Koncový spínač: čo to je, značenie + pravidlá pripojenia

Prakticky všetky automatizované systémy obsahujú taký prístroj, ako je koncový spínač, ktorý je zodpovedný za ich vypnutie pri dosiahnutí určitého bodu pohyblivou časťou. V systémoch riadenia osvetlenia sa koncové spínače používajú ako senzory. Pri výskyte naprogramovaných okolností vytvárajú signál.

Objasníme všetko o funkčnom určení a druhoch koncových vypínacích zariadení. V nami predloženom článku sú popísané v praxi overené montážne schémy, uvedené pravidlá pripojenia. Sú uvedené vlastnosti označovania, dané rady pri výbere.

Čo sú to koncové spínače?

Koncové spínače sú elektrotechnické zariadenia určené na rozopínanie a zopínanie pracovného obvodu. Montujú sa na pohyblivé mechanizmy na obmedzenie ich pohybu v stanovených hraniciach. Funkcie, ktoré tieto zariadenia vykonávajú, sú identické so štandardným spínačom.

Vnútro koncových spínačov je uzavreté v pevnom kryte, väčšinou kovovom. Všetky jeho prvky sú optimalizované pre jednoduché upevnenie a ľahkú orientáciu v priestore.

Jasné LED diódy rôznych farieb umožňujú kontrolovať prívod napájania a aktiváciu senzora. Dva páry kontaktov, ktoré sú väčšinou prítomné v koncovom spínači, umožňujú vykonávať kontrolu stavu jeho pripojenia.

Ak pri zopnutom páre po prenose signálu nenasleduje jeho návrat, poukazuje to na poruchu kábla vedúceho k spínaču. Po aktivácii senzora je na prechod signálu možné použiť rozopnutý pár kontaktov.

Citlivé senzory sú základom v systémoch ochrany proti únikom. Pri detekcii vody, na ktorej zistenie sú určené, zariadenia nielen signalizujú blížiacu sa havarijnú situáciu v zvukovom a farebnom režime, ale aj blokujú prevádzku systémov, cez ktoré sa voda prepravuje.

Klasifikácia podľa princípu činnosti

Rozlišujú sa tri hlavné skupiny koncových spínačov: mechanické, bezkontaktné, magnetické. Hlavnou funkciou všetkých týchto prístrojov je automaticky odpojiť pracujúci mechanizmus v momente dosiahnutia nastavenej polohy jeho pohyblivou časťou. Tieto spínače slúžia nielen na rozopínanie obvodu, ale aj na jeho spájanie.

Práca obvodu v koncových snímačoch je riadená dvoma spôsobmi: priamym pôsobením na pohyblivé kontakty a polohovým ovládaním. V prvom prípade sa nazývajú kontaktné, v druhom bezkontaktné. Príkladom kontaktných koncových spínačov sú snímače zodpovedné za zatváranie automobilových dverí.

Na fotografii je zobrazené konštrukčné prevedenie koncového spínača dráhového typu. Jeho hlavnými súčasťami sú: kryt (1), základňa (2), kontakty (3), valček (4), páka (5), tesniaci pás (6), vodičový vstup (7)

Snímače tohto typu môžu nielen zapínať a vypínať mechanizmy, ale aj určovať polohu kontrolovaného objektu. Patria k nim plavákové spínače, ako aj snímače určujúce hladinu paliva. Signálom na ich aktiváciu je zmena odporu zodpovedajúca určitej hladine kvapaliny.

Nevýhodou kontaktných snímačov je prítomnosť mechanických pohyblivých častí, pomerne krátka životnosť v dôsledku neúčinnej ochrany proti vlhkosti a prachu. Výhodou je jednoduchá konštrukcia, inštalácia a prevádzka. Výrazne spoľahlivejšie chránené pred vonkajšími vplyvmi sú bezkontaktné spínače. Dlhšia je aj ich životnosť.

Koncové spínače mechanického typu

Ovládanie koncových spínačov tohto druhu je valčekové alebo pákové. Aktivujú sa, len čo riadiaci mechanizmus v tvare kolieska, tlačidla alebo páky zaznamená mechanické pôsobenie.

