رله هوشمند / کاربرد رله هوشمند در هوشمندسازی

رله هوشمند چیست و چه وظیفه ای دارد؟

رله هوشمند نوعی وسیله کنترلی است که در اتوماسیون و سیستم های الکتریکی استفاده می شود. این دستگاه قابلیت برنامه ریزی جهت اجرای وظایف اتوماسیون را دارد و معمولاً جایگزین مجموعه ای از تایمرها و شمارنده های معمولی می شود.

رله‌های هوشمند معمولاً دارای یک میکروکنترلر یا واحد پردازش هستند که بر اساس ‍پردازش داده های ورودی عمل می کنند و همچنین با استفاده از یک صفحه نمایش یا رابط کاربری اجازه تنظیم پارامتر ها را برای اپراتور فراهم می آورند .

برخی از عملکردهای رله هوشمند به شرح زیر می باشد :

کاربرد کنترلی : یک رله هوشمند می تواند عملکردهای کنترلی مختلفی مانند زمان بندی، شمارش، مقایسه و عملیات منطقی را انجام دهد.

برنامه نویسی: برخلاف رله های معمولی، رله های هوشمند قابل برنامه ریزی هستند و با اعمال برنامه می توانند وظایف خاصی را به صورت خودکار انجام دهند که سبب انعطاف پذیری و تسلط بالا در زمان عملیات می شود .

رابط های ورودی و خروجی: رله های هوشمند دارای چندین رابط ورودی و خروجی دیجیتال و آنالوگ هستند که با دریافت سیگنال ها از حسگر های مختلف ، دستگاه ها را کنترل می کنند.

ارتباطات : برخی از رله های هوشمند با استفاده از پروتکل های ارتباطی مختلف می توانند با دستگاه های دیگر ارتباط برقرار کنند که سبب کنترل متمرکز و نظارت بر رله های هوشمند متعدد می شود.

ماژول های توسعه: اکثر رله های هوشمند را می توان با ماژول های اضافی گسترش داد که باعث افزودن ورودی ها و خروجی های بیشتر و هم چنین عملکردهایی مانند رابط های ارتباطی می شود .

رله‌های هوشمند معمولاً در مکان های مختلفی از جمله اتوماسیون ساختمان ، سیستم‌های گرمایش و سرمایش، کنترل روشنایی، کنترل موتور و انواع دیگر سیستم‌های کنترل الکتریکی کاربرد دارند. اندازه متناسب، تطبیق پذیری و سهولت برنامه نویسی آنها سبب شده است که جهت انجام وظایف اتوماسیون بسیار مناسب باشند .

کاربرد رله های هوشمند در صنعت

رله‌های هوشمند دستگاه‌های همه کاره‌ای هستند که می‌توانند در صنایع مختلف، به‌ویژه برای سیستم‌های کوچکتر و ساده تر مورد استفاده قرار گیرند. مانند :

کنترل روشنایی: رله های هوشمند را می توان برای خودکارسازی روشنایی در تنظیمات صنعتی استفاده کرد. به عنوان مثال روشن یا خاموش کردن چراغ‌ها در زمان‌های خاص،

کنترل پمپ: در محیط های صنعتی که پردازش مایعات اهمیت دارد، رله های هوشمند می توانند سبب کارکرد پمپ به صورت خودکار در جهت حفظ سطح مایع، فشار و میزان جریان در محدوده های خاص شوند.

کنترل موتور: از رله های هوشمند می توان برای کنترل عملیات موتور در ماشین آلات صنعتی استفاده کرد. با برنامه ریزی آن ها بر اساس شرایط مختلف می توان موتورها را راه‌اندازی ، متوقف و در برابر مسائل احتمالی مانند اضافه بار یا گرم شدن بیش از حد محافظت کرد.

سیستم های گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع (HVAC) : در ساختمان ها و تأسیسات، رله های هوشمند می توانند با هوشمند سازی سیستم های HVAC سبب کنترل فن ها، دمپرها یا عناصر گرمایشی بر اساس اندازه گیری دما یا کیفیت هوا شوند .

سیستم‌های هشدار: از رله‌های هوشمند می‌توان در سیستم‌های هشدار برای ایجاد آلارم در شرایط خاص استفاده نمود. به عنوان مثال، اگر دمای دستگاه از حد معینی بالاتر رود، یا اگر دری بی موقع باز شود، می توانند زنگ خطر را به صدا در آورند.

