Kritikus tervezési követelményeknek való megfelelés mechanikus gombokkal és kapcsolókkal

Az érintőképernyők és a membránkapcsolók jól használhatók a grafikus alapú és alacsony profilú vezérlőfelületi kialakításokban. Egyes alkalmazási esetekben azonban megkövetelt, hogy a tervezők a biztonságot, a könnyű hozzáférést, a nagy feszültségek vagy áramok kapcsolását, rendszerindításkor egy ismert konfiguráció előhívását vagy a robusztusságot helyezzék előtérbe. Ilyen helyzetekben gyakran ideális mechanikus kapcsolókat és gombokat használni, de a tervezőknek körültekintőknek kell lenniük a kiválasztásukkor.

A mechanikus kapcsolóknak számos típusa létezik, amelyek formájuk, típusuk, méretük, funkciójuk, áramátviteli képességük és mechanikai viselkedésük tekintetében eltérnek egymástól. Ez a cikk a kiválasztási paramétereket tekinti át, valamint néhány legújabb eszközt használva példaként útmutatást ad a tervezők számára, hogy azok hogyan alkalmazhatók a legjobban.

Megfelelő kapcsoló vagy gomb kiválasztása

Amikor dönteni kell, hogy melyik kapcsoló lenne a megfelelő, először is meg kell határozni a rendszerrel szemben támasztott követelményeket. Ha mechanikus kapcsolót szeretnénk találni egy alkalmazási esetre, először meg kell állapítani az ergonómiai és fizikai igényeknek megfelelő kapcsolóformát, majd egy olyan elektromos és környezeti specifikációkkal rendelkező kapcsolót kell választani, amely a megkövetelt méretformátumnak is megfelel.

Vészleállítás

Ha a biztonság biztosításáról van szó, akkor ennek nyilvánvaló példája a vészleállító gomb. Sok ipari rendszernél feltétlenül lennie kell egy olyan nagyméretű piros vagy narancssárga gombnak, amelyen nagy betűkkel, jól olvashatóan a „Vészleállítás" felirat szerepel. Ennek a gombnak jól látható és könnyen elérhető helyen kell lennie, könnyen lenyomhatónak kell lennie, és egyértelmű taktilis visszajelzést kell adnia a kapcsolási művelet befejeződéséről. Ezen kritériumnak való megfelelés hiánya egyes ipari környezetekben veszélyes lehet.

A Lumotast 16 vészleállító nyomógomb a RAFI USA-tól egy kiváló megoldás erre az alkalmazási esetre. Ez a normál esetben nyitott (záróérintkezős/NO) gomb az ismerős gomba alakú fejjel rendelkezik (1. ábra). Amikor a kezelő kezével rácsap erre a gombra, a két ezüstérintkező összeér, reteszelődik, és akkor is érintkezésben maradnak, miután a kezelő leveszi a kezét. Ahhoz, hogy a gombot visszaállítsuk nyitott állásba, a fejet el kell forgatni valamelyik irányban.

1. ábra: A RAFI USA Lumotast 16 vészleállító gomb egyszerűen felszerelhető, és a szabványos 16,2 mm-es szerelőfuratokba könnyen beilleszthető (kép: RAFI)

A Lumotast 16 akár 6 amper és 250 watt teljesítmény átvitelére is alkalmas, és kialakításának köszönhetően működése nagyfokúan megbízható. Belső kialakítása szerint a kapcsoló három párhuzamos redundáns érintkezővel rendelkezik, így ha az egyik érintkezőpáros meghibásodik, a másik kettő biztosítja a megbízható leállítást. A zárt állapotba került érintkezők vizuális megerősítéséhez a kapcsoló huzalozása olyan, hogy aktivált állapotban élénkpirosan világít. Az elülső oldal IP67-es védettségű, így a zord ipari környezetek nagy részében használható.

30 milliméteres gombátmérőjével a Lumotast 16 elég nagy ahhoz, hogy ipari vezérlőpanelekben is használható legyen, de még mindig elég kicsi ahhoz, hogy akár a kézi vezérlőkön is elférjen.

A Lumotast 16 beszereléséhez először győződjön meg arról, hogy a kapcsoló helye alatt 18 mm-es beépítési mélységű szabad tér van. Fúrjon egy 16,2 mm-es szerelőfuratot. Helyezze rá a fekete betűs „Emergency Stop” feliratú, a szerelőfurat letakarására szolgáló sárga színű gallért a szerelőfurat tetejére. Ezután helyezze a Lumotast 16 kapcsolót a rögzítőfuratba és rögzítse a mellékelt lapos anya segítségével. Bekötéskor a huzalokat az alján található két szabványos, gyorscsatlakozós apa villás sarukhoz kell csatlakoztatni.