Pritom dochádza k zmene polohy kontaktov – môžu sa spojiť alebo rozpojiť. Proces je sprevádzaný signálom – riadiacim alebo výstražným.

Najčastejšie majú koncové spínače dva kontakty – otvorený a zatvorený. Existujú aj jednoduché koncové zariadenia, ale vyskytujú sa zriedka. V každom prípade sú kontakty v tele každého z nich a pracovná schéma s ich číslami je zobrazená na paneli.

Konštrukciou valčekových koncových spínačov je zabezpečené vypnutie stlačením ovládacieho mechanizmu na tlačidlo v tvare malej tyčky. Keďže je spojená s dynamickými kontaktmi, v momente dotyku dochádza k rozpojeniu napájacieho obvodu.

Rozdiel pákových spínačov spočíva v tom, že ich pohyblivé kontakty sú prostredníctvom ťahadla alebo cez tyčku spojené s malou pákou. K činnosti dochádza, keď ovládací mechanizmus stlačí túto páčku.

Na fotografii je mechanický koncový mikrospínač KW4-3Z-3 s prítlačnou lištou. Líši sa od štandardného veľkosťou zdvihu pracovného prvku. Používa sa v CNC strojoch, 3D tlačiarňach.

Okrem štandardných koncových zariadení existujú aj mikrospínače. Pracujú na rovnakom princípe, ale ich nastavenie pri montáži vyžaduje väčšiu presnosť z dôvodu malého zdvihu. Na zvýšenie pracovného zdvihu sa používa technika zahrnutia medziľahlého prvku do schémy – páčky s valčekom.

Takýto typ spínačov sa používa ako vo výrobe, tak aj doma. V konštrukcii výťahu je použité veľké množstvo koncových zariadení.

Medzi nimi je spínač v podobe snímača, ktorý obmedzuje minimálnu a maximálnu výšku zdvihu výťahu, signalizuje pretrhnutie lana, dáva signál o otvorení dverí a vykonáva ešte mnoho ďalších činností. Na dverách v mnohých bytoch sú mikrospínače, ktoré pri otvorení zapínajú svetlo v miestnosti.

V automobiloch sa takéto mechanické koncové snímače zaraďujú do schém signalizácie a osvetlenia. Ich zvláštnosťou je prítomnosť jedného vstupu s pripojeným kladným potenciálom. Skriňou je záporná svorka, ktorá je pritláčaná ku kovovému prvku na karosérii automobilu, ktorý je bez farby.

Tento prvok je s kostrou automobilu spojený káblom. Hlavnou podmienkou je, že spínač nesmie prísť do kontaktu s mokrým povrchom. Koncové snímače sa pripájajú pri montáži automobilovej signalizácie pomocou schémy. Ich výstupy je dovolené inštalovať ako na dverách, tak aj v interiéri na osvetľovacích zariadeniach.

Aby došlo k zapnutiu pri otváraní dverí a vypnutiu pri ich zatváraní, vykonáva sa prepojenie na plus. Pri existencii osvetlenia stropu kabíny a dverí sa používa blok koncových spínačov, ktorý vykonáva rôzne funkcie. V dôsledku aktivácie bloku sú dôležité snímače blokované pri pokuse o otvorenie zámkov.

Vlastnosti bezkontaktných koncových spínačov

Jednou z odrôd koncových spínačov sú ich bezkontaktné modifikácie. Komunikácia zariadení je nastavená na aktiváciu pri vstupe nejakého určitého objektu do zóny citlivosti.

Tieto koncové spínače sa nastavujú na konkrétny materiál a danú veľkosť. Akonáhle predmet s takýmito parametrami vstúpi do citlivej zóny, mení sa amplitúda kmitov generátora.

V samotnom zariadení nie sú žiadne pohyblivé časti, rovnako ako neexistuje mechanický kontakt medzi predmetom pôsobenia a nastaveným prvkom spínača.