سیستم‌های نوار نقاله: در محیط‌های تولیدی، می‌توان از رله‌های هوشمند برای کنترل سیستم‌های نوار نقاله، توقف و راه‌اندازی آن‌ها در صورت نیاز استفاده کرد .

انواع رله های هوشمند و تفاوت های بین آن ها

رله های هوشمند بسته به سازنده، مدل و ویژگی های ارائه شده بسیار متفاوت هستند. به طور کلی می توان آنها را بر اساس عواملی مانند تعداد ورودی و خروجی، نوع ورودی و خروجی (آنالوگ / دیجیتال)، قابلیت های ارتباطی و قابلیت برنامه ریزی دسته بندی کرد.

در اینجا چند دسته وجود دارد که ممکن است با آنها مواجه شوید:

براساس پیکربندی I/O: رله های هوشمند را می توان بر اساس تعداد و نوع نقاط ورودی و خروجی (I/O) متمایز کرد. برای مثال، یک رله هوشمند می‌تواند تعداد ثابتی از نقاط ورودی/خروجی داشته باشد، یا می‌تواند ماژولار باشد و اجازه دهد ماژول‌های ورودی/خروجی اضافی در صورت نیاز

اضافه شوند. برخی از رله‌های هوشمند ممکن است تنها از ورودی‌ها و خروجی‌های دیجیتال پشتیبانی کنند، در حالی که برخی دیگر ممکن است از ورودی و خروجی آنالوگ نیز پشتیبانی کنند.

قابلیت برنامه ریزی: برخی از رله های هوشمند با استفاده از یک رابط برنامه نویسی ساده و گرافیکی، اغلب به شکل منطق نردبانی یا نمودارهای بلوک تابع، قابل برنامه ریزی هستند. رله‌های هوشمند دیگر ممکن است از زبان‌های برنامه‌نویسی پیشرفته‌تر یا اختصاصی‌تر استفاده کنند.

قابلیت های ارتباطی: برخی از رله های هوشمند دارای رابط های ارتباطی داخلی هستند که به آنها اجازه می دهد به یک شبکه متصل شوند یا با دستگاه های دیگر ارتباط برقرار کنند. این رابط ها می توانند شامل پروتکل های اترنت، سریال (RS-232، RS-485) و فیلدباس (Modbus، Profibus و غیره) باشند. رله های هوشمند دیگر ممکن است فاقد این قابلیت های ارتباطی باشند.

بر اساس ویژگی‌های خاص: برخی رله‌های هوشمند ممکن است ویژگی‌های خاصی مانند نمایشگرهای یکپارچه برای کنترل و نظارت محلی، ساعت‌های بی‌درنگ برای کارهای کنترل مبتنی بر زمان، یا قابلیت‌های ثبت داده‌ها ارائه دهند.

به طور کلی، بهترین نوع رله هوشمند برای یک سیستم ، به نیازهای خاص آن سیستم مانند پیچیدگی کار کنترل، نیاز به ارتباط با سایر دستگاه ها و بودجه موجود بستگی دارد. توجه به این عوامل در هنگام انتخاب رله هوشمند بسیار مهم است.

در زیر چهار نمونه از رله های هوشمند نیوالکترون را مشاهده می کنید .. با کلیک بر روی نام مربوط به هر کدام از رله های هوشمند با امکانات متنوع آنها بهتر آشنا شوید .

--------------- کنترلر هوشمند NE-UM2

--------------- کنترل رله 12 کانال NE-SW212

-------------- کنترل رله 6 کانال NE-SW206

-------------- ساعت نجومی هوشمند NE-SW202

برنامه ریزی رله های هوشمند

رله های هوشمند دستگاه های قابل برنامه ریزی هستند که در سیستم های اتوماسیون و کنترل استفاده می شوند. آنها برای اجرای انواع وظایف مانند زمان بندی، شمارش، عملیات منطقی و وظایف پیچیده تر بسته به مدل ، طراحی شده اند.

