Многоуровневое управление освещением на базе КТС НПЛ

image

Управление освещением из нескольких мест и многоуровневое управление освещением в жилом секторе становится все более популярным. Стандартные решения — это использование импульсных реле или ПЛК, но есть и другое решение — Комплекс Технических Средств Непрограммируемой Логики (КТС НПЛ) на базе контакторов, здесь я хочу показать, в чем отличие и особенности такого решения.

Техническое задание


Все ниже сказанное имеет смысл для многоуровневого управления нагрузкой без удаленного доступа и без создания сценариев, ибо для таких задач выбор всем очевиден. Функционал рассматриваемых систем: централизованное многоуровневое секционное управление, с сохранением местного управления. Вот фрагмент того, что хочет заказчик, и что нарисовал дизайнер:

image

Вычисление общей стоимости оборудования


Для более показательного анализа, ниже я указал среднюю стоимость оборудования для каждой из систем, также привожу формулу, по которой можно рассчитать общую стоимость оборудования для системы. Естественно в стоимость не входят аппараты защиты, шкаф и т.д.

Общая стоимость оборудования = средняя стоимость оборудования х (количество источников света + количество секций управления).

Система управления освещением на базе ПЛК начального уровня


Состав системы:


Логический модуль, блок расширения логического модуля, промежуточные реле, модульные контакторы.

Характеристики системы:


При неисправности логического модуля — полное отсутствие освещения до устранения неисправности.

Электрическая износостойкость: 100 тыс. циклов для АС-1.
Ограничение максимальной частоты переключения в 2 Гц.
Ограничение количества релейных выходов и количества уровней управления.
Средняя стоимость оборудования 72$.

Система управления освещением на базе импульсных реле


image

Состав системы:


Импульсные реле, модули центрального управления, групповые модули управления.

Характеристики системы:


В случае неисправности, элементы системы выходят из строя по одному.
Электрическая износостойкость: 100 тыс. циклов для АС-1.
Ограничение количества коммутаций: 5-15 переключений в минуту/100 переключений в день.
Ограничение длительности импульса: 50 мс — 1 с.
Ограничение мощности нагрузки.
Вибрации могут привести к самопроизвольному переключению, то есть, при необходимости, установить контакторы в такой шкаф управления уже не получится.
При возрастании количества уровней управления, возрастает сложность построения схемы.
Средняя стоимость оборудования 73$.

Система управления освещением на базе контакторов


image

Состав системы:


Контакторы — каждый блок управления освещением состоит из двух контакторов: первый для включения нагрузки, второй для выключения.

Характеристики системы:


Электрическая износостойкость: 1,4 млн. циклов для АС-3, 150 тыс. циклов для АС-1.
Количество коммутаций в час: 1800 циклов.
При неисправности элементы системы выходят из строя по одному.
Неограниченная мощность подключаемой нагрузки.
Неограниченное количество уровней управления.
При возрастании количества уровней управления системы, схема не усложняется.
Средняя стоимость оборудования 53$.

Сравнение


ПЛК vs. Импульсные реле


Сопоставимость стоимости и ресурса коммутации нагрузки. При использовании ПЛК, при выходе его из строя, вся система освещения будет обесточена до устранения неполадок, но несмотря на это у импульсных реле слишком много недостатков за такую стоимость: ограничения продолжительности импульса, ограничение количества переключений в минуту, ограничения по нагрузке, сложность построения большого количества уровней, ограничения по уровню вибрации.

ПЛК vs. КТС НПЛ на базе контакторов


У КТС НПЛ больший ресурс коммутации нагрузки, возможность построения схемы с любым количеством источников света, любым количеством уровней управления, не усложняя схему, и за меньшую стоимость, при выходе из строя одного из элементов системы, остальная часть системы будет продолжать работать, в отличии от ПЛК.
Поддержать автора
Поделиться публикацией

Комментарии 27

    0
    Ну системой управления это сложно назвать, по сути, у вас те же выключатели освещения, только работающие через контактор для включения мощной нагрузки. Если бы эти контакторы хотя бы фотореле или таймером управлялись, можно было бы говорит о каком-то управлении освещением.
      0
      Имеется ввиду централизованное многоуровневое секционное управление, при сохранении местного управления, как у импульсных реле.
        0

        То есть дистанционное управление отдельными группами освещения плюс местное? А как оно осуществляется? С какого то пульта?