Bezkontaktný koncový spínač pozostáva z nasledujúcich častí:

• citlivého prvku;
• výkonového spínača;
• komponentu analyzujúceho signál.

Vzdialenosť, na ktorej zariadenie začne pôsobiť, sa nastavuje na základe modifikácie snímača a požiadaviek procesu. Vylúčenie pohyblivých aj trecích prvkov z neho výrazne zvyšuje spoľahlivosť práce týchto zariadení.

Bezkontaktné snímače, alebo ako sa im tiež hovorí, snímače priblíženia, disponujú rozsiahlymi funkčnými možnosťami. Existujú dve kategórie – spínače a snímače polohy.

Prvou úlohou bezdotykového spínača je zistiť polohu predmetu. Okrem toho senzor vykonáva počítanie, polohovanie, rozdeľovanie, triedenie objektov. Môže kontrolovať rýchlosť, pohyb, vypočítať uhol natočenia, korigovať skosenie a vykonávať mnoho ďalších činností.

V domácich podmienkach sa bezdotykové spínače zatiaľ prevažne používajú na organizáciu ovládania osvetlenia. Avšak v oblasti budovania systémov “Inteligentného domu” má výrazne väčšiu oblasť použitia a omnoho viac perspektív.

Citlivé prístroje sa používajú v priemysle, v dopravnom sektore, ako prvok automatizácie, v spracovaní ropy. Podľa princípu detekcie približujúcich sa objektov rozlišujeme indukčné, kapacitné, optické, ultrazvukové bezdotykové spínače.

Indukčné bezkontaktné senzory

Sú nastavené na materiály, ako kovové, tak aj amorfné. Medzi reagujúcimi na kov sú varianty magnetické, feromagnetické. Vo vnútri senzora sa nachádza jadro — kovové alebo zmagnetizované.

Spínač môže byť napájaný s veľkým rozsahom hodnôt napätia — od 10 V pri jednosmernom prúde, pri striedavom — od 264 V. Vytvorenie výstupného signálu nastáva pri 0,2 A v prípade jednosmerného prúdu a 0,5 A pri striedavom.

Ak opíšeme konštrukciu takéhoto senzora podrobnejšie, pozostáva z prevodníka, ktorý obsahuje medenú cievku umiestnenú vo feritovej miske. Jeho funkciou je presmerovanie vektora elektromagnetických línií na prednú časť spínača.

Oscilátor v schéme môže byť s fixným záporným odporom, alebo akéhokoľvek iného typu. Magnetické siločiary sú orientované kolmo vzhľadom na smer prúdu pretekajúceho závitmi zmagnetizovaného jadra.

Striedavé silové pole je spôsobené striedavým napätím na vstupoch jadra. Ďalším dôležitým uzlom je tvarovač signálu, ktorý vytvára hysteréziu a rozsah pôsobenia riadiaceho signálu. Zahŕňa detektor riadený klopným obvodom.

Na schéme je znázornený indukčný spínač pohybu v činnosti. Jeho hlavným prvkom je indukčná cievka napájaná z generátora.

Kľúčovým momentom fungovania indukčného koncového spínača sú zmeny, ktoré nastávajú pri priblížení alebo vzdialení objektu. Hneď ako prah napätia prekročí prípustnú hodnotu, senzor sa aktivuje pripojením klopného obvodu, ktorý otvorí spínač.

Kapacitné bezkontaktné koncové spínače

Po objavení sa objektu sa spustí obvod vibrátora kapacitného prístroja a nastavia sa časové parametre. S približovaním predmetu k senzoru rastie kapacita senzora a frekvencia generovaná multivibrátorom klesá.

Akonáhle bude prekročená frekvenčná hranica, prístroj sa vypne. Na tomto princípe funguje mnoho modelov pohybových senzorov, ktoré vypínajú a zapínajú žiarovky pri detekcii objektu v citlivej zóne.

Štrukturálna schéma kapacitného senzora má podobnosť s indukčným prístrojom: v oboch modeloch je prítomný generátor a detektor.