ظرفیت ورودی/خروجی رله های هوشمند

رله‌های هوشمند دستگاه‌های فشرده‌ای هستند که برای انجام کارهای کنترلی ساده طراحی شده‌اند و معمولاً تعداد محدودی پورت ورودی و خروجی (I/O) در مقایسه با یک کنترل‌کننده منطقی قابل برنامه‌ریزی (PLC) دارند. با این حال، ظرفیت ورودی/خروجی آنها بسته به مدل خاص و سازنده می تواند به میزان قابل توجهی متفاوت باشد.

بسیاری از رله‌های هوشمند اولیه ممکن است بین 8 تا 20 نقطه ورودی/خروجی را ارائه دهند، در برخی مدل‌ها امکان افزودن ماژول‌های توسعه برای افزایش این ظرفیت وجود دارد. توزیع بین ورودی ها و خروجی ها نیز متفاوت است: برخی از رله ها ممکن است 12 ورودی و 8 خروجی داشته باشند، در حالی که برخی دیگر ممکن است توزیعی مساوی داشته باشند، مانند 10 ورودی و 10 خروجی.

ورودی ها را می توان برای انواع مختلفی از سیگنال ها، مانند دیجیتال (روشن/خاموش)، آنالوگ (ولتاژ یا جریان متغیر) یا حتی انواع خاصی مانند سنسورهای دما طراحی کرد. خروجی ها نیز می توانند متفاوت باشند و ممکن است شامل خروجی های دیجیتال (روشن/خاموش)، آنالوگ یا رله باشند.

علاوه بر این، برخی از رله‌های هوشمند نیز پورت‌های ارتباطی را برای پروتکل‌هایی مانند Modbus، Ethernet/IP یا موارد دیگر ارائه می‌دهند که امکان نظارت و کنترل از راه دور یا ادغام با سایر دستگاه‌ها را در یک سیستم اتوماسیون بزرگ‌تر فراهم می‌کند.

مزایا و معایب رله های هوشمند

رله های هوشمند مانند هر دستگاه مدرن دیگری دارای مزایا و معایب هستند. درک این موارد می تواند به تعیین اینکه آیا رله هوشمند برای یک برنامه خاص ، انتخاب مناسبی است یا خیر کمک کند.

مزایای رله های هوشمند:

سادگی: برنامه نویسی و کار با رله‌های هوشمند اغلب راحت‌تر از کنترل‌کننده‌های پیچیده‌تر مانند PLC ها است و انتخاب مناسب تری برای کارهای اتوماسیون با پیچیدگی کمتر هستند .

مقرون به صرفه بودن: رله‌های هوشمند معمولاً ارزان ‌تر از PLC‌ها می باشند و آنها را به یک انتخاب مقرون‌ به‌ صرفه برای سیستم‌های کوچک تا متوسط تبدیل می‌کند.

اندازه متناسب : به دلیل اینکه رله های هوشمند عملکردهای چند دستگاه را در یک واحد ادغام می کنند، معمولا کوچکتر و فشرده تر از تایمرها و شمارنده های سنتی هستند در نتیجه فضای کمتری را اشغال میکند.

تطبیق پذیری: رله های هوشمند می توانند برای انواع کارهای اتوماسیون مانند کنترل چراغ ها، موتورها، پمپ ها، فن ها و غیره استفاده شوند.

معایب رله های هوشمند:

محدودیت در استفاده : در حالی که رله‌های هوشمند برای امور کنترلی ساده مناسب هستند، ممکن است برای برنامه‌های پیچیده‌تر که نیاز به برنامه‌نویسی پیشرفته، تعدد نقاط ورودی/خروجی یا عملیات‌های پرسرعت دارند، مناسب نباشند.

مقیاس پذیری محدود: رله های هوشمند ممکن است به اندازه PLC ها مقیاس پذیر نباشند. آنها معمولاً از نظر تعداد نقاط ورودی/خروجی که می توانند مدیریت کنند محدود هستند، و ممکن است اضافه کردن عملکرد بیشتر مانند PLC برای آنها آسان نباشد.

به صورت کلی استفاده از رله های هوشمند به ویژگی های برنامه و سیستم بستگی دارد. از آنها برای سیستم های ساده تر یا برای کارهای مستقل در یک سیستم بزرگتر می توان استفاده کرد. برای کارهای پیچیده تر در سطوح بالا ، یک کنترل کننده‌ منطقی برنامه پذیر (PLC) ممکن است مناسب تر باشد.

