Mechanická tlačítka a spínače řeší kriticky důležité požadavky na provedení

Pro vizuální a nízkoprofilové ovládací panely jsou užitečné dotykové obrazovky a membránové spínače. Některé aplikace však vyžadují, aby konstruktéři kladli důraz na bezpečnost, snadný přístup, spínání vysokých napětí nebo proudu, známou konfiguraci při zapnutí nebo robustnost. Pro takové situace jsou často ideální mechanické spínače a tlačítka, ale konstruktéři je musí pečlivě vybírat.

Existuje mnoho typů mechanických spínačů, které se liší tvarem, stylem, velikostí, funkcí, výkonovými možnostmi a mechanickým chováním. Tento článek pomůže konstruktérům v tom, jak seřadit parametry výběru a jak nejlépe aplikovat některá z nejnovějších zařízení.

Jaký spínač nebo tlačítko?

Chcete-li se rozhodnout, který spínač je vhodný, určete nejprve požadavky na systém. Chcete-li najít mechanický spínač pro danou aplikaci, nejprve najděte tvarový faktor spínače, který vyhovuje ergonomickým a fyzickým potřebám, a poté vyberte spínač s vhodnými elektrickými specifikacemi a specifikacemi prostředí, které odpovídají tvarovému faktoru.

Nouzové zastavení

Jasným příkladem bezpečnosti je tlačítko nouzového zastavení. Mnoho průmyslových systémů musí bezpodmínečně mít velké červené nebo oranžové tlačítko s nápisem „Nouzové zastavení“ uvedeným velkým písmem, které se dobře čte. Toto tlačítko musí být na viditelném a snadno přístupném místě, musí se dát snadno stisknout a musí docházet k jasné hmatové odezvě, která signalizuje, že spínací funkce byla provedena. Nesplnění těchto kritérií může být v některých průmyslových prostředích nebezpečné.

Vynikajícím řešením pro tuto aplikaci je tlačítko nouzového zastavení Lumotast 16 od společnosti RAFI USA. Toto tlačítko typu NO (normálně rozepnuté) má známé velké kónické tlačítko ve tvaru houby (obrázek 1). Když obsluha uhodí rukou do tohoto tlačítka, spojí se dva stříbrné kontakty, zapadnou a setrvají v kontaktu, i když obsluha ruku sundá. Tlačítko se vrátí do otevřené polohy tak, že se hřibovou hlavou otočí do jakéhokoli směru.

Obrázek 1: Tlačítko nouzového zastavení Lumotast 16 společnosti RAFI USA se jednoduše montuje a snadno se vejde do standardního montážního otvoru 16,2 mm. (Zdroj obrázku: společnost RAFI)

Tlačítko Lumotast 16 může zvládnout až 6 ampérů a 250 wattů a je navrženo pro vysoce spolehlivý provoz. Vnitřní konstrukce spínače má tři redundantní paralelně uspořádané kontakty, takže pokud se nepodaří spojit jednu sadu kontaktů, ostatní dva zajistí spolehlivé zastavení. Pro vizuální potvrzení připojení je spínač zapojen tak, aby se při aktivaci jasně červeně rozsvítil. Přední strana má stupeň krytí IP67, takže je vhodná do nejnáročnějších průmyslových prostředí.

Díky průměru tlačítka 30 mm je tlačítko Lumotast 16 dostatečně velké na to, aby jej bylo možné použít v průmyslových ovládacích panelech, a přitom stále dostatečně malé na to, aby jej bylo možné implementovat do ručních ovládacích skříněk.

Při montáži tlačítka Lumotast 16 se musíte nejprve ujistit, že pod místem, kde bude spínač umístěn, je montážní hloubka 18 mm. Vyvrtejte montážní otvor 16,2 mm. Na horní část montážního otvoru umístěte žlutý nákružek montážního otvoru s černým textem „Nouzové zastavení“. Poté do montážního otvoru vložte spínač Lumotast 16 a zajistěte jej pomocí přiložené matice s montážním kroužkem. Připojení vodičů se provádí ke dvěma standardním samčím rychlospojkám na spodní straně.

Odolnost proti vandalismu

Další důležitou vlastností mechanických tlačítek je ochrana před vandalismem. Spínače s ochranou proti vandalismu musí odolat úmyslným pokusům o narušení konstrukce spínače, jako jsou opakované údery kladivem nebo pokusy o vypáčení spínače.

Pro aplikace, ve kterých je třeba ochrana proti vandalismu, vyrábí společnost E-Switch podsvícený tlačítkový spínač PVA3H2B0SS3R1 SPDT odolný proti vandalismu. Jedná se o 2ampérový spínač 36 V DC s krytím IP65. Je vybavený osvětleným prstencem RGB a díky nízkému profilu je odolnější proti vandalismu (obrázek 2).

Obrázek 2: Spínač PVA3 společnosti E-Switch s červeně osvětleným rámečkem. Montuje se téměř v jedné rovině s panelem, díky čemuž je odolnější proti vandalismu než spínače s vyššími profily. (Zdroj obrázku: společnost E-Switch)

Tento spínač se montuje do téměř jedné roviny s jakýmkoliv panelem s otvorem 16 mm. Ujistěte se, že montážní poloha nabízí dostatek volného prostoru pro připojení ke kontaktům pod spínačem. Jedná se o spínač SPDT se čtyřmi kontakty a s dalšími třemi LED kontakty pro RGB osvětlení se společnou zemí. Celkem je tedy třeba pod panelem provést osm připojení. Rozvržení panelu naplánujte tak, aby bylo možné provést všechna připojení snadno bez namáhání nebo ohýbání spojovacích vodičů.

