مقدمه
رله یکی از سادهترین اما مهمترین تجهیزات در سیستمهای کنترل و اتوماسیون صنعتی است. تقریباً در بسیاری از تابلوهای برق، مدارهای PLC، ماشینآلات بستهبندی، سیستمهای کنترل موتور، تجهیزات گرمایشی و مدارهای فرمان میتوان رله را مشاهده کرد.
وظیفه اصلی رله این است که یک مدار الکتریکی را با استفاده از یک سیگنال کنترلی قطع یا وصل کند. به همین دلیل میتوان با یک خروجی PLC با توان و ولتاژ محدود، مدار دیگری را که به ولتاژ یا جریان متفاوتی نیاز دارد کنترل کرد.
برای مثال، PLC ممکن است یک خروجی 24VDC داشته باشد، اما تجهیزی که باید کنترل شود با 220VAC کار کند. در این شرایط میتوان از یک رله واسط مناسب استفاده کرد تا سیگنال PLC به مدار بار منتقل شود.
در این مقاله انواع رلههای مورد استفاده در اتوماسیون صنعتی، تفاوت رله 24V و 220V، رله PLC، رله واسط، SSR، کنتاکتهای NO و NC، روش انتخاب رله و اصول سیمبندی آن را بررسی میکنیم.
رله چیست و چگونه کار میکند؟
رله یک کلید الکتریکی کنترلشونده است.
در یک رله الکترومکانیکی معمولی، یک سیمپیچ یا Coil با اعمال ولتاژ فعال میشود. ایجاد میدان مغناطیسی باعث حرکت کنتاکت داخلی رله شده و وضعیت مدار تغییر میکند.
به صورت ساده:
PLC Output → Relay Coil → Relay Contact → Load
بنابراین مدار کنترل و مدار قدرت میتوانند از یکدیگر جدا باشند.
این جداسازی یکی از مهمترین دلایل استفاده از رله در تابلوهای کنترل صنعتی است.
اجزای اصلی رله
یک رله الکترومکانیکی معمولاً از بخشهای زیر تشکیل شده است:
- Coil یا بوبین
- Common یا COM
- Normally Open یا NO
- Normally Closed یا NC
- هسته و مکانیزم مغناطیسی
- کنتاکتهای الکتریکی
- محفظه و پایه رله
بوبین قسمت فرمان رله است و کنتاکتها قسمت سوئیچینگ آن را تشکیل میدهند.
تفاوت NO، NC و COM در رله
سه ترمینال بسیار رایج در رله عبارتاند از:
COM — Common
ترمینال مشترک کنتاکت است.
NO — Normally Open
در حالت عادی باز است.
وقتی رله فعال شود، COM و NO به یکدیگر متصل میشوند.
NC — Normally Closed
در حالت عادی بسته است.
وقتی رله فعال شود، اتصال COM و NC قطع میشود.
بنابراین یک رله Changeover میتواند امکان انتخاب بین دو وضعیت را فراهم کند.
حالت رله خاموش:
COM ─── NC
حالت رله روشن:
COM ─── NO
رله 24V چیست؟
رله 24V یکی از رایجترین رلهها در اتوماسیون صنعتی است.
وقتی روی رله عبارت 24VDC نوشته شده باشد، بوبین آن برای تغذیه با 24 ولت DC طراحی شده است.
برای مثال:
PLC Output 24VDC → Coil 24VDC Relay
این نوع رلهها در تابلوهای PLC بسیار کاربرد دارند، زیرا 24VDC یکی از ولتاژهای متداول مدار فرمان صنعتی است.
البته باید توجه کرد که عبارت 24V به تنهایی کافی نیست.
باید مشخص شود که بوبین برای:
- 24VDC
- 24VAC
طراحی شده است.
این دو را نباید بدون بررسی مشخصات سازنده جایگزین یکدیگر در نظر گرفت.