          0
          Секционное управление осуществляется кнопками на входе в дом, в гараж, в левом крыле, в правом крыле: например в гараже на выезде стоят в ряд выключатели каждого бокса, всего гаража, всего здания, уличных розеток и т.д.
      0

      Почему вдруг у ПЛК "Ограничение максимальной частоты переключения в 2 Гц"?


      По поводу сравнения, учитывайте еще:


      • уровень шума при коммутации ПЛК vs Контакторы
      • потребляемая мощность всей схемы в дежурных режимах. Подсказка — контакторы жрут много электричества.
      • общее необходимое место в шкафах под всю схему.
        0
        У Siemens Logo 8 ограничение максимальной частоты переключения в 2 Гц.
        Уровень шума коммутации системы на базе ПЛК зависит от используемых ключей, если это модульные контакторы, то они так же издают звук щелчка, если это твердотельные реле, то и КТС НПЛ можно сделать на твердотельных бесшумных контакторах, это уже вопрос уровня стоимости.
        Энергопотребление модульного контактора 3 Вт, полногабаритного 7-8 Вт, в том и другом случае только при включённом свете, разница незначительная, и всегда можно использовать твердотельные реле/контакторы. В дежурном режиме КТС НПЛ не потребляет электроэнергию, ПЛК потребляет, немного.
        Место в шкафу по модулям требуется примерно одинаковое, под контакторы конечно требуется более глубокий шкаф с монтажной панелью.
          0

          Давайте как-то сразу договоримся — сравнивать конкретную систему с конкретной. Не нравится мне, когда появляются фразы "можно сделать на", "всегда можно использовать" и т.д. Это значит, что стоимость решения и другие характеристики сразу надо пересчитывать и весь смысл сравнения теряет смысл.


          Уровень шума коммутации системы на базе ПЛК зависит от используемых ключей, если это модульные контакторы, то они так же издают звук щелчка, если это твердотельные реле, то и КТС НПЛ можно сделать на твердотельных бесшумных контакторах, это уже вопрос уровня стоимости.

          Вы писали, что система на ПЛК тоже использует модульные контакторы на выходе. Тогда почему у вас вдруг получился разный ресурс для систем на ПЛК и на контакторах?


          Энергопотребление модульного контактора 3 Вт, полногабаритного 7-8 Вт, в том и другом случае только при включённом свете, разница незначительная, и всегда можно использовать твердотельные реле/контакторы.

          Вы писали: каждый блок управления освещением состоит из двух контакторов: первый для включения нагрузки, второй для выключения


          Какая тогда логика работы у этих двух контакторов?

            0
            Электрическая износостойкость ПЛК ограничена износостойкостью промежуточных реле: 100 тыс. циклов для АС-15 и модульных контакторов 100 тыс. циклов для АС-1/АС-3, у полногабаритных контакторов характеристики другие: 1,4 млн. циклов АС-3, 150 тыс. циклов АС-1.
            Логика работы контакторов: КМ1 при подаче сигнала коммутирует цепь, КМ2 при подаче сигнала разрывает цепь.
              0
              Электрическая износостойкость ПЛК ограничена износостойкостью промежуточных реле.

              Которая дана для определенной максимальной нагрузки. Когда вы используете модульные контакторы в качестве нагрузки, там цифры увеличиваются в разы.
              Модульные контакторы имеют те же принципы пересчета износа.


              Логика работы контакторов: КМ1 при подаче сигнала коммутирует цепь, КМ2 при подаче сигнала разрывает цепь.

              Вы используете какие-то бистабильные контакторы? Или самоподпитку? Или я что-то не понял схему работы. Что будет, если групповой блок управления освещением накроется и будет выдавать остальным блокам сигнал на вкл или выкл постоянно?