Montážní panel může mít tloušťku od 1 do 8 mm. Panely s větší tloušťkou však poskytují robustnější ochranu proti vandalismu.

Vyberte vhodnou konfiguraci PVA3 pro danou aplikaci, buď krátkodobý kontakt, nebo kontakt s aretací. Spínač se aktivuje stlačením ovládače do těla spínače. Plochý ovládač v jedné rovině s ramenem spínače znamená, že tlačítko je aktivní, vysoký ovládač znamená, že tlačítko je neaktivní.

K zajištění vizuální zpětné vazby o stavu spínače použijte signály mikrokontroléru nebo programovatelného logického automatu („programmable logic controller“, PLC) k rozsvícení červené, zelené a modré LED diody v indikačním prstenci. Chcete-li generovat vlastní barvy, připojte LED diody k výstupům s šířkově modulovanými pulzy z mikrokontroléru nebo PLC.

Pro větší odolnost proti vandalismu se tělo spínače a ovládač dodává v provedení z niklu nebo nerezové oceli.

Čtení konfigurace při spuštění

Spínače nejsou někdy potřeba k ovládání uživatelem, ale k vývoji nebo konfiguraci v zákulisí. Zatímco paměti EEPROM nebo flash mohou poskytovat energeticky nezávislé úložiště, které lze číst při spuštění, někdy musí být konfigurace vizuálně potvrzena před připojením napájení k systému. Pro tyto situace spoléhají vývojáři již léta na stále oblíbený 8polohový DIP přepínač, jako je např. zařízení A6FR-8101 od společnosti Omron Electronics (obrázek 3).

Obrázek 3: Řada DIP přepínačů A6FR společnosti Omron s krátkými ovládači, nazývanými také „klavírní spínače“, se montuje průchozími otvory do zásuvky nebo desky plošných spojů. (Zdroj obrázku: společnost Omron)

Tyto DIP přepínače se používají, když je třeba nastavit konfiguraci systému nebo parametry spouštění před připojením napájení k systému. Zatímco DIP přepínače lze přemístit pomocí prstů, snadnější ovládání umožňuje hrot pera. Tyto spínače jsou k dispozici s krátkými nebo dlouhými ovládači a lze je namontovat do 16pinové DIP zásuvky nebo připájet přímo na desku plošných spojů. Na rozdíl od starších konstrukcí DIP přepínačů používá model A6FR dvojité posuvné kontakty k zajištění vysoké spolehlivosti spínacích/rozpojovacích spojení. Tyto DIP přepínače jsou dimenzovány na 25 mA při 24 V DC, takže jsou vhodné pro digitální obvody.

Ovládání vysokého napětí a proudu

Někdy je potřeba jednoduchá pevná regulace napětí a proudu. K tomu, aby spínač s měkkou membránou prováděl regulaci vysokého výkonu, je vyžadován obvod rozhraní, který by mohl zbytečně komplikovat provoz, zejména pokud není regulace závislá na jiných systémech. Pro tyto situace může bezpečnou regulaci napětí a proudu s vysokou spolehlivostí zajistit kolébkový přepínač.

Například společnost E-Switch vyrábí robustní osvětlený kolébkový přepínač RA811C1121 (obrázek 4). Zvládá až 16 A při 125 V AC.

Obrázek 4: Kolébkové přepínače řady RA8 společnosti E-Switch jsou vybaveny plastovým oddělovačem, který chrání obě svorky před náhodným zkratem. Řada nabízí širokou škálu možností včetně barev, přímých nebo pravoúhlých svorek a různých konfigurací přepínačů. (Zdroj obrázku: společnost E-Switch)

Řada RA8 společnosti E-Switch se montuje do obdélníkového otvoru 19 ×13 mm. Zatímco se kolébkové přepínače mohou snadno používat, nejobtížnější částí prototypování může být vytvoření obdélníkového otvoru, do kterého se kolébkový přepínač zacvakne. Běžnou technikou je použití vrtáku, který je o něco menší než šířka obdélníkového otvoru, v tomto případě 13 mm. Nejprve nakreslete obdélníkový otvor tužkou a poté do panelu vyvrtejte dva sousedící otvory. Dávejte pozor, abyste nepřesáhli čáry tužky. Poté pomocí kovového pilníku vytvořte obdélníkový otvor a odstraňte všechny ostré hrany.

Zařízení RA8 lze použít v nepříznivém průmyslovém prostředí. Jeho provozní teplotní rozsah je −20 až +85 °C a krytka z PVC má krytí IP54. Odpor kontaktu 30 mΩ minimalizuje zahřívání při vysokých napětích.

Při práci s vysokonapěťovými spínači se ujistěte, že všechna připojení jsou oddělená, aby nedošlo k náhodnému zkratu. Zařízení RA8 to usnadňuje tím, že obsahuje plastový oddělovač, který udržuje svorky fyzicky od sebe.

Ačkoli se zapojování svorek pod napětím důrazně nedoporučuje, někdy se mu ve výrobním prostředí nelze vyhnout. Přestože zařízení RA8 může během zapojování pod napětím snižovat riziko nehody, dodržujte všechna bezpečnostní opatření, včetně nošení izolovaných rukavic.

Závěr

Mechanické spínače jsou vhodné pro určité situace, včetně ovládání vysokých napětí, zabezpečení, bezpečnosti, snadného přístupu nebo jejich kombinace. Možností mechanických spínačů je mnoho a správná volba může přinést konstruktérovi i koncovému zákazníkovi klid.