Butoanele și comutatoarele mecanice răspund cerințelor critice de proiectare

Ecranele tactile și comutatoarele cu membrană sunt utile pentru panourile de control vizuale și cu profil redus. Cu toate acestea, unele aplicații necesită ca proiectanții să pună accentul pe siguranță, pe ușurința accesului, pe comutarea tensiunilor sau a curentului ridicat, pe o configurație cunoscută la pornire sau pe robustețe. Pentru astfel de situații, comutatoarele și butoanele mecanice sunt adesea ideale, dar proiectanții trebuie să aleagă cu grijă.

Există numeroase tipuri de comutatoare mecanice cu variații în ceea ce privește forma, stilul, dimensiunea, funcția, capacitățile de alimentare și comportamentul mecanic. Acest articol îi va ajuta pe proiectanți să trieze parametrii de selecție și să aleagă cel mai bun mod de a aplica unele dintre cele mai recente dispozitive.

Care comutator sau buton?

Pentru a decide ce comutator este potrivit, mai întâi trebuie să determinați cerințele sistemului. Pentru a găsi un comutator mecanic pentru o aplicație, mai întâi găsiți factorul de formă al comutatorului care se potrivește nevoilor ergonomice și fizice, apoi alegeți un comutator cu specificațiile electrice și de mediu adecvate, care se potrivește factorului de formă.

Oprire de urgență

Un exemplu evident de siguranță este butonul pentru oprire de urgență. Multe sisteme industriale trebuie neapărat să aibă un buton mare, roșu sau portocaliu, pe care scrie „Oprire de urgență” cu litere mari și ușor de citit. Acest buton trebuie să se afle într-o poziție evidentă și ușor accesibilă, trebuie să fie ușor de apăsat și să ofere un feedback tactil clar care să indice că funcția de comutare a fost realizată. Nerespectarea acestor criterii poate fi periculoasă în anumite medii industriale.

O soluție excelentă pentru această aplicație este butonul de oprire de urgență Lumotast 16 de la RAFI USA. Acest buton NO (normal deschis) are forma cunoscută a unui buton mare, conic, de ciupercă (Figura 1). Atunci când un operator apasă puternic cu mâna pe acest buton, cele două contacte argintii se conectează, se blochează și rămân în contact chiar și atunci când operatorul își îndepărtează mâna. Pentru a readuce butonul în poziția deschisă, capul ciupercii se rotește în orice direcție.

Figura 1: butonul pentru oprire de urgență Lumotast 16 de la RAFI USA este simplu de instalat și se potrivește cu ușurință într-o gaură de montare standard de 16,2 mm. (Sursa imaginii: RAFI)

Lumotast 16 poate suporta până la 6 amperi și 250 de wați și este proiectat pentru o funcționare de înaltă fiabilitate. Designul comutatorului interior prezintă trei contacte redundante în paralel, astfel încât, dacă un set de contacte nu se conectează, celelalte două garantează un eveniment de oprire sigur. Pentru a oferi o confirmare vizuală a unei conexiuni, comutatorul este cablat pentru a se aprinde în roșu intens atunci când este activat. Partea frontală are un grad de protecție IP67, ceea ce înseamnă că este potrivit pentru majoritatea mediilor industriale dure.

Cu un diametru al butonului de 30 de milimetri (mm), Lumotast 16 este suficient de mare pentru a fi utilizat în panourile de control industrial și este încă suficient de mic pentru a fi implementat în cutiile de control portabile.

Pentru a instala Lumotast 16, asigurați-vă mai întâi că există o adâncime de montare de 18 mm sub locul unde va fi amplasat comutatorul. Faceți o gaură de montare de 16,2 mm. Așezați colierul galben al orificiului de montare cu inscripția „Emergency Stop” (Oprire de urgență) cu litere negre deasupra orificiului de montare. Apoi introduceți comutatorul Lumotast 16 în orificiul de montare și fixați-l cu ajutorul piuliței inelare de montare incluse. Conexiunile cablurilor se fac la cele două terminale tată de conectare rapidă standard de pe partea inferioară.

Rezistența la vandalizare

O altă aplicație importantă pentru butoanele de apăsare mecanice este protecția împotriva vandalizării. Comutatoarele cu protecție la vandalizare trebuie să reziste la încercările deliberate de spargere a construcției comutatorului, cum ar fi loviturile repetate cu un ciocan sau încercări de forțare a desprinderii comutatorului.

Pentru aplicațiile cu protecție la vandalizare, E-Switch produce comutatorul cu buton iluminat PVA3H2B0SS3R1 SPDT rezistent la vandalizare. Acesta este un comutator de 2 amperi, 36 volți c.c., clasificat la IP65. Are un inel de iluminare RGB, iar profilul său redus îl face mai rezistent la vandalizare (Figura 2).

Figura 2: comutatorul E-Switch PVA3 cu ramă iluminată în roșu. Acesta este montat aproape la același nivel cu panoul, ceea ce îl face mai rezistent la vandalizare decât comutatoarele cu profiluri mai înalte. (Sursa imaginii: E-Switch)

Acest comutator se montează aproape la același nivel cu orice panou, cu un orificiu de 16 mm. Asigurați-vă că poziția de instalare are suficient spațiu liber pentru a permite conectarea la contactele de dedesubt. Acesta este un comutator SPDT cu patru contacte, cu trei contacte LED suplimentare pentru iluminare RGB cu o masă comună. În total, sub panou trebuie realizate opt conexiuni. Planificați dispunerea panoului astfel ca toate conexiunile să poată fi făcute cu ușurință fără sertizarea sau îndoirea firelor de conectare.