                0
                Как вы можете заметить, здесь все значения даны для номинального тока, исходя из категории нагрузки, если вы таким образом хотите сказать, что при номинальном токе 16А модульный контактор скоммутирует нагрузку освещения мощностью 100 Вт большее число циклов, чем 100 тыс., то и полногабаритный контактор скоммутирует такую нагрузку больше, чем 1,4 млн. циклов, мне не совсем понятно, что и как вы хотите пересчитать.
                Я указал ссылку на контакторы в начале статьи, принципиальную электрическую схему выкладывать намерений не имею.
                Если выйдет из строя групповой блок управления, достаточно переключить питание группового блока управления, можно вручную, можно автоматизировать этот процесс, он просто не будет работать до устранения неисправности, остальные части системы будут работать.
                  0
                  Как реализуется управление на ПЛК, допустим, понятно всем.
                  Для импульсных реле приведена схема из инструкции.
                  Для вашего решения есть только картинка из пэинта и фраза «принципиальную электрическую схему выкладывать намерений не имею». Поиск в гугле по запросу «КТС НПЛ» ведёт только на эту статью.
                  В чем тогда смысл всех ваших рассуждений? Статья — не образец для повторения, не описание конструкции и даже не реклама вас как электрика.
                  Заказчику принципиалку щита тоже не дадите?
                    0
                    Смысл моих рассуждений в том, чтобы показать, что существует и такой метод, схему вполне можно разработать на основании данных статьи. Принципиальная схема для заказчика является платной.
                    0
                    мне не совсем понятно, что и как вы хотите пересчитать

                    Я хочу сказать, что если пересчитать количество циклов для реально подключенной нагрузки, особенно если ПЛК коммутирует всего лишь катушку контактора, а не номинальную нагрузку, то вы легко выйдете на 500+ тысяч циклов. При 20 переключениях в день это ресурс работы на 68 лет, что делает сравнение по ресурсу бессмысленным.


                    Теперь резюмируя:


                    • Если сравнивать модульные контакторы с теми, что вы привели, то последние будут гораздо ощутимее щелкать, а точнее клацать. Это указано в их технических характеристиках и из-за открытой подвижной части. Мы применяем такие контакторы и хочу сказать в жилом помещении им не место.
                    • Потребляемая мощность — я так и не увидел схемы, но если учесть, что групповые блоки управления должны быть постоянно включены, если хоть кто-то есть дома, они будут потреблять, даже если свет выключен.
                    • По поводу выхода из строя — вы все-таки юлите. Можно и с ПЛК доавтоматизироваться до того уровня, что все остальное будет работать, если он выйдет из строя. Или переключить питание на другой ПЛК. В вашем случае групповой блок управления — единая точка отказа, как ни крути, или объясняйте принцип вашей схемы, почему это не так.
                      0
                      У ПЛК Schneider Zelio Logic ресурс 500 тыс. циклов для АС-21/22, но у промежуточных реле ресурс 100 тыс. циклов для АС-15, и у модульных контакторов 30-150 тыс. циклов для АС-1/3, я произвёл сравнение систем, а не отдельно взятого элемента, а вы зачем-то сравниваете отдельно взятые элементы. Расчётный ресурс системы на базе ПЛК 100 тыс. циклов, далее нужна замена элементов, а расчётный ресурс КТС НПЛ на базе контакторов 1,4 млн. циклов, и это имеет смысл.
                      Безусловно, в небольшой квартире, в прихожей, ставить шкаф управления с электромагнитными контакторами, как с модульными, так и с полногабаритными, вряд ли кто захочет, чаще всего ставят просто ПЛК с релейными выходами на нагрузку, при этом ресурс 25 тыс. циклов. А вот если есть куда поставить шкаф управления (в просторной квартире или коттедже), тогда уже можно ставить электромагнитные контакторы. И для поклонников абсолютной тишины в маленьких уютных квартирах, существуют твердотельные реле/контакторы, но это уже другая история.
                      Групповые блоки управления КТС НПЛ в дежурном режиме не потребляют электроэнергию, только, если включён свет.
                      По поводу выхода из строя — достаточно в ручном режиме выключить один автоматический выключатель и включить другой, при этом ничего дублировать не нужно, в случае с ПЛК, при выходе его из строя вы не сможете управлять освещением, если только не продублируете сам ПЛК, все релейные выходы, а дублирование системы на базе ПЛК, это уже совсем другая стоимость оборудования и монтажа.