Princíp činnosti koncového spínača kapacitného typu je založený na zmene kapacity prijímacieho prvku — kondenzátora. V takýchto senzoroch sa spínacia operácia začína pri vstupe dielektrických a kovových objektov do ich poľa.

Okrem generátora, ktorý vytvára elektrické pole, do ich konštrukcie patria také základné časti ako demodulátor. Ten plní úlohu prevodníka amplitúdy vysokofrekvenčných kmitov so súčasnou zmenou napätia. Ďalšou dôležitou súčasťou je spúšťač, ktorý je zodpovedný za určitú úroveň signálu, prepínanie a hysteréznu závislosť.

Na zvýšenie vstupného signálu na nastavenú hodnotu sa do schémy kapacitného spínača zaraďuje zosilňovač. Za kontrolu nastavenia a činnosti prístroja zodpovedá LED indikátor.

Pred vlhkosťou a vniknutím pevných častíc chráni spínač taký prvok, ako je kompaund. Plastové alebo mosadzné puzdro chráni všetko, čo je vo vnútri, pred mechanickým poškodením. V súprave sú tiež upevňovacie diely.

Spínací prvok v tomto prístroji sa nachádza na kondenzátore a predstavuje doštičku, ktorá interaguje s vibrátorom. Úlohu prahového prvku plní komparátor, spojený s vibrátorom. Ten je zasa pripojený k prevodníku frekvencie a napätia.

Kapacitné koncové spínače reagujú na pevné materiály, práškové, kvapalné, či už elektricky vodivé alebo nevodivé.

Rozdiel medzi kapacitnými a indukčnými modelmi spočíva v tom, že prvé reagujú na vlhkosť vzduchu a zmenu hustoty. Druhé sú voči takýmto vplyvom necitlivé.

Zariadenie ultrazvukových spínačov

Konštrukcia ultrazvukových koncových spínačov počíta s prítomnosťou kremenných zvukových žiaričov, ktoré vytvárajú impulzné vlny dĺžky 100 – 500 kHz, a prijímača, ktorého nastavenia zodpovedajú určitej frekvencii.

Pri zmene amplitúdy zvukových vĺn v dôsledku manévrov pohybujúceho sa objektu, mikrovypínač BVK zaznamenáva nové hodnoty a na základe toho riadi výstupné signály.

Princíp fungovania ultrazvukových senzorov je založený na zmene času, za ktorý sa zvuková vlna pohybuje od senzora k kontrolovanému objektu. Detekčná vzdialenosť týchto prístrojov je pomerne veľká — až 10 m. Ich veľkou výhodou je, že dokážu zistiť predmet ľubovoľného tvaru a farby, ktorý odráža zvuk.

Fungovanie tohto ultrazvukového senzora je založené na jednoduchom princípe: akonáhle na jednu jeho nožičku príde signál, druhá prijme impulz s dĺžkou rovnajúcou sa vzdialenosti k predmetu.

Používajú sa takéto senzory na zisťovanie predmetov s plochým povrchom, ktorý je v kolmej polohe voči stredovej línii detekcie.

Nepresnosti v ich činnosti môžu spôsobiť:

1. Náhle vznikajúce prúdenie vzduchu s veľkým výkonom, ktoré zosilňuje alebo zoslabuje vlnu.
2. Prudká zmena teplotného režimu. Pri veľkom množstve tepla vyžarovaného predmetom sa mení rýchlosť šírených vĺn.
3. Odchýlka od vertikály uhla medzi horizontálnou rovinou predmetu a osou senzora. Ak táto odchýlka presahuje 10⁰, senzor nereaguje.
4. Hranaté obrysy objektu. V tomto prípade je jeho zistenie veľmi sťažené.

Vibrácie sa šíria v pevnom, plynnom a kvapalnom prostredí, pričom rýchlosť závisí od príslušných parametrov. Ultrazvukové senzory nemajú pohyblivé časti, preto neexistuje závislosť medzi počtom cyklov a životnosťou prístroja. Vyznačujú sa zvýšenou odolnosťou voči všetkým druhom vonkajších vplyvov.

