i zależy od wymagań użytkownika.

Firma Moeller dla przykładu oferuje popularną serię programowanych przekaźników o nazwie easy. Modele tej serii tworzą spójny system, ze zunifikowanym oprogramowaniem, funkcjami i akcesoriami, który może być stosowany także do sterowania prostymi maszynami. Moduły z serii easy zawierają wbudowaną platformę programową zgodną z wymaganiami normy EN61131-3, a dodatkowo pełnią funkcję interfejsu do sieci Ethernet i CANopen, a więc zostały wyposażone w elementy zaawansowanej automatyki. Aby zmaksymalizować możliwości programowania przekaźnika, dołączono do rodziny easy możliwość korzystania z systemu programowania CoDeSys firmy 3S. Programowanie jest możliwe w tym systemie tekstowo: listą instrukcji (IL) lub tekstem strukturalnym (ST) i graficznie: za pomocą programowych funkcji sekwencyjnych (SFC), bloków funkcyjnych (FDB), schematu drabinkowego (LD) lub funkcji ciągłych (CFC). Platforma CoDeSys pozwala na dołączanie biblioteki bloków funkcyjnych, wykrywanie błędów w trybie online i monitorowanie. Możliwa jest także symulacja działania programu i wizualizacja. W wyższych modelach serii easy, zastosowano tak zaawansowane funkcje, jak zliczanie impulsów dużej częstotliwości, pomiar częstotliwości i odczyt z enkoderów, wykonywanie obliczeń, archiwizacja danych i komunikacja sieciowa. Rodzina zawiera obecnie przekaźniki easy500, 700, 800 i MFD-Titan oraz cały szereg rozszerzeń w skład których wchodzą m.in.: wyświetlacz, moduł sprzęgający, moduł procesora, moduł wejść/wyjść i komunikacji do współpracy z sieciami nadrzędnymi.

Dużą popularnością na rynku cieszą się przekaźniki firmy Siemens z serii LOGO!, która doczekała się już ósmej generacji. LOGO! 8 to już rozwinięty miniaturowy system automatyki, który charakteryzuje się uproszczoną obsługą i konfiguracją komunikacji sieci Ethernet. Dodatkowym atutem LOGO!8 jest wbudowany Web server, pozwalający na monitorowanie i sterowanie modułami LOGO! przez sieć WLAN i Internet. Dedykowany moduł GSM/GPS pozwala na zdalną komunikację przez sieć komórkową, co zwiększa zakres zastosowania przekaźnika – LOGO!8 można używać za pomocą smartphona, tableta lub komputera PC. Moduł komunikacyjny CRM2020 może wymieniać dane z LOGO! 8, wysyłać wiadomości tekstowe, rozpoznawać i wprowadzać do LOGO! 8 rozkazy z odebranej wiadomości SMS, może również synchronizować się z czasem lokalnym na całym świecie. Zastosowanie inteligentnych sterowników LOGO! pozwala na optymalizację czasu projektowania oraz uruchamiania instalacji. Ważną zaletą sterowników LOGO! jest łatwość programowania. Interfejs użytkownika pozwala w dowolny sposób łączyć gotowe bloki funkcyjne między sobą, tworząc w ten sposób program. Oprogramowanie posiada także wbudowaną funkcję tworzenia dokumentacji powykonawczej projektu, a wbudowany symulator pozwala sprawdzić poprawność przygotowanego programu.

Dobra alternatywa dla PLC

Rozwój przekaźników jest zgodny z oczekiwaniami użytkowników – będą coraz mniejsze, prostsze w programowaniu, wyposażone w coraz większą ilość pamięci, oferujące większe możliwości rozbudowy o dodatkowe moduły. Najistotniejsze zmiany dotyczą oczywiście standardów komunikacyjnych – obsługa WiFi czy Bluetooth, obsługa sieci Ethernet, zdalne sterowanie i diagnostyka za pomocą urządzeń przenośnych jest dziś już niemal na porządku dziennym. Stąd też dzięki swojej charakterystyce przekaźniki programowalne mogą być tańszą i prostszą alternatywą dla sterowników PLC.

Choć automatyka oparta na przekaźnikach programowalnych oferuje mniejsze możliwości systemu i jego skalowalności, to jednak w wielu mniej rozbudowanych aplikacjach takie rozwiązanie może okazać się wystarczające – jest to dobre rozwiązanie zarówno pod względem technicznym, jak i finansowym. Możliwość rozbudowy systemu o dodatkowe moduły pozwala bowiem na stworzenie aplikacji doskonale dopasowanej do konkretnych wymagań sprzętowych i programowych.