                        0
                        я произвёл сравнение систем, а не отдельно взятого элемента, а вы зачем-то сравниваете отдельно взятые элементы.

                        Потому что ресурс всей цепи будет определяться ресурсом наиболее слабого элемента, не так ли?


                        Просто все эти разговоры о "расчетном ресурсе" имеют мало смысла: во-первых при нормальных условиях даже 100 тыс срабатываний в квартире не наступят и за 20 лет, а дальше вы поменяете оборудование все равно, так как оно устарело, неважно износилось оно или нет.
                        А во-вторых — 100 тысяч — это электрический ресурс при номинальном токе и определенной нагрузке. Но если контакты реле коммутируют катушку другого реле или контактора — то ресурс будет гораздо выше и достигает значений, которыми можно пренебречь. В итоге общий ресурс схемы будет определяться только нагрузкой и правильным выбором силовых контакторов, а о ресурсе промежуточных реле или выходов ПЛК можно забыть.


                        Групповые блоки управления КТС НПЛ в дежурном режиме не потребляют электроэнергию, только, если включён свет. По поводу выхода из строя — достаточно в ручном режиме выключить один автоматический выключатель и включить другой

                        Извиняюсь, но тут без точной схемы никак. Так что пока останусь при своем мнении.


                        в случае с ПЛК, при выходе его из строя вы не сможете управлять освещением, если только не продублируете сам ПЛК, все релейные выходы, а дублирование системы на базе ПЛК, это уже совсем другая стоимость оборудования и монтажа.

                        Ну почему же? Есть гораздо более экономные способы перехода на ручное управление при отказе ПЛК. Дублирование тоже можно осуществить разными, в том числе и достаточно простыми способами — например иметь в запасе еще одну плату входов/выходов или контроллер, если они модульные. Тогда стоимость системы возрастает только на стоимость запасных частей. В 99% случаев в АСУ ТП поступают именно так.

                          0
                          Естественно ресурс определяется ресурсом наиболее слабого элемента.
                          Приведите свою методику расчета, по которой получается, что 100 тыс. циклов хватает на 20 лет работы оборудования.
                          Если вы сами занимаетесь проектированием АСУ ТП, то можете составить такую схему, если не можете, и при этом так скептически относитесь, то стоит уделить время самообразованию, а не комментариям подобного рода.
                          Я вам и говорю, что придётся продублировать логический модуль и блоки расширения с релейными выходами, а это значительное удорожание.
                          Давайте посчитаем:
                          Логический модуль с 4 релейными выходами 150$
                          Модуль расширения с 16 релейными выходами 121$
                          Если нам нужно управлять 55 нагрузками, то получаем 813$, добавьте к этому место в шкафу управления, дополнительную стоимость монтажа.
                          В случае с КТС НПЛ на базе контакторов, нужен только дополнительный автоматический выключатель/переключатель на каждый групповой блок управления.
                            0
                            Приведите свою методику расчета, по которой получается, что 100 тыс. циклов хватает на 20 лет работы оборудования.

                            Ну подумайте сами — даже если выключателем будут клацать по 10 раз за день, то общее число срабатываний будет 3650 в год и 100 тысяч циклов хватит на 27 лет. В реальности в жилом помещении даже 10 раз в день — это много, кроме туалетов, разве что.

