Концевой выключатель – электрическое устройство, применяемое в системах управления в качестве датчика, формирующего сигнал при возникновении определенного события, как правило, механическом контакте пары подвижных механизмов. Используются также и бесконтактные концевые выключатели. Сам выключатель выполняет функции, аналогичные обычному выключателю.
Конструкция концевого выключателя оптимизирована для использования в системах управления: малогабаритный прочный корпус (обычно изготавливаемый из металла) имеет элементы конструкции, позволяющие легко закрепить и сориентировать в пространстве; индикация работы (поданного питания) и срабатывания датчика выполнены при помощи ярких разноцветных светодиодов; подключение производится при помощи миниатюрного разъёма общераспространённого промышленного интерфейса.
Часто концевой выключатель содержит две пары контактов, нормально разомкнутые и нормально замкнутые. Замкнутая пара позволяет контролировать состояние подключения концевого выключателя: если сигнал, переданный по этой паре, не возвращается, можно сделать вывод о повреждении кабеля к выключателю. Разомкнутая пара может использоваться для прохождения сигнала после срабатывания выключателя.
Все концевые выключатели можно разделить на три основные группы:
1. Механические. Срабатывают при механическом воздействии, при этом контакты выключателя размыкаются или замыкаются, подавая сигнализирующий (управляющий) сигнал.
2. Бесконтактные. Это бесконтактная разновидность концевого выключателя, который срабатывает при приближении любого металлического предмета или другого предмета, на который настроена его коммутация.
3. Магнитные. Как видно из названия – это устройство приводится в действие при приближении к нему на определённое расстояние магнита. Также их называют герконами.
Механические концевые выключатели
Механические концевые выключатели бывают разной конструкции, которая и определяет область их применения. Зачастую они оснащены резиновым уплотнителем и содержат группу контактов, в которые входят и замыкающие и размыкающие.
Основные виды механических концевых выключателей:
- кнопочные;
- роликовые;
- рычажные.
Модель с колесиком или кнопочные состоят из корпуса, в котором имеются электрические контакты (замыкающие или размыкающие); снаружи ставится ролик либо кнопка, в зависимости от того, как он будет эксплуатироваться. На рисунке 2.34 представлен такой механизм.
Рабочий механизм «наезжает» на колесико, толкающее стержень вниз. В результате происходит размыкание контактов, которые обесточивают устройство, подключенное к ним. Таким образом, конечный выключатель ограничивает дальнейшее движение механизма, либо что-то включает (например, сигнализацию).
При установке нужно следить за точностью. Если концевой выключатель поставить далеко, тогда механизм может не достать до ролика, а если слишком близко – его попросту может раздавить. На корпусе, как правило, нарисована схема подключения с указанием номеров контактов.
Кнопочные, как и рычажные, применяются, главным образом, для включения–отключения освещения в различных помещениях, в которых не требуется постоянное освещение. Такими помещениями могут быть помещения холодных складов, подвалов (там концевиком управляет крышка подвала). Кроме того, концевые выключатели этого типа применяются для контроля положения входного люка на кран-балках (кран невозможно включить, если открыт люк).
Концевые выключатели поплавкового типа используются там, где необходимо контролировать уровень жидкости, наполняющей определенную емкость. Например, такие выключатели с успехом используются для автоматического управления насосами, выкачивающими воду из колодцев, любо наполняющих главный резервуар системы водоснабжения.
Поплавковые выключатели, в основе работы которых лежит принцип работы магнитоуправляемого контакта (геркона), используются, так же там, где нет возможности применить обычные контактные группы (например, в емкостях с горючими и взрывоопасными жидкостями).
Ползунковые концевые выключатели используются для таких устройств, как, например, подъемные ворота, шторы, которые сворачиваются.
Один из примеров, где эти приборы используются – лифтовое хозяйство. Концевые выключатели там стоят практически везде: датчик максимальной и минимальной высоты движения лифта, сигнализация открытия дверей, обрыва каната и так далее.
Шпиндельный концевой выключатель используются как ограничитель хода механизма или как путевой выключатель для циклического управления. Вращающий механизм его служит переключателем контактной группы, установленной внутри. Может применяться на лебёдках, и других вращающих валах с небольшой скоростью. Зачастую оснащён несколькими группами размыкающих и замыкающих контактов.
Пневматический концевой выключатель – это устройство, которое может останавливать подачу сжатого воздуха или другого газа за счёт нажатия на управляющую кнопку или рычаг. При этом существуют ещё одна разновидность данных выключателей, которая срабатывает при достижении определённого давления в системе.
Одна из разновидностей концевых выключателей называются микровыключатели, отличающиеся значительно меньшими размерами и протекающими токами. Принцип действия их аналогичен с обычными. Рабочий ход такого элементы измеряется миллиметрами, и поэтому они применяются с использованием дополнительного рычага, который может быть оснащён небольшим роликом. Поэтому установка его потребует тщательной настройки срабатывания.
Бесконтактные концевые выключатели
Бесконтактные путевые выключатели подразделяются на следующие типы:
- Индуктивные.
