Практически все автоматизированные системы оснащены концевыми выключателями, которые отвечают за отключение при достижении подвижной частью определенной точки. В системах управления освещением концевики выполняют роль датчиков и при возникновении запрограммированных обстоятельств генерируют сигнал.
Статья посвящена функциональному назначению и видам конечных выключателей. Авторы подробно описывают рабочие монтажные схемы, приводят правила подключения и особенности маркировки. В тексте также даны рекомендации по выбору нужного устройства.
Что представляют собой концевые выключатели?
Выключатели-концевики — электротехнические приборы, размыкающие и замыкающие рабочую цепь. Устанавливают их на подвижные механизмы для ограничения их движения в определённых пределах. Устройства выполняют те же функции, что и обычные выключатели.
Начинка концевых выключателей размещается в надежном корпусе, обычно изготовленном из металла. Все его компоненты спроектированы для удобного монтажа и быстрой установки в заданном положении.
Яркие светодиоды, отличающиеся по цвету, обеспечивают управление подачей питания и работой датчика. Две пары контактов, обычно расположенные на концевике, предоставляют возможность следить за состоянием его соединения.
Отсутствие возврата сигнала после передачи по замкнутой паре говорит о поломке провода, идущего к выключателю. После срабатывания датчика сигнал можно передавать по размыкаемой паре контактов.
Чувствительные датчики являются основой в системах защиты от протечекПри обнаружении воды устройства не только подают звуковой и световой сигнал о приближающейся аварии, но и прекращают работу систем водоснабжения.
Классификация по принципу действия
Существуют три основных вида концевиков: механические, бесконтактные и магнитные. Каждый из этих приборов автоматически отключает рабочий механизм при достижении установленной позиции его подвижной частью. Концевики применяются не только для размыкания цепи, но и для ее соединения.
В коневых датчиках работу цепи регулируют двумя способами: прямым воздействием на подвижные контакты и позиционным управлением ими. В первом случае говорят о контактных, во втором — о бесконтактных датчиках. Примером контактных концевиков служат датчики, отвечающие за закрытие автомобильных дверей.
Такие датчики способны не только управлять работой механизмов, но и определять местоположение контролируемого объекта. поплавковые выключателиТакже установлены датчики для контроля уровня топлива. Их работа основана на изменении сопротивления, которое соответствует конкретному количеству жидкости.
Контактные датчики вблизи механических подвижных частей могут не подходить. Их срок службы ограничен из-за слабой защиты от влаги и пыли.
В свою очередь, преимущество контактных датчиков — простота конструкции, установки и эксплуатации. Бесконтактные выключатели более защищены от внешних воздействий и имеют больший ресурс.
Концевики механического типа
Управление концевиками может быть роликовым или рычажным. При работе механизма, представляющего собой колесо, кнопку или рычаг, срабатывают концевики.
Изменение положения контактов может произойти: либо замкнуться, либо разомкнуться. Этот процесс сопровождается сигналом — управляющим или предупреждающим.
Конечные выключатели чаще всего оснащаются двумя контактами: открытым и закрытым. Встречаются одиночные конечные устройства, но не так часто. У всех экземпляров контакты располагаются в корпусе, а рабочая схема с их номерами прикреплена к панели.
Конструкция роликовых ВК предполагает отключение при нажатии исполнительного механизма на кнопку-шток. Поскольку кнопка соединена с подвижными контактами, срабатывание приводит к разрыву питающей цепи.
Рычажные выключатели отличаются тем, что подвижные контакты с помощью тяги или штока соединяются с маленьким рычажком. Работа осуществляется при воздействии исполнительного механизма на этот рычажок.
Помимо стандартных концевых выключателей существуют микровыключатели. Работают они по похожему принципу, но регулировка при установке требует большей точности из-за малого хода. Для увеличения хода применяют промежуточный элемент — рычажок с роликом.
Этот вид выключателей используют как в производственных помещениях, так и в жилых зданиях. В конструкции лифта многократно применяются КУ.
Выключатель, работающий как датчик, ограничивает минимальную и максимальную высоту хода лифта, сигнализирует об обрыве каната, подает сигнал об открытии двери и выполняет другие функции. На дверях многих квартир установлены микровыключатели, включающие свет в комнате при ее открытии.
В автомобилях механические конечные датчики подключают к схемам сигнализации и освещения. Отличаются одним входом с подключенным положительным потенциалом. Корпус является минусовой клеммой, прижимаемой к металлическому элементу кузова, очищенному от краски.
К этой детали автомобиля подключен кабель. Важно, чтобы выключатель не контактировал с влажной поверхностью. Датчики подсоединяют во время установки сигнализации по схеме.
Для включения при открытии двери и выключения при закрытии выполняют замыкание на плюс. При наличии подсветки потолка салона и дверей применяют блок концевиков, выполняющий различные функции. Срабатывание блока блокирует важные датчики при попытке открытия замков.
Особенности бесконтактных концевиков
Бесконтактные концевые выключатели (БВК) представляют собой разновидность концевых выключателей. Приборы активируются при проникновении объекта в зону чувствительности.
В устройстве отсутствуют подвижные элементы, а также механический контакт между воздействующим предметом и настроенным на него участком выключателя.
Состоит БВК из следующих частей:
- чувствительного элемента;
- силового ключа;
- компонента, анализирующего сигнал.
Рабочая зона устройства определяется типом датчика и нуждами технологического процесса. Уменьшение количества подвижных и истирающихся деталей существенно улучшает работоспособность подобных приборов.