ویژگی های امنیتی رله های هوشمند

رله‌های هوشمندی که در اتوماسیون صنعتی و ساختمانی برای کنترل ماشین‌آلات و تجهیزات مورد استفاده قرار می‌گیرند، اغلب دارای مکانیسم‌های امنیتی متعددی هستند تا از عملکرد ایمن و مؤثر آن ها اطمینان حاصل شود. با این حال، ویژگی های خاص بسته به سازنده دستگاه، مدل و زمینه ای که در آن استفاده می شود، می تواند متفاوت باشد.

احراز هویت و کنترل دسترسی: برای جلوگیری از دسترسی غیرمجاز، رله‌های هوشمند اغلب به اعتبار کاربر (نام کاربری/رمز عبور) یا سایر اشکال احراز هویت نیاز دارند.

رمزگذاری داده ها: هنگامی که داده ها از طریق شبکه ارسال می شوند، می توان آنها را رمزگذاری کرد تا از رهگیری و خواندن آنها جلوگیری شود. این امر به ویژه زمانی اهمیت دارد که رله بخشی از یک اکوسیستم بزرگتر اینترنت اشیا (IOT) باشد، جایی که داده ها به طور مداوم در حال انتقال و دریافت هستند.

فایروال و سیستم‌های تشخیص نفوذ (IDS): این سیستم‌ها برای نظارت بر ترافیک شبکه ورودی و خروجی و شناسایی هرگونه فعالیت مشکوک استفاده می‌شوند. اگر یک تهدید بالقوه شناسایی شود، سیستم می تواند هشدارها را فعال کند یا اقدامات پیشگیرانه انجام دهد.

راه‌اندازی امن و امضای میان‌افزار: بوت امن تضمین می‌کند که دستگاه فقط با استفاده از نرم‌افزاری که توسط سازنده امضا شده راه اندازی می‌شود. این به جلوگیری از اجرای نرم افزارهای مخرب دستگاه کمک می کند.

امنیت فیزیکی: در برخی موقعیت ها، رله ها می توانند دارای مهر و موم های غیرقابل دستکاری یا محفظه های ضد دستکاری برای محافظت در برابر دستکاری فیزیکی باشند.

پروتکل‌های ارتباط امن: رله‌های هوشمند ممکن است از پروتکل‌های ارتباطی امن مانند MQTT (MQTT بیش از SSL/TLS)، HTTPS یا SSH برای انتقال امن و مطمئن داده‌ها استفاده کنند.

لطفاً توجه داشته باشید که سطح و میزان ویژگی‌های امنیتی بسته به موارد استفاده، سازنده و مدل خاص متفاوت است. همچنین انجام ارزیابی‌ها و به‌روزرسانی‌های امنیتی منظم برای اطمینان از اینکه رله هوشمند همچنان سطح امنیتی مورد نیاز را در طول زمان ارائه می‌کند، مهم است.

زمان بندی و عملیات منطقی در رله های هوشمند چگونه انجام می شود؟

رله‌های هوشمند اساساً کنترل ‌کننده‌های منطقی قابل برنامه‌ریزی کوچک (PLC) هستند و زمان‌بندی و عملیات منطقی را به روشی مشابه در مقیاس کوچک‌تر و با قابلیت‌های کمتر انجام می‌دهند .

عملیات زمان‌بندی: رله‌های هوشمند می‌توانند عملکردهای زمان ‌بندی مختلفی از جمله تأخیر روشن، تأخیر خاموش، چشمک زدن و تولید پالس را انجام دهند. آنها اغلب برای کنترل دستگاه هایی استفاده می شوند که باید در یک توالی خاص یا پس از یک دوره زمانی مشخص کار کنند. توابع زمان‌بندی معمولاً از طریق یک زبان برنامه‌نویسی بصری مانند منطق نردبان یا نمودار بلوک تابع (FBD) برنامه‌ریزی می‌شوند. می‌توان ابتدا با انتخاب تابع زمان‌بندی مورد استفاده شروع کرد و سپس پارامترها را تنظیم نمود .

عملیات منطقی: رله های هوشمند می توانند عملیات منطقی اساسی مانند AND، OR، NOT، XOR (انحصاری OR) و غیره را انجام دهند. این عملیات امکان طرح های کنترل پیچیده را فراهم می کند که در آن خروجی به وضعیت یک یا چند ورودی بستگی دارد. درست مانند توابع زمان بندی، عملیات منطقی معمولاً با استفاده از یک زبان برنامه نویسی بصری برنامه ریزی می شوند.