Vandálbiztosság

Egy másik fontos alkalmazási terület mechanikus nyomógomboknál a vandalizmus elleni védelem. A vandálbiztos kapcsolóknak ellen kell állniuk a kapcsolószerkezet szándékos megrongálására irányuló kísérleteknek, például többszöri kalapácsütésnek vagy a kapcsoló felfeszítésére irányuló kísérleteknek.

Vandálbiztos alkalmazásra az E-Switch a PVA3H2B0SS3R1 jelű, SPDT kapcsolási áramkörű, vandálbiztos, megvilágított nyomógombos kapcsolót gyártja. Ez egy 2 amperes, 36 voltos, egyenáramú, IP65-ös védettségű kapcsoló. RGB színekkel világítani képes gyűrűvel rendelkezik, és alacsony profilú kialakításának köszönhetően ellenáll a vandalizmussal szemben (2. ábra).

2. ábra: Az E-Switch PVA3 kapcsolója piros világító peremmel. Szinte teljesen síkban építik be a panelekbe, így vandálbiztosabb, mint a magasabb profilú kapcsolók (kép: E-Switch)

Beszerelését követően ez a kapcsoló szinte teljesen síkban van a panellel, és bármely 16 mm-es furatba beszerelhető. Győződjön meg arról, hogy a beépítési helyen elegendő tér áll rendelkezésre a huzaloknak az alulsó érintkezőkhöz való csatlakoztatásához. Ez egy négy érintkezős SPDT típusú kapcsoló, amely további három LED érintkezővel rendelkezik az RGB megvilágításhoz, közös földeléssel. Ez összesen nyolc csatlakozást jelent, amelyek bekötését a panel alatt kell megvalósítani. Tervezze meg a panel elrendezését úgy, hogy az összes csatlakozást könnyen meg lehessen valósítani a csatlakozó huzalok összenyomása vagy meghajlítása nélkül.

A szerelőpanel vastagsága 1 és 8 mm között lehet, a vastagabb panelek azonban erősebb védelmet nyújtanak a vandalizmus ellen.

Válassza ki az alkalmazási célnak megfelelő kialakítású PVA3 kapcsolót, amely lehet pillanatkapcsoló vagy reteszelő kapcsoló. Állítsa bekapcsolt állapotba a kapcsolót úgy, hogy a működtető gombot benyomja a kapcsoló testébe. Ha a működtető elem síkban van a kapcsoló peremével, akkor a gomb aktív (bekapcsolt) állapotban van, míg ha a működtető elem magas, akkor a gomb inaktív.

A kapcsoló állapotáról tájékoztató vizuális visszajelzéshez használjon mikrovezérlő vagy programozható logikai vezérlő (PLC) által vezérelt jeleket, amelyekkel a világító jelzőgyűrűben lévő piros, zöld és kék LED-ek kapcsolhatók. Egyedi színek létrehozásához csatlakoztassa a LED-eket egy mikrovezérlő vagy egy PLC impulzusszélesség-modulált kimeneteihez.

A kapcsoló házának és működtető elemének anyaga választható, és lehet nikkel vagy rozsdamentes acél, ami további vandálbiztosságot biztosít.

Konfiguráció kiolvasása rendszerindításkor

Néha a kapcsolókra nem a felhasználó általi működtetés céljából van szükség, hanem a rendszer háttérben zajló felállásához vagy konfigurálásához. Bár az EEPROM vagy a flash memória biztosíthat nem-illékony tárolást, amely egy rendszer indításakor kiolvasható, néha a konfigurációt vizuálisan is meg kell erősíteni a rendszer bekapcsolása előtt. Ilyen esetekre a fejlesztők már évek óta a népszerű 8 állású DIP-kapcsolókat használják, mint amilyen például az A6FR-8101 az Omron Electronics-tól (3. ábra).