رله 220V چیست؟
رله 220V میتواند به دو مفهوم مختلف اشاره کند و همین موضوع باعث اشتباه در انتخاب رله میشود.
ممکن است منظور از آن بوبین 220VAC باشد؛ یعنی رله با اعمال 220 ولت AC فعال شود.
یا ممکن است منظور این باشد که کنتاکت رله توانایی سوئیچ کردن بار 220VAC را دارد.
این دو مشخصه کاملاً متفاوت هستند.
برای مثال ممکن است یک رله دارای:
Coil: 24VDC
و
Contact: 250VAC / 10A
باشد.
در این حالت PLC با 24VDC رله را فعال میکند، اما کنتاکت رله میتواند در شرایط مجاز سازنده، یک بار AC را سوئیچ کند.
بنابراین هنگام انتخاب رله همیشه باید ولتاژ Coil و مشخصات Contact را جداگانه بررسی کرد.
رله PLC یا PLC Relay چیست؟
رله PLC معمولاً به رلهای گفته میشود که در مدارهای PLC برای انتقال یا تقویت سیگنال خروجی استفاده میشود.
یکی از کاربردهای مهم آن، Interposing Relay یا رله واسط است.
برای مثال:
PLC Output
↓
24VDC Relay Coil
↓
Relay Contact
↓
Solenoid / Contactor / Lamp / Valve
در این ساختار PLC مستقیماً بار را سوئیچ نمیکند و رله واسط بین PLC و بار قرار میگیرد.
چرا از رله واسط بین PLC و بار استفاده میشود؟
استفاده از رله واسط میتواند چند مزیت داشته باشد:
جداسازی مدار کنترل و بار
مدار PLC از مدار بار جدا میشود.
تغییر سطح ولتاژ
برای مثال:
PLC: 24VDC
Load: 220VAC
افزایش انعطافپذیری خروجی
با انتخاب رله مناسب میتوان نوع و مشخصات مدار سوئیچشونده را تغییر داد.
حفاظت و نگهداری سادهتر
در برخی تابلوها، تعویض رله واسط نسبت به تعویض بخش خروجی PLC سادهتر است.
البته استفاده از رله همیشه ضروری نیست و باید بر اساس نوع خروجی PLC، جریان بار، فرکانس سوئیچینگ و مشخصات تجهیز تصمیمگیری شود.
انواع رله صنعتی
رلههای صنعتی را میتوان بر اساس ساختمان و کاربرد به چند گروه تقسیم کرد.
رله الکترومکانیکی — Electromechanical Relay
این رله دارای Coil و کنتاکت مکانیکی است.
مزایا:
- ساختار ساده
- امکان سوئیچ AC و DC
- ایزولاسیون مناسب بین Coil و Contact
- قیمت مناسب
- قابلیت استفاده در مدارهای مختلف
محدودیتها:
- وجود قطعات مکانیکی متحرک
- سرعت سوئیچینگ محدودتر
- ایجاد صدا در برخی مدلها
- استهلاک کنتاکت در طول زمان
رله واسط — Interposing Relay
این نوع رله برای ایجاد واسطه بین PLC و تجهیز نهایی استفاده میشود.
مثلاً:
PLC → Interposing Relay → Contactor
یا:
PLC → Interposing Relay → 220VAC Load
رله ماژولار تابلوئی
این رلهها معمولاً به صورت ماژولهای مناسب نصب روی ریل DIN تولید میشوند و در تابلوهای کنترل صنعتی کاربرد زیادی دارند.
SSR — Solid State Relay
رله حالت جامد یا SSR برخلاف رله مکانیکی، از قطعات نیمههادی برای سوئیچینگ استفاده میکند.
مزایای آن شامل:
- عدم وجود کنتاکت مکانیکی
- سرعت سوئیچینگ بالا
- صدای مکانیکی بسیار کم یا بدون صدا
- مناسب برای کاربردهای با سوئیچینگ زیاد
اما SSR نیز محدودیتهای خود را دارد و انتخاب آن باید بر اساس نوع بار AC یا DC، جریان، ولتاژ، روش خنککاری و مشخصات سازنده انجام شود.