                              0
                              10 раз в сутки включить/выключить светильник в коттедже, где живет большая семья это невероятно малое количество, вы совсем не принимаете в расчёт детей, гостей, количество человек, зимнее время, когда большую часть суток темно и т.д., в реальности коммутации будут значительно чаще 10 раз в сутки, к тому же будут так сказать пики коммутаций, например на праздниках, только представьте что могут сделать за день ваши дети и их друзья.
                                +1

                                Ну тогда давайте сразу учитывать и отпуска, когда коммутаций не будет вообще и летнее время, когда светло допоздна, а утром свет вообще не нужен. На праздниках в вечернее время свет просто включается везде. Зачем им клацать — это же не светомузыка?


                                Но даже это не имеет значения, если посмотреть на требования к бытовым выключателям, которые и осуществляют управление освещением. Например по этому ГОСТу — 40000 срабатываний.
                                И вы хотите сказать, что 100 тысяч — это мало?

                                  0
                                  Возьмем хотя бы 30 циклов в день, для семьи это более, чем реально, что тогда получаем:
                                  Ресурс системы на ПЛК 9,13 лет
                                  Ресурс КТС НПЛ на базе контакторов 127 лет
                                  Надеюсь вы понимаете, что это условные расчетные данные, производитель даёт гарантию 1 год на изделие, и чем больше ресурс, тем больше шансов, что изделие проработает дольше.
          0
          Й
            0
            Автор, ответьте на вопрос: «Почему АСУ ТП строят на ПЛК?» В АСУ ТП количество переключений на порядок больше, чем количество переключений лампочек в доме.

            Просто Вам внутренняя жаба не позволила потратить много денег. И не надо вводить в заблуждение.
              0
              При чем здесь я? Изначально в техническом задании было требование обойтись без ПЛК.
              АСУ ТП строят и на аппаратных средствах жесткой логики, как например Физприбор для АЭС, так и на промышленных сериях ПЛК, здесь речь о ПЛК начального уровня.
                0

                Боюсь заказчик окажется неудовлетворен таким решением, по причинам, указанным выше.


                В вашем случае, если уж надо обойтись без ПЛК, то все стоит сделать на базе простейшей контактно-релейной логики. Эта технология разработана давно, успешно везде применяется и позволяет легко синтезировать все нужные автоматы состояний, а потом еще и легко переносится в ПЛК, при необходимости. А не изобретать велосипед с КТС НПЛ.


                В данном случае подход был бы очень простым: контакторы или модульные контакторы — только на выходе для коммутации нагрузки, а для логики — малогабаритные многоконтактные реле. Уверен, что так получится еще более экономная схема, так как в ней количество силовых контакторов равно количеству нагрузок, а не дублировано, как у вас, и нет двойных разрывов силовой цепи, как в случаях с групповыми блоками. Надежностью стоит пренебречь, так как чтобы убить реле, это надо постараться.

                  0
                  Заказчик удовлетворён таким решением, более того, он сам по роду деятельности постоянно имеет дело с АСУ ТП.
                  У нас есть схема на реле, достаточно скоро я опубликую материал.
                  Вы предлагаете заменить один электромагнитный контактор на электромагнитное реле, а второй оставить, какой в этом смысл, если у реле ресурс 100 тыс. циклов, и по стоимости это будет сопоставимо.
                    0
                    Вы предлагаете заменить один электромагнитный контактор на электромагнитное реле, а второй оставить, какой в этом смысл, если у реле ресурс 100 тыс. циклов, и по стоимости это будет сопоставимо.

                    Шум, размер и потребляемая мощность. По ресурсу писал выше.

                      0
                      Про шум и размер мы уже с вами выяснили, что электромагнитные контакторы есть смысл устанавливать в просторную квартиру/коттедж, а не в прихожую небольшой квартиры, для этого больше подходят твердотельные реле/контакторы, или малогабаритные реле, и в скором времени опубликую материал по КТС НПЛ на базе реле, но там уже другой ресурс.
                      Потребляемую мощность чего именно с чем вы хотите сравнить?
                      Приводите методику расчёта, ваши слова «чтобы убить реле, это надо постараться» не являются методикой расчета.

            Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

            Самое читаемое