Panoul de montare poate avea o grosime de la 1 la 8 mm. Cu toate acestea, panourile mai groase oferă o protecție mai robustă împotriva vandalizării.

Selectați configurația PVA3 adecvată pentru aplicație, fie contact momentan, fie contact de blocare. Activați comutatorul prin apăsarea mecanismului de acționare în corpul comutatorului. Un mecanism de acționare plat la nivelul umărului comutatorului indică faptul că butonul este activ, iar un mecanism de acționare înalt indică faptul că butonul este inactiv.

Pentru a oferi feedback vizual cu privire la starea comutatorului, utilizați semnalele microcontrolerului sau ale controlerului logic programabil (PLC) pentru a aprinde ledurile roșu, verde și albastru din inelul indicator. Pentru a genera culori personalizate, conectați ledurile la ieșirile modulate în lățime a impulsurilor de la un microcontroler sau PLC.

Pentru o rezistență suplimentară la vandalizare, comutatorul este disponibil în variante cu nichel sau oțel inoxidabil pentru corpul comutatorului și mecanismul de acționare.

Citirea configurației la pornire

Uneori, comutatoarele nu sunt necesare pentru controlul utilizatorului, ci pentru dezvoltare sau configurare în culise. În timp ce EEPROM sau flash poate oferi o stocare nevolatilă care poate fi citită la pornire, uneori configurația trebuie confirmată vizual înainte de a alimenta sistemul. Pentru aceste situații, dezvoltatorii se bazează de ani de zile pe popularul comutator DIP cu 8 poziții, cum ar fi A6FR-8101 de la Omron Electronics (Figura 3).

Figura 3: seria Omron A6FR de comutatoare DIP cu mecanisme de acționare scurte, numite și comutatoare tip pian, sunt montate prin orificii într-un soclu sau într-o placă de circuite imprimate. (Sursa imaginii: Omron)

Aceste comutatoare DIP sunt utilizate atunci când parametrii de configurare sau de inițializare a sistemului trebuie setați înainte de alimentarea sistemului. Deși comutatoarele DIP pot fi repoziționate cu ajutorul degetelor, vârful unui stilou permite un control mai ușor. Aceste comutatoare sunt disponibile cu mecanisme de acționare scurte sau lungi și pot fi montate într-un soclu DIP cu 16 pini sau pot fi lipite direct pe o placă de circuite imprimate. Spre deosebire de modelele mai vechi de comutatoare DIP, A6FR utilizează contacte glisante duble pentru a asigura conexiuni de înaltă fiabilitate pentru realizarea sau întreruperea conectării. Aceste comutatoare DIP au o valoare nominală de 25 mA la 24 volți c.c., ceea ce le face potrivite pentru circuitele digitale.

Controlul tensiunii și curentului de valori ridicate

Uneori este nevoie de un control simplu și strict al tensiunii și al curentului. Pentru ca un comutator cu membrană moale să efectueze o comandă de mare putere, este necesară utilizarea unui circuit de interfață care ar putea complica în mod inutil funcționarea, în special în cazul în care comanda nu depinde de alte sisteme. În aceste situații, un comutator basculant poate asigura un control sigur al tensiunilor și al curentului cu o fiabilitate ridicată.

De exemplu, E-Switch produce comutatorul basculant robust pentru alimentare iluminat RA811C1121 (Figura 4). Acesta poate suporta 16 amperi la 125 de volți c.a.

Figura 4: seria de comutatoare basculante E-Switch RA8 are un separator din plastic pentru a proteja cele două terminale de un scurtcircuit accidental. Seria are o mare varietate de opțiuni, inclusiv culori, terminale drepte sau în unghi drept și configurații de comutatoare. (Sursa imaginii: E-Switch)

Seria E-Switch RA8 se montează într-un orificiu dreptunghiular de 19 x 13 mm. În timp ce comutatoarele basculante pot fi ușor de utilizat, cea mai dificilă parte a prototipării poate fi crearea unei găuri dreptunghiulare în care să se fixeze comutatorul basculant. O tehnică obișnuită este utilizarea unui burghiu care este puțin mai mic decât lățimea găurii dreptunghiulare, în acest caz 13 mm. În primul rând, desenați gaura dreptunghiulară cu un creion, apoi realizați două găuri adiacente în panou, având grijă să nu ieșiți în afara liniilor de creion. Apoi, folosiți o pilă metalică pentru a face gaura dreptunghiulară, eliminând în același timp orice margini ascuțite.

RA8 poate fi utilizat în medii industriale ostile. Intervalul său de temperatură de funcționare este cuprins între -20 și +85 °C, iar cu capacul din PVC este clasificat la IP54. Rezistența de contact de 30 mΩ minimizează căldura la tensiuni înalte.

Atunci când aveți de-a face cu comutatoare de înaltă tensiune, asigurați-vă că mențineți fiecare conexiune separată, pentru a evita scurtcircuitele accidentale. RA8 ușurează acest lucru prin faptul că oferă un separator din plastic pentru a menține terminalele separate fizic.

Deși cablarea terminalelor la cald este puternic descurajată, uneori, într-un mediu de producție, acest lucru nu poate fi evitat. În timp ce RA8 poate reduce șansele de producere a unui accident în timpul cablării la cald, luați toate măsurile de siguranță, inclusiv purtarea de mănuși izolate.

Concluzie

Comutatoarele mecanice sunt adecvate pentru anumite situații, inclusiv controlul tensiunilor înalte, securitatea, siguranța, ușurința accesului sau o combinație a acestora. Există multe opțiuni pentru comutatoarele mecanice, iar alegerea corectă poate oferi garanții atât pentru proiectant, cât și pentru clientul final.