В системах промышленной автоматизации и электрического управления реле играют ключевую роль в переключении цепей, защите оборудования и обеспечении безопасности эксплуатации. Будь то компактный панельный контроллер или центр управления мощными электродвигателями, реле составляют основу электрических систем автоматизации.

В этой статье рассматривается что такое реле, как оно работает и основные типы промышленных реле , используемых в системах заводской автоматизации и управления.

Что такое реле в электротехнике и промышленной автоматизации?

Реле — это электромеханическое или электронное устройство , которое открывает или закрывает цепь под воздействием управляющего сигнала. Оно позволяет одной цепи управлять другой, часто с другим уровнем напряжения или тока. На практике реле выступают в роли электрических переключателей , автоматически регулирующих ток в панелях автоматизации, силовых цепях и системах безопасности. Когда на входную катушку подается напряжение, реле меняет положение контактов, замыкая или размыкая цепь.

Современные реле рассчитаны на работу как с низковольтными сигналами, так и с высокими токами в системах ПЛК, ДСУ и заводской автоматизации .

Основной принцип работы реле

Типичное реле имеет пять выводов — положительное питание, отрицательное питание, общий выход, нормально разомкнутый (НР) и нормально замкнутый (НЗ). Когда катушка реле не возбуждена, выводы общий и НЗ остаются соединёнными. При подаче питания катушка возбуждается, и общий вывод переключается на НР контакт. Это переключение происходит автоматически и занимает доли секунды.

Этот механизм обеспечивает безопасное электрическое разделение между управляющими и нагрузочными цепями, защищая чувствительные приборы от перенапряжений.

Основные типы промышленных реле

В промышленной автоматизации применяются различные типы реле в зависимости от логики управления, требований безопасности и условий эксплуатации. Наиболее распространённые типы:

• Электромеханическое реле

• Реле перегрузки

• Реле времени

• Твердотельное реле

• Фиксирующее реле

• Реле безопасности

• Реле утечки на землю

Рассмотрим каждый тип подробнее.

Электромеханическое реле (ЭМР)

Электромеханические реле — традиционные реле, основанные на магнитной индукции. При прохождении тока через катушку создаётся магнитное поле, которое притягивает якорь и меняет положение контактов. Они экономичны и широко применяются в промышленных щитах управления, пускателях двигателей и осветительных системах. Однако частое переключение вызывает искрение и износ контактов, что сокращает срок службы реле. Поэтому ЭМР лучше использовать при низкой и средней частоте переключений.

Реле перегрузки

Реле перегрузки защищают электродвигатели и оборудование от длительных перегрузок по току. В отличие от обычных реле, реагирующих на напряжение, реле перегрузки реагируют на тепло, выделяемое избыточным током. При превышении заданной температуры реле размыкает цепь, предотвращая повреждение оборудования. Операторы могут вручную сбросить реле после остывания системы. Эти реле необходимы в цепях управления двигателями, щитах управления электродвигателями и тяжёлой технике.

Реле времени

 Реле времени включают функцию задержки переключения цепи при включении (задержка включения) или выключении (задержка отключения). Реле времени часто применяются в управлении последовательностью, конвейерных системах и синхронизации запуска. Они помогают управлять работой машин в заданном порядке, повышая точность автоматизации. Реле времени могут быть механическими или цифровыми, обеспечивая гибкое управление временными процессами.

Твердотельное реле (ТТР)

Твердотельные реле заменяют механические контакты полупроводниковыми ключами. Благодаря этому они работают бесшумно и переключаются гораздо быстрее, чем ЭМР. ТТР подходят для задач, требующих быстрого переключения и минимального обслуживания, например, в терморегуляторах или упаковочных машинах. Однако они выделяют больше тепла и требуют эффективного охлаждения для долгой службы. При правильном проектировании ТТР обеспечивают высокую надёжность в современных промышленных системах управления.

Фиксирующее реле

 Фиксирующее реле сохраняет своё состояние даже при отключении питания. Оно работает по принципу катушки установки/сброса в логике ПЛК — после возбуждения остаётся зафиксированным до подачи обратного импульса. Этот тип снижает энергопотребление и полезен в энергоэффективных или системах с памятью, например, в охранных цепях или аварийном освещении.

Реле безопасности

Реле безопасности являются важными элементами в системах безопасности машин и аварийной остановки. Они постоянно контролируют входы и обнаруживают неисправности, такие как отказ контактов, короткие замыкания или обрывы проводов. При обнаружении неисправности реле безопасности немедленно размыкает цепь, предотвращая опасные ситуации. Инженеры используют стандарты, такие как ISO 12100 и IEC 62061 для оценки рисков и выбора подходящего реле безопасности. Типичные области применения — роботизированные ячейки, прессовое оборудование и зоны безопасности конвейеров.

Реле утечки на землю

 Реле утечки на землю обнаруживает ток утечки между проводниками и землёй. При возникновении аномальной утечки реле отключает цепь, предотвращая повреждение оборудования и защищая людей от поражения электрическим током. Реле утечки широко применяются в распределительных сетях, технологических производствах и подстанциях для повышения электрической безопасности и соответствия промышленным нормам.

Совет специалиста: выбор реле для вашего применения

Выбор реле зависит от напряжения системы, типа нагрузки, частоты переключений и требований безопасности.

• Используйте ЭМР для общего управления и низкой частоты переключений.

• Выбирайте ТТР для быстрого и бесшумного переключения.

• Применяйте реле безопасности для систем с требованиями уровня безопасности SIL.

• Используйте реле перегрузки в цепях двигателей для защиты от перегрева.

Кроме того, сочетание логики реле с управлением на базе ПЛК повышает гибкость, диагностику и удалённый контроль — что соответствует принципам Индустрии 4.0 .

Практические сценарии применения

Сценарий 1 – Система защиты двигателя: На заводе используют реле перегрузки и реле безопасности для защиты трёхфазных асинхронных двигателей от перегрева и коротких замыканий.
Сценарий 2 – Автоматизация конвейерной системы: Реле времени управляют задержками последовательности между конвейерными лентами, обеспечивая плавную передачу материалов.
Сценарий 3 – Печи с температурным контролем: Твердотельные реле управляют нагревателями с точным регулированием температуры и минимальным износом.

Заключение

Реле остаются незаменимыми в промышленной автоматизации и системах электрического управления. От простых электромеханических переключателей до современных реле безопасности — каждый тип выполняет свою роль в повышении надёжности, безопасности и эффективности автоматизации. Знание видов промышленных реле помогает инженерам создавать надёжные системы, соответствующие стандартам безопасности и требованиям современного производства.