تفاوت Relay و SSR
| ویژگی | رله الکترومکانیکی | SSR |
|---|---|---|
| کنتاکت مکانیکی | دارد | ندارد |
| صدای مکانیکی | ممکن است داشته باشد | ندارد |
| استهلاک کنتاکت | دارد | ندارد |
| سرعت سوئیچینگ | معمولاً کمتر | معمولاً بیشتر |
| سوئیچ AC | بله | بله، در مدلهای مناسب |
| سوئیچ DC | در مدل مناسب | فقط مدل مناسب DC |
| کاربرد | عمومی و صنعتی | سوئیچینگ سریع و کاربردهای خاص |
SSR را نباید صرفاً به دلیل «الکترونیکی بودن» جایگزین هر رله مکانیکی دانست. مشخصات بار و نوع کاربرد تعیینکننده هستند.
رله خروجی PLC چیست؟
PLCها معمولاً خروجیهای مختلفی دارند.
سه نوع متداول خروجی PLC عبارتاند از:
- Relay Output
- Transistor Output
- Triac Output
Relay Output
در خروجی رلهای، خود PLC دارای کنتاکت رله داخلی است.
این خروجی میتواند برای برخی بارهای AC و DC مناسب باشد، البته محدوده ولتاژ و جریان باید طبق دیتاشیت PLC بررسی شود.
Transistor Output
خروجی ترانزیستوری معمولاً برای کاربردهای DC استفاده میشود و برای سوئیچینگ سریع بسیار مناسبتر است.
این نوع خروجی در کاربردهای Pulse، Servo، Stepper و High-Speed Output اهمیت زیادی دارد.
Triac Output
خروجی Triac برای بارهای AC استفاده میشود و مانند خروجی ترانزیستوری برای DC مناسب نیست.
تفاوت PLC Relay Output و رله واسط
این دو مفهوم نباید با یکدیگر اشتباه شوند.
در Relay Output PLC، رله داخل خود PLC قرار دارد.
اما در Interposing Relay، یک رله خارجی بین خروجی PLC و بار نصب میشود.
برای مثال:
PLC Relay Output → Load
یا:
PLC Transistor Output → Interposing Relay → Load
انتخاب بین این روشها به مشخصات PLC، نوع بار و نیازهای سیستم بستگی دارد.
رله 24V برای کنترل شیر برقی
یکی از کاربردهای رایج رله در ماشینآلات صنعتی، کنترل شیرهای برقی است.
برای مثال:
PLC Output
↓
24VDC Relay
↓
Relay Contact
↓
Solenoid Valve
در این حالت رله میتواند به عنوان واسطه بین PLC و شیر برقی عمل کند.
اما اگر شیر برقی مستقیماً با خروجی PLC سازگار باشد و جریان آن در محدوده مجاز خروجی قرار داشته باشد، ممکن است نیازی به رله خارجی نباشد.
رله 220V برای کنترل تجهیزات صنعتی
در برخی ماشینآلات، تجهیزات با 220VAC کار میکنند.
برای مثال:
PLC 24VDC
↓
Relay Coil 24VDC
↓
Relay Contact
↓
220VAC Load
در این حالت، قسمت کنترل رله 24VDC است اما کنتاکت رله مدار 220VAC را قطع و وصل میکند.
نکته مهم این است که کنتاکت باید برای نوع بار و ولتاژ موردنظر دارای Rating مناسب باشد.
رله برای کنترل کنتاکتور
در تابلوهای صنعتی معمولاً PLC مستقیماً موتورهای بزرگ را کنترل نمیکند.
