Najczęściej zadawane pytania, Tutoriale

PLC a wyjścia przekaźnikowe i tranzystorowe. Które wybrać?

Cześć! Nazywam się Marcin Faszczewski i około 5 lat temu założyłem blog iAutomatyka.pl, który dzisiaj jest już dość sporym portalem informacyjnym i niezłą skarbnicą wiedzy. Idea narodziła się w mojej głowie jeszcze wcześniej. Byłem wkurzony, że po studiach niewiele wiedziałem z prawdziwego świata automatyki i już wtedy postanowiłem dzielić się na bieżąco nabytą wiedzą z innymi. Wraz ze wspólnikiem Rafałem Kupińskim, do dzisiaj wypełniam naszą misję, angażując w to nasz zespół a także ekspertów z branży.

Kolejnym krokiem było powstanie tej strony: platformy online do edukacji z Automatyki Przemysłowej, którą rozwijamy z pasją i radością, gdyż wciąż dajecie nam znać, że idzie to w dobrym kierunku.

Dzisiaj chciałbym się podzielić pewnym tematem i odpowiedzieć na pytanie, które długo sobie zadawałem. Miłej lektury 🙂


Jako młody programista PLC często zadawałem sobie pytanie dobierając sterownik PLC:

Jakie wyjścia wybrać w sterowniku PLC? Przekaźnikowe i tranzystorowe?

Niby wiedziałem, jakie są różnice, ale czy na pewno w danym przypadku wybór był optymalny? Czy jak wybrałem wyjścia przekaźnikowe, to nie lepsze by były w tym przypadku wyjścia tranzystorowe? Czy na pewno dobrze rozumiem te różnice?

Później wraz z doświadczeniem i otrzymaniem porad od starszych programistów utrwaliłem sobie tę wiedzę i już nie miałem wątpliwości.

Pozwól, że podzielę się tym z Tobą. Będę bazował na sterownikach PLC Siemens serii S7-1200, ponieważ na stanie mam dwie jednostki z takimi i takimi wyjściami.

Jakie są różnice pomiędzy wyjściami przekaźnikowymi a tranzystorowymi?

Zacznijmy od rzeczy trywialnej, a mianowicie od tego, jakie są różnice pod maską sterowników. Mam ze sobą dwa sterowniki S7-1200:

  • CPU 1211C DC/DC/DC – 4 wyjścia cyfrowe
  • CPU 1214C DC/DC/RLY – 10 wyjść cyfrowych

Rodzaj wyjść rozpoznajemy w oznaczeniu po ostatnich literach. Pierwszy sterownik “DC” zawiera wyjścia tranzystorowe, drugi “RLY” wyjścia przekaźnikowe.

Rozebrałem oba sterowniki, abyś zobaczył na początku różnice w budowie.

Podstawowa różnica więc to rodzaj zastosowanej elektroniki. Jak sama nazwa wskazuje, wyjścia w sterowniku DC są załączane przez tranzystory, a w sterowniku RLY przez przekaźniki.

Ok, ten akapit był dla początkujących i tych, co pod maskę S7-mek nie zaglądali.
Przejdźmy do konkretów.

Działanie wyjść DC i RLY.

Jak widziałeś z fotografii, w sterowniku  RLY wlutowane w płytkę są “zwykłe” przekaźniki jednopolowe. Podobne można znaleźć na podstawkach Findera czy Relpola i ich zasada działania jest analogiczna. Jeśli na zakończenie analizowania kodu programu przez PLC, ten dostanie rozkaz załączenia wyjścia DQ 1.3, to najzwyczajniej w świecie poda napięcie na zasilanie cewki przekaźnika .3. Cewka natomiast przełączy styk i nastąpi przekazanie napięcia np. z zacisku 1L na .3.

W sterowniku DC, tranzystorowym, jest analogicznie. Różnica polega na tym, że nie mamy cewki, tylko tranzystor na każde wyjście osobno. Tutaj nad elektroniką nie będę się rozpisywał, bo jest na ten temat przeogromna ilość materiałów.

Opiszę to obrazowo. “Zasilając” bazę tranzystora, następuje przewodzenie na “stykach”.

Więc na co zwracać uwagę przy wyborze? Krótkie porównanie. 

Główne różnice są w zasadzie trzy:

  1. Różnica w napięciu na stykach.
  2. Różnica w dopuszczalnym prądzie przewodzenia.
  3. Różnica w dopuszczalnej częstotliwości załączania.

Zacznijmy od punktu pierwszego.

Jak ściągniesz podręcznik ze strony Siemens. To na 300 stronie znajdziesz tabelę z porównaniem specyfikacji technicznej.

  • Wyjścia przekaźnikowe mogą zasilać podłączone urządzenia na napięcie zarówno DC jak i AC. Będzie to odpowiednio zakres 5..30 VDC oraz 5..250 VAC.
  • Wyjścia tranzystorowe nie mają takiej możliwości, mogą zasilać urządzenia tylko DC i w zakresie 20,4…28,8 VDC.

Punkt drugi.

Wyjścia przekaźnikowe mogą przewodzić większy prąd – do 2 A. Tranzystorowe tylko zaledwie 0,5 A.

Punkt trzeci.

Możesz pomyśleć, że sprawa jest oczywista. Lepsze są wyjścia przekaźnikowe. Otóż nie zawsze. W przypadku częstotliwości załączania wygrywają wyjścia tranzystorowe i to bardzo.