- Емкостные.
- Оптические.
К бесконтактным путевым выключателям предъявляются повышенные требования надежности эксплуатации, потому как работать таким устройствам приходится в тяжелых условиях. Расположение этих устройств находится в рабочей зоне машин и агрегатов, где они могут подвергаться влиянию значительных высоких температур, могут попадать под удар и работать под воздействием сильной вибрации. Также могут находиться под влиянием сильного магнитного поля, на них могут действовать различные, в том числе и агрессивные жидкости, и загрязнения.
Особенно важным является высокое требование повышенной частоты срабатывания, особенно в условиях использования на сложных технологических установках. Подключение таких устройств происходит на основе использования 2-х и 3-х проводной схемы. Питание в случае с 3-х проводной схемы приходит по специальному проводу.
Выключатель представляет собой полупроводниковый преобразователь, управляющий состоянием некой внешней исполнительной цепи в зависимости от места нахождения контролируемого объекта, причем положение объекта определяется без механического контакта с ним датчика.
Индуктивные бесконтактные выключатели
Индуктивные бесконтактные выключатели имеют чувствительный элемент в виде катушки индуктивности с открытым в сторону активной поверхности магнитопроводом. Перед активной поверхностью выключателя образуется электромагнитное поле. При внесении металлического объекта в это поле колебания генератора затухают, демодулированное напряжение падает, триггер срабатывает, коммутационный элемент переключается. Упрощенная функциональная схема выпускаются с расстояниями срабатывания от 1 до 150 мм. Все индуктивные бесконтактные выключатели имеют встроенную индикацию состояния выхода, которая позволяет при эксплуатации оперативно проверить срабатывание бесконтактного выключателя.
Когда на датчик подано питание, в его рабочей зоне действует переменное магнитное поле, и если теперь внести в эту зону металл, то наведенные в этом металле вихревые токи приведут к изменению изначальной амплитуды колебаний генератора, при том величина изменения будет зависеть от расстояния между металлическим предметом и датчиком. Соответствующей величины аналоговый сигнал будет преобразован триггером в логический сигнал, чем определится величина гистерезиса и уровень переключения.
Индуктивные бесконтактные выключатели часто применяют для подсчета металлических объектов и для отслеживания их положения, например, по конвейеру движутся предметы, по крышкам которых ведется их подсчет. Объектами контроля или подсчета для бесконтактных индуктивных выключателей могут служить любые металлические предметы достаточных размеров, например: выступы на валу, фланцы, стальные пластины, головки болтов на соединительной муфте и т. п.
Емкостные концевые выключатели
Емкостные концевые выключатели выявляют проводящие ток и непроводящие материалы, которые находятся в жидком, порошкообразном или твердом состоянии. Выключатель срабатывает при расположении материала друг возле друга на настроенном расстоянии (см. рисунок 2.35).
Принцип действия емкостных концевых выключателей заключается в следующем. Активная поверхность выключателя состоит из 2-х металлических электродов. Их можно считать пластинами конденсатора. Электроды находятся в цепи обратной связи ВЧ генератора, который настроен так, что, когда объекта нет возле активной поверхности, он не работает. При появлении возле активной поверхности объекта, возникает электрическое поле, тем самым, изменяя емкость обратной связи. При этом генератор вырабатывает колебания. Их амплитуда становится больше, когда объект приближается к поверхности.
Емкостные выключатели реагируют на токопроводящие объекты и на диэлектрики. Список разнообразных объектов, на которые реагирует емкостный выключатель, определяется сферой его применения.
Оптических концевые выключатели
Самые распространенные оптических концевые выключатели состоят из инфракрасного светодиода и фоторезистора, которые расположены друг напротив друга. Когда светодиод дает освещение на фоторезистор, ток проходит, когда светодиод блокируется, ток не будет проходить через фототранзистор и в этом случае на выходе будет генерироваться сигнал. Такие концевые выключатели часто устанавливаются в принтерах и сканерах.
Магнитные концевые выключатели
Концевые выключатели магнитного типа (основным элементом которых является магнитоуправляемый контакт), могут применяться практически где угодно. Связано это с тем, что такие выключатели абсолютно безопасны в работе (рабочие контакты их полностью защищены колбой, из которой выкачан воздух).
Принцип работы устройств КВ-1 (однопозиционного, двухканального) и КВ-2 (двухпозиционного, одноканального) линейного перемещения – концевых выключателей заключается в использовании постоянным магнитом печатной платы с двумя герконами, они используются в качестве главных, коммутирующих электрическую цепь – элементов. Кроме платы в корпусе концевого выключателя, устройство содержит клеммную колодку, в главном (первом) корпусе есть два глухих отверстия, в которых ходит шток, для КВ-02 – 2 штока. На штоке крепиться постоянный магнит, магнитопровод и пружина возвратного действия. Действие штока возвратно-поступательное, с его помощью магнит перемещается и осуществляет замыкание – размыкание контактов.
Литература
Элементы и функциональные устройства судовой автоматики - Авдеев Б.А. [2018]