ساختار معمول میتواند به این شکل باشد:
PLC
↓
Relay / Output
↓
Contactor Coil
↓
Contactor Main Contacts
↓
Motor
در این ساختار، کنتاکتور وظیفه سوئیچ کردن مدار قدرت موتور را بر عهده دارد.
رله و کنتاکتور از نظر کاربرد و ظرفیت سوئیچینگ یکسان نیستند.
تفاوت رله و کنتاکتور
رله و کنتاکتور هر دو تجهیزات سوئیچینگ هستند، اما کاربرد آنها معمولاً متفاوت است.
رله بیشتر در مدارهای فرمان، سیگنال و بارهای سبکتر استفاده میشود.
کنتاکتور برای سوئیچینگ بارهای قدرت، بهخصوص موتورهای الکتریکی، طراحی شده است.
بنابراین نباید صرفاً بر اساس ولتاژ 220V تصمیم گرفت که یک رله میتواند جای کنتاکتور را بگیرد.
نوع بار، جریان، جریان راهاندازی، تعداد دفعات سوئیچینگ و مشخصات سازنده باید بررسی شود.
مهمترین مشخصات هنگام انتخاب رله
هنگام انتخاب رله صنعتی این موارد را بررسی کنید:
1. Coil Voltage
مثلاً:
- 12VDC
- 24VDC
- 24VAC
- 110VAC
- 220VAC
2. Coil Type
مشخص کنید Coil برای AC است یا DC.
3. Contact Configuration
مثلاً:
- SPST
- SPDT
- DPDT
یا ساختارهای دارای چند کنتاکت.
4. Contact Rating
مثلاً مشخصات مربوط به:
- ولتاژ AC
- ولتاژ DC
- جریان مجاز
- نوع بار
5. نوع بار
بار مقاومتی، موتوری، سلونوئید، لامپ و بارهای الکترونیکی رفتار یکسانی ندارند.
6. تعداد سیکل
برای کاربردهایی که رله مرتباً قطع و وصل میشود، عمر مکانیکی و الکتریکی رله اهمیت بیشتری پیدا میکند.
7. نصب
رله میتواند برای:
- PCB
- Socket
- DIN Rail
- Panel
طراحی شده باشد.
حفاظت رله و Coil
در مدارهای DC، قطع جریان Coil میتواند باعث ایجاد ولتاژ برگشتی شود.
در بسیاری از رلههای DC، استفاده از مدار حفاظت مناسب مانند دیود Flyback یا مدار حفاظتی داخلی میتواند از ایجاد پالس ناخواسته جلوگیری کند.
اما نوع حفاظت باید با نوع Coil و مدار خروجی PLC سازگار باشد.
برای رلههای AC نیز روشهای حفاظت متفاوتی مانند RC Snubber یا Varistor ممکن است مورد استفاده قرار گیرد.
نوع حفاظت باید مطابق مدار و مشخصات سازنده انتخاب شود.
آیا میتوان رله 24V را با 220V روشن کرد؟
خیر، نباید صرفاً بر اساس اینکه رله «رله صنعتی» است، ولتاژ دیگری به Coil آن اعمال کرد.
اگر Coil رله برای 24VDC طراحی شده باشد، اعمال 220VAC به آن میتواند باعث آسیب جدی شود.
همیشه مشخصات درجشده روی بدنه رله و دیتاشیت سازنده را بررسی کنید.
همین موضوع برای رلههای 220VAC نیز صادق است.
آیا رله 220V میتواند بار 220V را کنترل کند؟
ممکن است، اما پاسخ به این سؤال فقط با عبارت «رله 220V» مشخص نمیشود.
باید دو مورد جداگانه بررسی شود:
Coil Voltage
و
Contact Rating
برای مثال یک رله ممکن است Coil 24VDC داشته باشد و Contact آن برای 250VAC مناسب باشد.
بنابراین ممکن است همین رله بتواند با خروجی 24V PLC فعال شود و یک بار AC را سوئیچ کند.