Wyjścia przekaźnikowe nie powinniśmy załączać częściej niż 1 Hz (raz na sekundę). Być może spotkałeś się z przypadkiem, gdy wyjście przekaźnikowe załączałeś bardzo często. Powiedzmy 20 Hz i sterownik PLC po przejściu w RUN zaczął po prostu brzęczeć. To wynik zbyt częstej pracy przekaźnika, który za każdym przełączeniem wydaje dźwięk przez zwarcie miedzianych styków.

Wyjście tranzystorowe możemy rozpędzić nawet do 100 kHz i nic mu stać się nie powinno.

Co więcej!?

Należy jeszcze zwrócić uwagę na żywotność. Przekaźniki mają ograniczoną liczbę sprawnego załączenia i wyłączenia. Siemens, podaje 10 mln cykli załącz/wyłącz, ale… bez obciążenia. Gdy styki są obciążone np. 2A to może zmniejszyć żywotność przekaźnika. Przy nominalnym obciążeniu Siemens podaje trwałość wyjścia przekaźnikowego, jako 100 000 cykli załącz/wyłącz. Pamiętaj, że styki mogą się też skleić i przekaźnik przestanie pełnić swoją funkcję.

Przy wyjściu tranzystorowym w tabeli nawet nie ma ograniczenia. Jeśli nie spieprzymy czegoś przy instalacji, czy też nie będzie zdarzenia typu zwarcie lub za duże obciążenie, to wyjście tranzystorowe powinno działać i działać.

To są główne cechy i różnice, na które należy zwrócić uwagę. Przy bardziej wymagających układach można rozpatrywać więcej szczegółów jak prąd upływu czy opóźnienie załączenia wyjścia (DC w mikrosekundach, RLY w milisekundach).

Co w związku powyższym? Przejdźmy do meritum!


Kiedy stosujemy wyjścia przekaźnikowe, a kiedy tranzystorowe?

Wyjścia tranzystorowe stosujemy wtedy gdy:

  • Częstotliwość załączania jest wysoka, np. musimy często spowodować miganie lampki, sterujemy czymś impulsowo PTO itp.
  • Zasilane urządzenia nie przekraczają 0,5A, np. cewka mniejszego stycznika, przekazanie sygnału cyfrowego do innego urządzenia, załączenie diody led lub żarówki poniżej 0,5A.
  • Wszystkie odbiorniki wyjścia są na 24VDC.

Wyjścia przekaźnikowe stosujemy wtedy gdy:

  • 0,5A to za mało, potrzebujemy co najmniej 2A na wyjściu. Np. większy stycznik, cewka elektrozaworu, żarówka.
  • Nie potrzebujemy załączać zbyt często urządzeń.

OK! Które więc wybrać?

Wyjścia przekaźnikowe wybierałbym, kiedy nie potrzebuję często załączać urządzeń ORAZ ściśle patrzyłbym na koszt całego układu i liczyłbym każdy grosz.
Wyjścia tranzystorowe – wybierałbym w zasadzie w każdym innym przypadku.

Dlaczego? O tym poniżej!

„Uniwersalna” metoda jest następująca. Zazwyczaj wybieram wyjścia tranzystorowe z uwagi na możliwość częstszego załączania. Jeśli zależy mi na większym obciążeniu (nawet powyżej 2A), to do wyjścia tranzystorowego podłączam przekaźnik lub mały stycznik. Dzięki temu, przy zastosowaniu odpowiedniego przekaźnika, nie tylko zwiększam maksymalny prąd załączenia kolejnego odbiornika (na tyle ile pozwala dany przekaźnik). Dodatkowo zyskuję rozgałęzienie jednego wyjścia cyfrowego na więcej pól.

 

Mówiąc wprost, jeśli do jednego wyjścia tranzystorowego podłączę cewkę przekaźnika 4 polowego, to jednym wyjściem przełączam jednocześnie 4 niezależne styki przekaźnika. Mogę na każdy ze styków tego przekaźnika podłączyć inne napięcie.

To nie wszystko, zyskujemy w ten sposób dodatkowe odseparowanie pomiędzy sterownikiem a urządzeniem większej mocy. Jeśli w układzie powstanie np. zwarcie i przez styki przepłynie za duży prąd. To uszkodzeniu ulegnie przekaźnik pośredniczący, a nie przekaźnik/tranzystor w sterowniku PLC.

Tak naprawdę jest to bardzo popularna i powszechnie stosowana metoda ;).

Co w przypadku kiedy mamy sterownik RLY, a chcemy szybciej załączać wyjścia? 

W takim wypadku możesz do tego sterownika dołożyć płytkę sygnałową lub kolejne moduły z wyjściami tranzystorowymi.

Co jest jeszcze ważne!?

W obu przypadkach zawsze zabezpieczam “zasilanie” wyjść np. bezpiecznikiem topikowym w specjalnej złączce WAGO, Phoenix Contact czy Weidmuller. W ten sposób, jeśli z powodu mojego błędu lub przyczyn losowych, na wyjściu pojawiłby się przeciążenie, to pierwszy powinien przepalić się bezpiecznik za kilka groszy, a nie sterownik za kilka stów. Według mnie to dobra praktyka. Podobnie zabezpieczam zasilanie wszystkich czujników.

Tłumaczę to od 5:19 w filmie, który nagrałem w 2016 roku 🙂

Chcesz więcej takich artykułów?

Wysyłam sekwencję takich artykułów bezpośrednio na e-mail, już do ponad 1500 osób. Jeśli chcesz dołączyć do listy, to zapisz się poniżej: