Когда в руках оказывается электромагнитное реле, вы слышите тот самый отчетливый щелчок — звук целой эпохи.
Задолго до появления умного чайника с Wi-Fi и масштабных SCADA-систем инженеры прошлого века разрабатывали автоматизированные механизмы, основанные на реле, шаговых искателях и булевой логике.
Без микропроцессоров, без языков высокого уровня, без удалённых OTA-обновлений — только электромеханика.
Как только замыкались и размыкались контакты, поезда отправлялись в путь, турбины начинали вращаться, а абоненты слышали звонки. Давайте проследим эволюцию релейной автоматики до появления ПЛК и оценим её вклад в историю промышленности.
Рождение реле
Первые электромагнитные реле появились около 1830–1832 годов. Одни источники приписывают их создателем Павлу Шиллингу, другие — Джозефу Генри. Оба учёных стремились усовершенствовать телеграф, решая проблему слабого сигнала на длинных линиях.
На слишком затухающем токе телефонного аппарата соленоид притягивал металлический якорь, замыкая или размыкая контакт, приводя в действие печатный механизм с точками и тире. Таким образом реле выполняло роль первобытного усилителя и средства дискретизации сигнала — его либо было, либо не было, что удобно для телеграфной ленты.
Железнодорожные блокировки
Телеграф тесно пересекался с развитием железных дорог, и инженеры перенимали идеи друг у друга. В 1870 году Уильям Робинсон испытал в Киндзуа (Пенсильвания) первую открытую сигнальную систему (open track circuit), прототип современных блокировок.
Участок пути подключался к электрической цепи: когда поезд въезжал на него, колёса замыкали рельсы, реле срабатывало и устанавливало запрещающие сигналы, а стрелки автоматически блокировались, предотвращая столкновения.
Принцип «если поезд на участке, то реле замкнуто, если нет — разомкнуто» позволял строить сложную логику с множительством каскадов. С введением замкнутых контуров (Closed Track Circuits) система постоянно контролировала напряжение, что существенно повысило надёжность.
Релейная защита энергосистем
К концу XIX века электричество перестало быть диковинкой и стало критичным ресурсом, требуя новых способов защиты генераторов от перегрузок. Основные угрозы — короткие замыкания, неравномерная нагрузка, рассинхронизация генераторов и прочие аварийные ситуации.
Для автоматического отключения неисправных участков Westinghouse и General Electric внедрили токовые реле: превышение порогового тока притягивало якорь и разрывало цепь, отключая генератор или сигнализируя оператору. Чтобы погасить мощную дугу при размыкании, контакты помещали в масло или инертный газ.
Так сформировалось направление релейной защиты. Появилась классификация:
- Защитные реле отключают повреждённые участки при аварии.
- Контрольные реле фиксируют состояние оборудования и индицируют сбои.
- Управляющие реле включают и выключают агрегаты, а иногда регулируют параметры (уровень жидкости, давление).
- Коммутационные реле перераспределяют нагрузку по линиям и обеспечивают резервирование.
Автоматические телефонные станции
В 1891 году Элмон Браун Строуджер запатентовал коммутатор Strowger, позволивший автоматически устанавливать соединение без оператора. Контактный щуп перемещался по матрице абонентов, а дисковый номеронабиратель генерировал нужное число импульсов для каждой цифры.
Идея быстро распространилась, эволюционировав в декадно-шаговые искатели — сложные коммутаторы, которые ещё долгое время применялись в АТС и АСУТП.
Интеллект в городских системах
В 1923 году Гарретт Морган запатентовал первый трёхцветный светофор. Городские перекрёстки объединяли в сети, где реле срабатывали по таймеру с принципом «или», что исключило рассинхрон на соседних светофорах.
Тогда же начали автоматизировать центральные водопроводы. В 1910–1920-е годы AEG и Siemens модернизировали систему Берлина, используя центробежные насосы и реле для поддержания постоянного давления без водонапорных башен.
Это был один из первых примеров «умного города». Интеллект на реле позволил координировать работу критической инфраструктуры.
Во второй части мы расскажем, как появились полнофункциональные релейные контроллеры и узнаем, как эта технология выжила в эпоху ПЛК.
