منطق رله اساساً شامل رله هایی است که به روشی خاص سیم کشی شده اند تا عملیات سوئیچینگ مورد نظر را انجام دهند. مدار دارای رله‌ها به همراه سایر اجزاء مانند کلیدها، موتورها، تایمرها، محرک‌ها، کنتاکتورها و غیره است. کنترل منطقی رله برای انجام عملیات ON/OFF اولیه با باز کردن یا بستن کنتاکت‌های رله کارآمد عمل می‌کند، اما شامل یک سیم‌کشی بسیار زیاد است. در اینجا با مدار کنترل منطقی رله، نمادها، کارکرد و نحوه استفاده از آنها به عنوان گیت منطقی دیجیتال آشنا خواهیم شد.
رله های ولتاژ
رله های ولتاژ از تجهیزات الکتریکی پرکاربرد آموزشگاه فنی هستند که وظیفه اصلی آنها تغییر جریان از یک مدار به مدار دیگر است. استفاده از رله امکان کنترل جریان زیاد با جریان کم را فراهم می کند. رله با استفاده از سیگنال الکتریکی از راه دور فعال می شود. در برخی از برنامه ها، سیگنال راه دور ممکن است پنوماتیک باشد.
رله های ولتاژ را می توان در طیف وسیعی از کاربردها یافت. یکی از رایج ترین و قدیمی ترین موارد استفاده در صرافی های سوئیچینگ صنعت تلفن و تلگراف است. آنها همچنین به طور گسترده در تجهیزات تست خودکار و همچنین در اکثر لوازم خانگی و الکترونیکی اصلی، از جمله رایانه ها، استفاده می شوند.
در یک رله معمولی، اهرمی وجود دارد که با یک کنتاکت ارتباط برقرار می کند. هنگامی که اهرم و کنتاکت با یکدیگر تماس دارند، مدار بسته است. هنگامی که دو جزء با هم تماس نداشته باشند، مدار باز در نظر گرفته می شود. هنگامی که رله فعال می شود، اهرم از موقعیت فعلی خود به موقعیت دیگر، از باز به بسته یا بالعکس منتقل می شود. این عمل برای رله کردن برق از یک مدار به مدار دیگر عمل می کند.
یکی از کاربردهای اساسی این رله ها کنترل روشن/خاموش ساده است. نمونه ای از این می تواند در یک سیستم تبرید باشد که یک کمپرسور را راه اندازی می کند. هنگامی که کمپرسور روشن می شود، جریان الکتریکی برای روشن شدن اولیه آن مورد نیاز است. رله برای تغییر مسیر یا رله کردن جریان به مدار کمپرسور در زمان مناسب استفاده می شود.
رله های ولتاژ نیز در کاربردهای منطقی استفاده می شوند. این عملکرد به ویژه در تجهیزات مورد استفاده برای آزمایش رایج است. رله ولتاژ قابلیت انتقال جریان از یک نقطه به نقطه دیگر را در یک دنباله منطقی تعریف شده فراهم می کند.
دو دسته کلی تعریف شده رله ها الکترومکانیکی و حالت جامد هستند. انواع مختلفی از سبک ها و انواع مختلف در هر طبقه بندی وجود دارد. رله های الکترومکانیکی شامل قطعات مکانیکی متحرک هستند. عمل رله توسط جریانی که از سیم پیچی عبور می‌کند، تحریک میشود که میدان مغناطیسی برای کار کردن رله ایجاد می‌کند. نیروی مغناطیسی برای حرکت دادن اهرم تماس استفاده می شود که باعث بسته شدن مدار باز یا باز شدن مدار بسته می شود.
رله های ولتاژ حالت جامد از نور دیودهای ساطع کننده نور برای دستیابی به فعال سازی رله استفاده می کنند. عدم وجود قطعات متحرک باعث دوام بیشتر آنها نسبت به انواع الکترومکانیکی می شود. علاوه بر این، رله‌های حالت جامد معمولاً زمان‌های واکنش سریع‌تری دارند که باعث کارآمدتر شدن آنها میشود.
یکی دیگر از ویژگی‌هایی که رله‌ها با آن مشخص می‌شوند، میزان بار یا جریانی است که آنها قادر به جابجایی هستند. در بیشتر موارد، رله ها به عنوان رله های ولتاژ پایین یا رله های ولتاژ بالا طبقه بندی می شوند. به طور کلی رله های فشار قوی در ولتاژهای بیش از 5000 ولت کار می کنند. با این حال، برنامه هایی وجود دارد که در آنها از یک رله ولتاژ بالا با رتبه کمتر استفاده می شود.
اصول عملکردی رله
رله یک دستگاه الکترومکانیکی است که از دو جزء اصلی، سیم پیچ رله و کنتاکت رله تشکیل شده است. کنتاکت رله برای روشن یا خاموش کردن مدار و سیم پیچ رله برای تغییر وضعیت کنتاکت رله استفاده می شود. سه نوع اصلی رله عبارتند از: رله برگشت فنری، رله چفت و رله چند قطبی.
رله ها به این دلیل استفاده می شوند که از طریق الکترومغناطیسی امکان جداسازی الکتریکی بین مدار سوئیچینگ (تماس) و مدار سیگنال کنترل (سیم پیچ) را فراهم می کنند. این بدان معناست که می توان از رله ها برای اتصال مدارهایی با سطوح ولتاژ و جریان مختلف برای کنترل تجهیزاتی مانند موتورها و محرک ها استفاده کرد. یک رله همچنین می تواند چندین مدار را با حالت های مختلف به طور همزمان سوئیچ کند و آنها را برای مدارهای کنترل منطقی در اتوماسیون صنعتی ایده آل کند.
رله ها 3 عملکرد اصلی را در مدار الکتریکی انجام می دهند:
اجازه دادن به مدارهای کنترل برای تغییر مدار بار حتی اگر ولتاژهای هر دو مدار متفاوت باشد.
قادر به تغییر دستگاه با جریان بالا با استفاده از سیگنال کنترل الکترونیکی جریان پایین.
رله ها را می توان به صورت ترکیبی برای انجام عملیات منطقی با استفاده از شبکه ای از مدارهای الکتریکی به نام منطق رله سیم کشی کرد.
نحوه کار کار یک رله
همانطور که گفته شد رله یک دستگاه الکترومکانیکی که از دو جزء اصلی سیم پیچ رله و کنتاکنت رله تشکیل شده است.
سیم پیچ رله اساساً سیم مسی است که به دور یک تکه آهن پیچیده شده است که برای تولید میدان الکترومغناطیسی استفاده می شود که می تواند فلز را جذب کند. جرثقیل زباله ای را در نظر بگیرید که برای جمع آوری ضایعات فلزی استفاده می شود. از همین اصل برای تولید میدان مغناطیسی که فلز را جذب می کند استفاده می کند.
کنتاکت رله در اصل کلیدی است که برای روشن یا خاموش کردن مدار الکتریکی استفاده می شود.
هدف سیم پیچ رله تغییر وضعیت کنتاکت های رله است. درست مانند انگشت شما برای تغییر وضعیت کلید چراغ از خاموش به روشن. بنابراین، ما در حال تغییر وضعیت مخاطبین با استفاده از سیگنال الکتریکی به جای استفاده از انگشت شما هستیم.
برای انرژی دادن به سیم پیچ باید آن را به یک منبع ولتاژ متصل کنیم که گاهی به آن ورودی رله می گویند.
برخی از رله های ولتاژ DC رایج عبارتند از: رله 5 ولت، رله 12 ولت و رله 24 ولت. برخی از رله های ولتاژ متناوب رایج عبارتند از: رله 120VAC و رله 240VAC.
معمولاً درجه ولتاژ روی بدنه رله نوشته می شود. درجه بندی ولتاژ سیم پیچ باید رعایت شود در غیر این صورت ممکن است سیم پیچ رله در تغییر وضعیت کنتاکت ها شکست بخورد یا بیش از حد گرم شود و بسوزد.
هنگامی که سیم پیچ رله را با ولتاژ نامی آن انرژی می دهیم، اجازه می دهد تا جریان در داخل سیم پیچ رله جریان یابد و میدان الکترومغناطیسی تولید کند. این میدان الکترومغناطیسی برای جذب کنتاکت رله به سمت سیم پیچ رله و در نتیجه تغییر وضعیت کنتاکت های رله استفاده می شود.