برای مثال، با استفاده از منطق AND، می‌توانید یک رله هوشمند را طوری تنظیم کنید که موتور فقط زمانی روشن شود که هم دکمه استارت (ورودی 1) فشار داده شود و هم یک سوئیچ ایمنی (ورودی 2) فعال شود. در این حالت، موتور (خروجی) تنها در صورتی فعال می شود که هر دو شرط رعایت شود.

روش های خاص برای انجام این عملیات به مدل رله هوشمند و سازنده بستگی دارد. آنها معمولاً با استفاده از یک نرم افزار رایانه شخصی ارائه شده توسط سازنده پیکربندی می شوند و برخی از مدل ها نیز با استفاده از یک رابط کاربری توسط خود کاربر تنظیم می شوند .

توجه داشته باشید که اگرچه رله‌های هوشمند ابزار قدرتمندی برای کارهای کنترلی ساده هستند، اما ممکن است برای الزامات پیچیده‌تر اتوماسیون کافی نباشند. در این موارد، یک PLC ممکن است لازم باشد.

ارتباط بین رله های هوشمند چگونه برقرار می شود؟

ارتباط بین رله‌های هوشمند از طریق پروتکل‌های ارتباطی برقرار می‌شود که مجموعه‌ای از قوانین هستند که نحوه انتقال و دریافت داده‌ها را تعیین می‌کنند. پروتکل خاص مورد استفاده به طراحی رله‌های هوشمند بستگی دارد، اما برخی از رایج‌ترین آنها شامل Modbus، Profibus، Ethernet/IP و غیره هستند.

در اینجا یک نمای کلی از نحوه عملکرد این فرآیند آورده شده است:

سیم کشی: اولین گام در برقراری ارتباط بین رله های هوشمند، سیم کشی آنها به یکدیگر است که معمولاً شامل اتصال سیم‌های ارتباطی بین پورت‌های ارتباطی رله‌های هوشمند است. فرآیند سیم کشی بسته به پروتکل ارتباطی مورد استفاده و مدل خاص رله های هوشمند ممکن است متفاوت باشد.

آدرس دهی: هر رله هوشمند در یک شبکه باید یک آدرس منحصر به فرد داشته باشد تا بتوان داده ها را به دستگاه مورد نظر ارسال و یا دریافت کرد. روش تنظیم یک آدرس به مدل رله هوشمند و پروتکل ارتباطی بستگی دارد.

برنامه نویسی: پس از اینکه رله های هوشمند به هم متصل شدند و آدرس دهی شدند، باید آنها را برای ارسال و دریافت داده ها با فرمت صحیح برنامه ریزی کنید. این کار با استفاده از نرم افزار برنامه نویسی ارائه شده توسط سازنده رله هوشمند انجام می شود.

تست: هنگامی که رله های هوشمند برنامه ریزی شدند، باید آن را آزمایش کرد تا مطمئن شد که داده ها به درستی ارسال و دریافت می شوند.

باید توجه داشت که روش های خاص برای تنظیم ارتباط بین رله های هوشمند بسته به مدل های رله خاص و پروتکل ارتباطی مورد استفاده می تواند متفاوت باشد.

به طور کلی، رله‌های هوشمند PLC‌هایی در مقیاس کوچک هستند که برای استفاده در محیط‌های صنعتی طراحی شده‌اند. آنها برای کارهای ساده اتوماسیون ایده آل هستند و قادر به انجام عملیات ساده با برنامه ریزی می باشند. رله های هوشمند دارای مزایای بسیاری از جمله کاهش تعداد تجهیزات و سیم کشی، صرفه جویی در زمان و هزینه و داشتن ابعاد فشرده و قیمت پایین هستند. آنها طیف گسترده ای از کاربردها را در صنایع مختلف مانند ماشین سازی، کنترل کمپرسور، روشنایی و کنترل درب و غیره دارند. استفاده از رله‌های هوشمند در کارهای اتوماسیون به دلیل انعطاف‌پذیری، سهولت استفاده و عملکرد بالا، همچنان رو به افزایش است و آنها را به یک جزء ضروری در صنعت هوشمند سازی تبدیل کرده است .