Optické bezkontaktné zariadenia

BKV tohto typu kontrolujú predmety, ktoré buď prerušujú žiarenie, alebo ho odrážajú. Keď sa objekt dostane do priestoru medzi spínačom a zdrojom svetla, senzor preruší svetelný tok. Prvok zodpovedný za túto činnosť môže byť reléový alebo polovodičový. Polomer reagovania siaha až do 150 m.

Toto je fotografia koncového senzora optického typu. Určuje polohy krajných bodov pohybu pohyblivých častí v 3D tlačiarňach, CNC strojoch.

Senzory priblíženia pracujú v širokom teplotnom rozsahu — od -60 do +150°C. Znesú tlak okolo 500 atm, môžu byť prevádzkované v agresívnom prostredí a dokonca aj v podmienkach so zvýšeným nebezpečenstvom výbuchu.

Magnetické koncové varianty

Tento typ spínačov, ktoré sa inak nazývajú plavákové alebo reedové, postupne nahrádza mechanické modely. Ich kontakty menia polohu, keď sa nachádzajú v určitej vzdialenosti od magnetu. Pritom sa do riadiaceho obvodu vyšle signál.

V reedovom spínači je jeden alebo dva kontakty vyrobené zo špeciálneho materiálu — feromagnetika. Magnetický koncový spínač sa vyznačuje malými rozmermi. Umiestňuje sa do puzdra z plastu alebo skla a do elektrického obvodu sa montuje do jeho prerušenia.

Kontakty v takom prepínači môžu byť otvorené, zatvorené, prepínacie. V prístrojoch prvého typu sa kontakt pri aktivácii zopne. Normálne zatvorené kontakty sa v podobných okolnostiach rozopnú, zatiaľ čo prepínacie sa správajú podľa situácie.

Výber modelu závisí od konkrétnych okolností. Herkóny sa používajú v konštrukcii posuvných brán. Pomocou nich sa zastaví konštrukcia pri dosiahnutí krajnej polohy pri otváraní alebo zatváraní.

Niektoré plavákové modely sa používajú ako súčasť bezpečnostnej signalizácie pri vchode do domu. Keď sú dvere zatvorené, obvod je uzavretý vplyvom magnetického poľa na koncový spínač. Otvárajúce sa dvere spôsobia presun magnetu a rozopnutie kontaktu, čo vyvolá zapnutie signalizácie.

Pri inštalácii magnetov sa berie do úvahy ich polarita. Pri nesprávnej inštalácii nebudú plniť funkcie, ktoré sú im určené.

Skutočnosť, že v tejto konštrukcii chýba mechanický kontakt, je jej výhodou, ktorá zvyšuje životnosť. Vyznačujú sa najjednoduchšou štruktúrou založenou na interakcii magneticky ovládaných kontaktov s obyčajným magnetom.

Pravidlá a špecifiká pripojenia

Hoci samotné koncové spínače sú pomerne jednoduché, používajú sa v zariadeniach so zložitými elektrickými obvodmi. Preto by ich pripojenie mali vykonávať odborníci a prísne podľa schém zapojenia, berúc do úvahy vlastnosti techniky.

Pozrime sa na príklad pripojenia jednoduchého mechanického prepínača v 3D tlačiarni. Je to potrebné na nastavenie krajných súradníc pre jeho vozík. Pripojený koncový spínač má k dispozícii 3 kontakty — COM, NO, NC. V rozopnutom stave snímača sú prvý a posledný kontakt pod napätím +5V. Druhý kontakt (NO) je uzemnený.

Na schéme sú kontakty COM (1) a NO (2) v zopnutom stave, zatiaľ čo COM a NC (3) sú rozopnuté. Keď vozík tlačiarne dosiahne krajnú polohu, kontakty COM a NC sa spoja a dôjde k jeho odskoku o 2 mm.

Snímač sa pripája pomocou dvoch vodičov — červenej a čiernej farby. Keď prístroj zareaguje, mal by sa ozvať typický klik. Indikačný spínač sa pripája podľa rovnakej schémy, ale má aj tretí vodič — zelený.