کنتاکت های رله یا به طور معمول باز (NO) یا به طور معمول بسته (NC) پیکربندی شده اند. اغلب یک رله دارای کنتاکت های تغییر است.
کنتاکت تعویضی ترکیبی از کنتاکت‌های معمولی باز (NO) و معمولی بسته (NC) در یک بلوک تماسی است. کنتاکت جابجایی امکان انتخاب کنتاکت معمولی باز (NO) یا کنتاکت معمولی بسته (NC) را بسته به نحوه سیم کشی آن می دهد. گاهی اوقات به آن تماس پرتاب دوبل نیز می گویند.
ولتاژ و جریان تماس معمولاً روی بدنه رله نوشته می شود. ولتاژ تماس و درجه جریان باید رعایت شود در غیر این صورت ممکن است تماس رله بیش از حد گرم شود و بسوزد.
اگر درجه ولتاژ سیم پیچ رله و درجه ولتاژ و جریان تماس روی بدنه رله نوشته نشده است، پایه رله را بررسی کنید. گاهی اوقات این ترکیبی از هر دو مورد و پایه است. اگر همه چیز شکست خورد، به برگه داده مراجعه کنید.
عملیات رله
رله به عنوان کلید عمل می کند که با مقدار کمی جریان کار می کند. رله دو کنتاکت دارد
- (NO)
- (NC)
دو طرف رله یکی سیم پیچ اولیه است که به عنوان یک آهنربای الکتریکی در عبور جریان از آن عمل می کند و دیگری طرف ثانویه است که دارای کنتاکت های NO و NC است.
هنگامی که کنتاکت NO است، سوئیچ باز است و از این رو مدار باز است و جریانی از مدار عبور نمی کند. هنگامی که کنتاکت NC است، کلید بسته می شود و مدار کامل می شود و از این رو جریان از مدار عبور می کند.
این تغییر حالت در کنتاکت‌ها زمانی اتفاق می‌افتد که یک سیگنال الکتریکی کوچک اعمال شود، یعنی هرگاه مقدار کمی جریان از رله عبور کند، کنتاکت تغییر می‌کند.
مدارهای منطقی رله – شماتیک/نمادها
مدار منطقی رله یک نمودار شماتیک است که اجزای مختلف، اتصالات، ورودی‌ها و همچنین خروجی‌ها را به شکلی خاص نشان می‌دهد. در مدارهای منطقی رله، از کنتاکت های NO و NC برای نشان دادن مدار رله به طور معمول باز یا بسته به حالت عادی استفاده می شود. این شامل دو خط عمودی است، یکی در سمت چپ و دیگری در سمت راست. به این خطوط عمودی ریل می گویند. ریل سمت چپ در پتانسیل ولتاژ تغذیه است و به عنوان ریل ورودی استفاده می شود. ریل سمت راست در پتانسیل صفر است و به عنوان ریل خروجی استفاده می شود.
منطق رله یک سیستم کنترل سیمی سخت است که از ابزار دقیق، سوئیچ ها، تایمرها، رله ها، کنتاکتورها، موتورها و محرک ها استفاده می کند. اتوماسیون ماشین و فرآیند سنتی با استفاده از منطق رله انجام شد. اتوماسیون یک ماشین با استفاده از منطق رله به انبوه سیم کشی و بزرگی دستگاه ها برای انجام حتی ساده ترین کارها نیاز دارد.
اصول عملکردی سیستم های منطق رله
سیستم های منطق رله شبکه ای از قطعات الکتریکی سیمی سخت هستند. رله جزء اساسی است و با روشن و خاموش کردن مدارهای الکتریکی برای تشکیل عملیات منطقی کار می کند که به نوبه خود کنترل فرآیند را برای سیستم فراهم می کند. شما می توانید سیستم های منطق رله را به عنوان یک کامپیوتر مکانیکی در نظر بگیرید که به جای استفاده از تراشه سیلیکونی، با تعویض رله ها با 1 و 0 محاسبات را انجام می دهد.
عناصر اساسی مدارهای منطقی رله عبارتند از ….
- منبع تغذیه.
- اجزای رله
- سیم های اتصال.