سیمبندی ساده PLC با رله 24V و بار 220V
یک ساختار عمومی میتواند به این شکل باشد:
PLC Output 24VDC → Relay Coil 24VDC
سپس:
220VAC Line → Relay COM
و:
Relay NO → Load → Neutral
با فعال شدن خروجی PLC، رله تحریک شده و مسیر COM و NO بسته میشود.
این دیاگرام فقط یک ساختار مفهومی است و سیمبندی واقعی باید مطابق نوع PLC، رله، بار، حفاظت مدار و استانداردهای ایمنی انجام شود.
اشتباهات رایج در انتخاب رله
اشتباه اول: توجه فقط به ولتاژ 24V یا 220V
باید مشخص شود این عدد مربوط به Coil است یا Contact.
اشتباه دوم: بیتوجهی به AC یا DC
24VAC و 24VDC یکسان نیستند.
اشتباه سوم: انتخاب رله بر اساس جریان نامی بدون توجه به نوع بار
بار موتوری یا القایی میتواند شرایط متفاوتی نسبت به بار مقاومتی داشته باشد.
اشتباه چهارم: اتصال مستقیم بار سنگین به خروجی PLC
قبل از اتصال بار باید ظرفیت خروجی PLC بررسی شود.
اشتباه پنجم: استفاده از SSR بدون بررسی نوع بار
SSRهای AC و DC کاربرد یکسانی ندارند.
اشتباه ششم: نادیده گرفتن حفاظت Coil و بار
مدارهای القایی میتوانند هنگام قطع جریان، ولتاژهای ناخواسته ایجاد کنند.
رله در ماشینآلات بستهبندی
در ماشینآلات بستهبندی، رلهها میتوانند در قسمتهای مختلف سیستم استفاده شوند.
برای مثال:
PLC → Relay → Solenoid Valve
PLC → Relay → Contactor
PLC → Relay → Heater Control
PLC → SSR → Heating Element
Sensor → PLC Input
در یک ماشین بستهبندی که از Servo، Loadcell و کنترل دما استفاده میکند، معمولاً هر قسمت وظیفه مشخصی دارد.
PLC منطق اصلی ماشین را کنترل میکند، Servo حرکت و Positioning را انجام میدهد، Loadcell برای اندازهگیری وزن استفاده میشود و سیستم کنترل دما دمای فرآیند را تنظیم میکند. رلهها نیز میتوانند برای واسط کردن خروجیهای کنترلی با تجهیزات مختلف مورد استفاده قرار گیرند.
رله در تابلو برق PLC
در یک تابلو PLC ممکن است چندین رله در کنار PLC قرار گرفته باشند.
یک ساختار رایج:
PLC
↓
Interface / Interposing Relays
↓
Contactors / Solenoid Valves / Lamps / Other Loads
است.
استفاده از ترمینالهای مناسب، شمارهگذاری سیمها، فیوز یا حفاظت مناسب و جداسازی مدارهای فرمان و قدرت باعث میشود تابلو منظمتر و سرویس آن سادهتر باشد.
چگونه یک رله مناسب برای PLC انتخاب کنیم؟
برای انتخاب صحیح، این ترتیب را دنبال کنید:
- نوع خروجی PLC را مشخص کنید.
- ولتاژ خروجی PLC را بررسی کنید.
- ولتاژ Coil رله را انتخاب کنید.
- AC یا DC بودن Coil را مشخص کنید.
- نوع بار را مشخص کنید.
- ولتاژ و جریان بار را مشخص کنید.
- Contact Rating مناسب انتخاب کنید.
- تعداد کنتاکتهای موردنیاز را مشخص کنید.
- روش نصب را انتخاب کنید.
- شرایط سوئیچینگ و تعداد سیکلها را بررسی کنید.
- حفاظت مناسب را در نظر بگیرید.
- در نهایت دیتاشیت سازنده را بررسی کنید.