O jeho aktivácii signalizuje rozsvietená LED a klik. Jeho konektory na doske majú označenia: pre červený vodič V (+5 V), pre čierny — G (zem), pre zelený — S (signál).

Rovnakými písmenami sú označené konektory aj u optického spínača. Ten bude presnejšie kontrolovať činnosť vozíka, ale môže zlyhávať pri zaprášení a slnečnom svetle. Aktivácia optického páru je sprevádzaná zapnutím svetelne vyžarujúcej diódy a prebieha úplne ticho.

Koncové spínače široko používajú výrobcovia nábytku, inštalujúc ich do posuvných skríň. Zapojenie sa vykonáva podľa pokynov priložených ku každému modelu. Na schéme je uvedené miesto upevnenia plastovej konštrukcie s tlačidlom. Pre stredné dvere je potrebné nainštalovať tak, aby neprekážali správnemu pohybu druhých dverí sekcie po koľajniciach.

Na schémach je znázornený postup zapojenia koncových spínačov pre posuvné dvere v posuvných skriniach (variant b) a pre otváracie dvere (variant a).

V prípade inštalácie koncového spínača pre otváracie dvere sa upevňuje pomocou samorezných skrutiek vo vnútri skrine. V zatvorenom stave dvere stláčajú tlačidlo, rozpojujú obvod a osvetlenie nesvieti. V otvorenom stave dvere uvoľnia tlačidlo a osvetlenie sa zapne.

Označovanie koncových spínačov

Každé z týchto spínacích zariadení má príslušné označenie. Po jeho dekódovaní možno získať všetky informácie o konkrétnom modeli koncového spínača. Ak je na ňom nápis VU222M, znamená to, že ide o koncový spínač radu VU222. Pohyblivý prvok je modernizovaná páka.

Na tejto štruktúrnej schéme je znázornené symbolické označenie koncového spínača určeného na fungovanie v riadiacich obvodoch pracujúcich na striedavý a jednosmerný prúd s maximálnym napätím 660 V.

Podrobne rozlúskneme pre príklad označenie spínača VP 15M4221-54U2. Je vybavený jedným pohyblivým aktívnym prvkom série 15. Má jeden zapínací kontakt a jeden vypínací kontakt, vybavený tlačidlom s valčekom.

Stupeň krytia je IP54 z pohonnej strany, "U" označuje klimatické vyhotovenie a číslo 2 kategóriu umiestnenia. Výrobok zodpovedá TU U 31.2-25019584-005-2004.

Vedúci výrobcovia v segmente

Takéto senzory vyrába mnoho firiem. Medzi nimi sú uznávaní lídri. Patrí medzi ne nemecká spoločnosť Sick, ako hlavný výrobca takejto vysoko kvalitnej produkcie. Spoločnosť Autonics dodáva na trh koncové bezkontaktné spínače indukčného a kapacitného typu.

Bezkontaktné senzory vysokej kvality vyrába ruská spoločnosť «TEKO». Vyznačujú sa veľmi vysokou tesnosťou (IP 68). Tieto koncové spínače pracujú v najnebezpečnejších prostrediach, vrátane výbušných, a sú k dispozícii rôzne spôsoby montáže.

Obľúbené sú koncové spínače ukrajinského výrobcu «Promfaktor». Tu vyrábajú koncové spínače a prepínače VP, PP, VU. Záruka pri dodržaní všetkých prevádzkových pravidiel je 3 roky.

Závery a užitočné video k téme

Video #1. Populárne o koncovom spínači:

Video #2. Inštalácia KV na doma vyrobený CNC stroj:

Účel koncových spínačov môže byť veľmi rôzny. Používajú sa v zložitých priemyselných systémoch aj v domácnosti na zvýšenie nášho pohodlia. Hlavne, ich pripojenie k elektrickej schéme je potrebné vykonať až po úplnom odstránení napätia.

Napíšte, prosím, komentáre do bloku nižšie. Možno sa podelíte o informácie, ktoré budú užitočné pre návštevníkov stránky. Pridávajte príspevky s odporúčaniami, publikujte fotografie k téme, pýtajte sa.