ولتاژ منبع تغذیه باید با ولتاژ سیم پیچ رله نامی مطابقت داشته باشد. همچنین، منبع تغذیه باید به اندازه‌ای بزرگ باشد که بتواند جریان تمام رله‌ها را در هنگام برق‌گرفتن، تامین کند.
رله ها با توجه به ولتاژ خروجی منبع تغذیه، عملکرد و درجه جریان کنتاکت های مورد نیاز انتخاب می شوند.
از آنجایی که منطق رله یک سیستم سیمی سخت است، نوعی نمودار سیم کشی یا نمودار شماتیک رله برای درک همه آن مورد نیاز است.
رسم و خوانش یک مدار منطق رله ای
راه های زیادی برای رسم مدار الکتریکی در آموزش برق وجود دارد. بسته به اینکه اهل کدام کشور هستید، مشخص می کند که از کدام نمودار سیم کشی رله استاندارد باید استفاده کنید. نحوه چیدمان مدارها و نمادهای اجزا از یک استاندارد ترسیمی به استاندارد دیگر متفاوت است. همچنین برخی از استانداردهای ترسیمی مدارهای کنترلی خود را از چپ به راست مرتب می کنند و برخی از بالا به پایین استفاده می کنند.
نمودار شماتیک رله شامل یک ریل ولتاژ تغذیه در سمت چپ و یک ریل ولتاژ صفر در سمت راست است که به صورت خطوط عمودی ترسیم شده است.
اجزای رله و سایر دستگاه‌ها با سیم‌هایی که به‌صورت خطوط افقی ترسیم می‌شوند، به هم متصل می‌شوند تا یک مدار را تشکیل دهند.
از نمادهای خاص در مدارهای منطقی رله برای نشان دادن اجزای مختلف مدار استفاده می شود. برخی از رایج ترین و پرکاربردترین نمادها در شکل داخل دایره نشان داده شده است که در ادامه به توضیح آن ها می پردازیم
1. بدون تماس
نماد داده شده نشان دهنده یک مخاطب عادی باز است. اگر کنتاکت به طور معمول باز باشد، اجازه عبور جریان از آن را نمی دهد و از این رو یک مدار باز در این کنتاکت وجود خواهد داشت.
2. تماس NC
این علامت برای نشان دادن تماس معمولی نزدیک استفاده می شود. این اجازه می دهد تا جریان از آن عبور کند و به عنوان یک اتصال کوتاه عمل می کند.
3. دکمه فشاری (روشن)
این دکمه فشاری اجازه می دهد تا زمانی که فشار داده شود، جریان از طریق آن به بقیه مدار جریان یابد. اگر دکمه فشاری را رها کنیم، خاموش می شود و دیگر اجازه عبور جریان را نمی دهد. این بدان معناست که برای حمل جریان، دکمه فشاری باید در حالت فشرده باقی بماند.
4. دکمه فشاری (خاموش)
دکمه فشاری OFF یک مدار باز را نشان می دهد، یعنی اجازه نمی دهد جریان از آن عبور کند. اگر دکمه فشاری فشرده نشود، در حالت OFF باقی می ماند. می تواند به حالت ON انتقال یابد تا پس از فشار دادن جریان را از طریق آن منتقل کند.
5. سیم پیچ رله
نماد سیم پیچ رله برای نشان دادن رله کنترل یا استارت موتور و گاهی اوقات حتی کنتاکتور یا تایمر استفاده می شود.
6. چراغ خلبان
این نماد نماد نشان دهنده لامپ خلبان یا به سادگی یک لامپ است. آنها عملکرد دستگاه را نشان می دهند.
تصویر موجود یک مدار منطقی رله پایه را نشان می دهد. در این مدار،
پله 1 شامل یک دکمه فشاری (در ابتدا خاموش) و یک رله کنترلی است.
پله 2 شامل یک دکمه فشاری (در ابتدا روشن) و یک لامپ Pilot است.
پله 3 شامل یک کنتاکت NO و یک لامپ پایلوت است.
پله 4 شامل یک کنتاکت NC و یک لامپ پیلوت است.
پله 5 شامل یک کنتاکت NO، یک لامپ پیلوت و یک طبقه فرعی با یک کنتاکت NC است.