3. ábra: Az Omron A6FR sorozatú, rövid kapcsológombokkal (billentyűkkel) rendelkező DIP-kapcsolói furatszerelt technológiás kialakításúak és foglalatokba vagy nyomtatott áramköri lapokba szerelhetők (kép: Omron)

Ezeket a DIP-kapcsolókat akkor használják, ha a rendszer konfigurációs vagy bootolási paramétereit be kell állítani még a rendszer bekapcsolása előtt. Bár a DIP-kapcsolók átállítása ujjakkal is megoldható, ez egyszerűbben elvégezhető egy toll vagy csavarhúzó segítségével. A kapcsolók kaphatók rövid vagy hosszú kapcsológombos (billentyűs) változatokban, és 16 tűs DIP foglalatokba szerelhetők vagy közvetlenül nyomtatott áramköri lapokra forraszthatók. A régebbi DIP-kapcsolók kialakításával ellentétben az A6FR kettős csúszókontaktusokat használ a kontaktusok nagy megbízhatóságú zárásának illetve a kapcsolat bontásának biztosításához. Ezeket a DIP-kapcsolókat 24 voltos egyenfeszültségen névlegesen 25 mA erősségű áram átvitelére tervezték, így digitális áramkörökhöz alkalmasak.

Nagyfeszültség és áram kapcsolása

Néha egyszerűen csak feszültség és áram határozott kapcsolására van szükség. Ahhoz, hogy egy lágy membránnal rendelkező kapcsoló erős áramokat tudjon kapcsolni egy köztes elválasztó (illesztő) áramkörre van szükség, ami szükségtelenül bonyolíthatja a működést, különösen akkor, ha a kapcsolás nem függ más rendszerektől. Ilyen esetekben egy billenőkapcsoló nagy megbízhatósággal képes biztosítani a feszültségek és az áram biztonságos kapcsolását.

Például, az E-Switch kínálatában szerepel az RA811C1121 jelű robusztus világító billenőkapcsoló (4. ábra), amely 16 amper erősségű áramot képes kapcsolni 125 volt váltakozó feszültségen.

4. ábra: Az E-Switch RA8 sorozatú billenőkapcsolóiban egy műanyag elválasztó elem található, amely megakadályozza a két érintkező véletlen rövidre záródását. Széles választék áll rendelkezésre, beleértve a színeket, az egyenes vagy derékszögű érintkezőket és kapcsolási áramköröket (kép: E-Switch)

Az E-Switch RA8 sorozat tagjai egy 19 x 13 mm-es téglalap alakú lyukba szerelhetők. Bár a billenőkapcsolókat egyszerű használni, prototípusok készítésekor általában a legnehezebb rész egy téglalap alakú lyuk létrehozása, ahová a billenőkapcsolót be kell pattintani. Gyakori módszer, hogy erre a téglalap alakú lyuk szélességénél valamivel kisebb, ebben az esetben egy 13 mm-es méretű fúrószárat használnak. Először rajzolja meg ceruzával a téglalap alakú nyílást, majd fúrjon két szomszédos lyukat a panelbe, ügyelve arra, hogy a ceruzavonalakon belül maradjon. Ezután egy fémreszelő segítségével reszelje le az éles széleket, létrehozva így a téglalap alakú lyukat.

Az RA8 durva ipari környezetekben is használható. Üzemi hőmérséklettartománya -20 és +85 °C között van, és PVC sapkájával együtt IP54-es védettségű. A 30 mΩ átmeneti ellenállásának köszönhetően a hőterhelés minimális nagy feszültségeknél.

Nagyfeszültségű kapcsolókkal való munka során ügyelni kell arra, hogy a véletlen rövidzárlatok elkerüléséhez az érintkezők legyenek távol egymástól. Az RA8 megkönnyíti ezt azzal, hogy az érintkezők fizikai elkülönítésére rendelkezik egy műanyag elválasztó elemmel.

Bár feszültség alatt álló kotaktusok bekötése erősen nem ajánlott, termelési környezetekben ez néha elkerülhetetlen, és habár kialakításának köszönhetően az RA8 csökkentheti a feszültség alatti huzalozások során bekövetkező balesetek esélyét, minden biztonsági óvintézkedést meg kell tenni, beleértve a szigetelő kesztyű viselését is.

Összegzés

Mechanikus kapcsolókat használni bizonyos helyzetekben helyénvaló, beleértve a nagy feszültségek kapcsolását, biztonságtechnikai célú alkalmazásukat, az egyszerű hozzáférhetőség biztosítását vagy ezek kombinációját. Mechanikus kapcsolók esetében széles a választási lehetőség, és egy megfelelő típus mellett való döntés nyugalmat biztosíthat mind a tervező, mind a végfelhasználók számára.