جمعبندی
رله یکی از تجهیزات پایه و بسیار مهم در اتوماسیون صنعتی است و در بسیاری از تابلوهای PLC مورد استفاده قرار میگیرد.
رله 24VDC معمولاً برای مدارهای فرمان و ارتباط با خروجیهای PLC بسیار رایج است، در حالی که کنتاکت یک رله میتواند، در صورت داشتن Rating مناسب، مدارهای AC یا DC را کنترل کند.
مهمترین نکته این است که ولتاژ Coil را با ولتاژ Contact اشتباه نگیریم.
برای انتخاب رله باید علاوه بر ولتاژ، مواردی مانند AC یا DC بودن، جریان، نوع بار، ساختار NO/NC، تعداد سیکل، روش نصب و مدار حفاظت نیز بررسی شود.
در سیستمهای PLC، رله واسط میتواند ارتباط بین خروجی PLC و تجهیزاتی مانند کنتاکتور، شیر برقی، چراغ، هیتر و سایر بارها را فراهم کند. برای کاربردهای سوئیچینگ سریع نیز SSR میتواند در شرایط مناسب گزینه متفاوتی باشد.
سوالات متداول
رله صنعتی چیست؟
رله صنعتی یک کلید الکتریکی کنترلشونده است که با دریافت سیگنال از مدار فرمان، یک مدار دیگر را قطع یا وصل میکند.
تفاوت رله 24V و 220V چیست؟
این عبارت معمولاً به ولتاژ Coil اشاره دارد. رله 24V برای Coil با ولتاژ 24 ولت و رله 220V برای Coil با ولتاژ 220 ولت طراحی شده است. با این حال باید مشخصات دقیق روی رله بررسی شود.
آیا رله 24V میتواند برق 220V را کنترل کند؟
اگر Contact رله برای 220VAC و جریان موردنظر مناسب باشد، بله. ولتاژ Coil و Contact باید جداگانه بررسی شوند.
رله واسط PLC چیست؟
رله واسط بین خروجی PLC و بار قرار میگیرد و میتواند برای جداسازی مدارها یا کنترل بارهایی با ولتاژ و مشخصات متفاوت استفاده شود.
تفاوت رله و کنتاکتور چیست؟
رله بیشتر در مدارهای فرمان و بارهای سبکتر استفاده میشود، در حالی که کنتاکتور برای سوئیچینگ مدارهای قدرت، بهخصوص موتورهای الکتریکی، طراحی شده است.
SSR چیست؟
SSR یا Solid State Relay یک رله حالت جامد است که برای سوئیچینگ از قطعات نیمههادی استفاده میکند و برخلاف رله مکانیکی کنتاکت متحرک ندارد.
NO و NC در رله چه هستند؟
NO یعنی Normally Open و در حالت عادی باز است. NC یعنی Normally Closed و در حالت عادی بسته است.
آیا خروجی رلهای PLC به رله واسط نیاز دارد؟
نه همیشه. اگر بار در محدوده مجاز خروجی PLC باشد ممکن است نیازی به رله واسط نباشد. تصمیم باید بر اساس مشخصات PLC و بار گرفته شود.
برای PLC رله 24VDC بهتر است یا 220VAC؟
انتخاب باید بر اساس مدار کنترل و مشخصات خروجی PLC انجام شود. در بسیاری از تابلوهای PLC، 24VDC برای مدار فرمان استفاده میشود، اما انتخاب نهایی باید از روی مشخصات واقعی PLC و رله انجام شود.
پیشنهاد مطالعه مرتبط
برای درک بهتر استفاده از رله در یک سیستم واقعی، میتوان ساختار یک ماشین بستهبندی صنعتی با PLC، Servo Motor، Loadcell و Temperature Control را نیز بررسی کرد؛ در چنین سیستمی مشخص میشود که PLC چگونه بین سنسورها، عملگرها، موتورهای Servo، شیرهای برقی و سیستم کنترل دما هماهنگی ایجاد میکند.