در پله 1، دکمه فشاری خاموش است و از این رو اجازه نمی دهد جریان از آن عبور کند. بنابراین، هیچ خروجی از طریق پله 1 وجود ندارد.
در پله 2، دکمه فشاری روشن است و بنابراین، جریان از ریل ولتاژ بالا به ریل ولتاژ پایین می گذرد و لامپ پیلوت 1 روشن می شود
در پله 3، تماس به طور معمول باز است، بنابراین لامپ Pilot 2 خاموش می ماند و جریان یا خروجی از طریق پله وجود ندارد.
در پله 4، کنتاکت معمولاً Close است، در نتیجه اجازه می دهد جریان از آن عبور کند و خروجی را به پله ولتاژ پایین می دهد.
در پله 5، هیچ جریانی از پله اصلی عبور نمی کند، زیرا کنتاکت به طور معمول باز است، اما به دلیل وجود پله فرعی که شامل یک تماس معمولی نزدیک است، جریان وجود دارد و از این رو لامپ پیلوت 4 روشن میشود.
برخی از مشکلات در پیاده سازی منطق رله عبارتند از:
نیاز به فضای زیادی در تابلو های MV/LV دارد.
نصب و راه اندازی بسیار کار فشرده است.
عیب یابی بسیار دشوار است.
تغییرات در عملکرد کنترل پیچیده و به طور جدی خسته کننده است.
ظهور ریزپردازنده بدین معنی بود که عملکرد کنترل منطق رله می تواند برنامه ریزی و در یک کامپیوتر ذخیره شود. در اواخر دهه 1960، برخی از افراد واقعاً باهوش این را فهمیدند و برای ایجاد دستگاهی به نام کنترل‌کننده منطقی برنامه‌پذیر (PLC) تلاش کردند.
منطق رله در یک PLC روشی برای فرمول بندی عبارات منطقی به منظور خودکارسازی ماشین آلات و فرآیندها در کاربردهای صنعتی است. زبان برنامه نویسی که برای ایجاد منطق رله در PLC استفاده می شود، Ladder Logic نامیده می شود.
این یک پیشرفت عظیم در صنعت اتوماسیون صنعتی بود که در نهایت سیستم های کنترل منطق رله را تقریباً اضافی می کرد.
در یک سیستم کنترل خودکار، مزایای اصلی یک PLC نسبت به رله عبارتند از:
توسعه عبارات منطقی پیچیده با نرم افزار نردبانی ساده تر.
افزایش قابلیت اطمینان با عمر PLC که به راحتی به +10 سال می رسد،
اصلاح یا گسترش سیستم کنترل در آینده آسان تر و ارزان تر است.
کاهش هزینه های طراحی، نصب و قطعات.
در مقایسه با رله ها تقریباً بدون تعمیر و نگهداری است.
عملکرد نظارت و گزارش برتر که عیب یابی و بهینه سازی فرآیند را آسان تر می کند.
کنترل منطق Ladder Logic
تفاوت بزرگ بین منطق رله و منطق نردبانی این است که منطق رله نیاز به سیم سختی برای هر مدار کنترلی برای هر تابع کنترل دارد. در حالی که منطق نردبانی از کمک یک دستگاه مبتنی بر ریزپردازنده به نام کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی (PLC) استفاده می کند.
تفاوت بین PLC و منطق رله در این است که PLC یک دستگاه قابل برنامه ریزی است در حالی که منطق رله شبکه ای از دستگاه های الکتریکی با سیم سخت است. هم یک PLC و هم منطق رله می توانند محاسبات منطقی را انجام دهند، اما PLC این کار را با استفاده از ریزپردازنده و منطق رله با استفاده از مدارهای الکتریکی انجام می دهد.
بنابراین اساساً کاری که ما انجام می دهیم این است که انبوهی از رله ها و سیم ها را تهیه کرده و آنها را با یک جعبه کوچک که قدرت محاسباتی فوق العاده ای دارد جایگزین کنیم.
حتی با برنامه‌نویسی منطقی PLC و نردبان، ما همچنان باید دستگاه‌های خاصی مانند سوئیچ‌ها و لامپ‌ها را درست مانند مثال‌های منطق رله‌ای بالا سیم‌کشی کنیم. اما سیم کشی بسیار کاهش یافته است زیرا فقط دستگاه های ورودی و خروجی به سیم کشی سخت نیاز دارند. رله های کنترلی که برای تشکیل عملکرد کنترل و توابع منطقی استفاده می شوند با برنامه منطقی نردبانی که در داخل حافظه PLC ذخیره شده است جایگزین می شوند.
برنامه نویسی منطقی در بین ریل های قدرت قرار می گیرد و با خطوط افقی متصل می شود تا یک عبارت منطقی را تشکیل دهد.
هر خط از نمودار منطقی نردبان را یک پله می نامند.
با این حال نمادهای استفاده شده کمی با نقشه های مدار منطقی رله متفاوت است.
اگر بخواهیم از یک رله گیر استفاده کنیم که از دو سیم پیچ استفاده می کند، یکی برای بستن (یا تنظیم) رله و دیگری برای باز کردن (یا تنظیم مجدد) رله.
اگر از یک PLC با برنامه منطق نردبانی استفاده می کنیم، ابتدا باید سوئیچ را به پایانه های ورودی PLC سیم کشی کنیم. سپس باید لامپ ها را به پایانه های خروجی سیم کشی کنیم. در نهایت، باید برنامه منطق نردبان خود را بنویسیم و آن را در حافظه PLC بارگذاری کنیم.
مزایای منطق Ladder
برخی از مزایایی که سیستم های کنترل منطق نردبانی نسبت به سیستم های کنترل منطق رله دارند عبارتند از:
زمان نصب با سیستم های کنترل منطق نردبانی به دلیل کاهش میزان سیم کشی سخت مورد نیاز بسیار کاهش می یابد. به عبارت دیگر، ما فقط باید دستگاه های ورودی و خروجی را سیم کشی کنیم. منطق کنترل با استفاده از نرم افزار و نه رله های سیمی سخت اجرا می شود.
اصلاحات در منطق کنترل را می توان به راحتی با استفاده از نرم افزار برای اصلاح برنامه منطق نردبانی به جای تغییرات سخت افزاری و سیم کشی که معمولاً در مورد کنترل منطق رله انجام می شود، انجام داد.
همین PLC را می توان برای طیف وسیعی از کاربردهای سیستم کنترل به سادگی با بارگذاری یک برنامه منطقی نردبانی متفاوت در حافظه PLC استفاده کرد.
گسترش سیستم کنترل با یک PLC با افزودن ماژول های توسعه به جای اصلاحات پیچیده سخت افزاری و سیم کشی که در مورد کنترل منطقی رله وجود دارد، ساده می شود.
منطق نردبانی مبتنی بر ریزپردازنده است که زمان اجرای سریع‌تری دارد، بسیار مطمئن‌تر و ماندگارتر از سیستم‌های کنترل منطق رله‌ای است که دارای مقادیر زیادی اجزای مکانیکی هستند.
سیستم های کنترل منطق نردبانی بسیار فشرده تر از سیستم های کنترل منطق رله هستند.
بنابراین، در نبرد منطق رله در مقابل منطق نردبان می توانیم تأیید کنیم که منطق نردبان قطعاً برنده است. در واقع می توان گفت که سیستم های کنترل منطق رله برای تاسیسات بزرگتر تماماً مرده هستند. برخی کشورها هنوز مقرراتی برای کنترل پنل های کنترل مشعل با منطق رله دارند، اما بدون شک در نهایت با سیستم های کنترل مبتنی بر PLC جایگزین خواهند شد.
برای برخی از تاسیسات کوچکتر که در آن تعداد انگشت شماری دستگاه برای کنترل با عملکردهای اولیه دارید، استفاده از منطق رله برای کنترل برنامه همچنان مفید است. اما با قیمت ارزان PLC ها و سهولت برنامه نویسی منطق نردبانی، آنها حتی برای برنامه های کوچکتر نیز به طور فزاینده ای جذاب هستند.
منابع:
https://ladderlogicworld.com/relay-logic-vs-ladder-logic/
https://www.aboutmechanics.com/what-are-voltage-relays.htm
https://circuitdigest.com/tutorial/introduction-to-relay-logic-control-symbols-working-and-examples