Бесконтактные датчики, также известные как датчики приближения, отличаются широким спектром функций. Рассматриваются два типа: выключатели и датчики положения.
БВК призван определять положение предмета. Датчик также осуществляет подсчёт, позиционирование, разделение и сортировку объектов. Возможна проверка скорости и перемещения, вычисление угла поворота, коррекция перекоса и выполнение других действий.
В бытовых условиях бесконтактные выключателиВ настоящее время в основном применяют для управления освещением. Но в области создания систем «Умного дома»Его возможности шире, а перспективы внушительнее.
Чувствительные приборы используют в промышленности, транспорте, автоматизации и нефтепереработке. По способу обнаружения близких объектов разделяют на индуктивные, емкостные, оптические и ультразвуковые БКВ.
Индуктивные бесконтактные датчики
Настроено оборудование на работу с материалами, как металлическими, так и аморфными. Среди вариантов, реагирующих на металл, имеются магнитные и ферромагнитные. Внутри датчика расположен сердечник: металлический или намагниченный.
При подробном описании конструкции датчика указано, что преобразователь включает медную катушку, размещенную в ферритовой чаше. Функцией преобразователя является перенаправление вектора электромагнитных линий на лицевую сторону выключателя.
В схеме осциллятор может иметь либо фиксированное отрицательное сопротивление, либо быть другим типом. Линии магнитного поля расположены перпендикулярно току, текущему по виткам сердечника.
Напряжение на входах сердечника переменного силового поля меняется. Формирователь сигнала, создающий гистерезис и диапазон действия сигнала управления, является важным узлом. В его состав входит детектор под управлением триггера.
Работа индукционного концевого выключателя основана на изменениях, которые происходят при перемещении объекта. При достижении предела напряжения датчик активизируется, замыкая триггер и открывая ключ.
Емкостные бесконтактные концевые выключатели
Появление объекта активирует контур вибратора емкостного прибора; задаются временные параметры. Приближение предмета к датчику увеличивает его емкость, что приводит к снижению частоты, генерируемой мультивибратором.
Превышение порогового значения частот приведет к отключения прибора. датчиков движенияДатчики, контролирующие включение и выключение светильников при возникновении движения в зоне действия.
У емкостного датчика, как и у индуктивного, есть генератор и детектор.
Помимо генератора электрического поля, в состав входит демодулятор, преобразующий амплитуду высокочастотных колебаний с одновременным изменением напряжения. Важная составляющая — триггер, отвечающий за уровень сигнала, переключения и гистерезисную зависимость.
Чтобы сигнал входа достиг необходимой величины, в схеме емкостного выключателя включают усилитель. Контроль настроек и функционирования прибора осуществляет светодиодный индикатор.
Компаунд защищает выключатель от влаги и твердых частиц. Пластиковый или медный корпус предохраняет внутренние элементы от механических повреждений. В комплекте предусмотрены крепежные детали.
В устройстве коммутационный элемент размещён на конденсаторе и представляет собой пластину, работающую с вибратором. Компаратор, соединённый с вибратором, служит пороговым элементом. Вибратор подключен к преобразователю частоты и напряжения.
Емкостные модели чувствительны к влажности воздуха и изменению его плотности, а индуктивные — нет.
Устройство ультразвуковых выключателей
Ультразвуковые концевые выключатели имеют кварцевые звуковые излучатели, генерирующие импульсные волны длительностью от 100 до 500 кГц. Приемник настроены на соответствующую частоту.
Изменение амплитуды звуковых волн при маневрах объекта заставляет микровыключатель БВК фиксировать новые значения и управлять выходными сигналами.
Ультразвуковые датчики работают на основе измененного времени прохождения звуковой волны от датчика к объекту. Расстояние обнаружения таких приборов может достигать 10 метров. Главным преимуществом является возможность обнаруживать предметы любой формы и цвета, отражающие звук.
Такие датчики предназначены для поиска объектов с плоской поверхностью, ориентированной перпендикулярно оси обнаружения.
Неточности в их работе могут вызвать:
- Внезапные мощные потоки воздуха, меняющие силу волны.
- Изменение температуры влияет на скорость распространения волн, которые исходят от объекта при его интенсивном выделении тепла.
- Ошибка измерения угла между уровнем предмета и осью датчика может быть не более 10 градусов. В противном случае датчик не реагирует.
- Объект имеет угловатую форму, что затрудняет его обнаружение.
Колебания распространяются в твердых, газообразных и жидких средах; скорость зависит от их параметров. Ультразвуковые датчики не имеют подвижных частей, поэтому количество циклов не влияет на срок службы прибора. Датчики отличаются повышенной устойчивостью к внешним воздействиям.
Оптические бесконтактные устройства
Датчики типа БКВ управляют объектами, как поглощающими, так и отражающими излучение. При попадании объекта между выключателем и источником света датчик прерывает световой поток. Релейный или полупроводниковый элемент отвечает за это действие. Радиус реагирования достигает 150 метров.
Датчики приближения функционируют в широком температурном диапазоне: от -60 до +150⁰С. Выдерживают давление около 500 Атм, могут использоваться в агрессивной среде и даже при повышенной взрывоопасности.
Магнитные концевые разновидности
Этот тип выключателей, называемых также поплавковыми или герконами, всё чаще заменяют механические модели.
Герконовый выключатель имеет один или два контакта из ферромагнитного материала.
Магнитный концевик компактен по размеру. Его устанавливают в корпус из пластика или стекла, а в электрическую цепь включают в её разрыв.
Контакты в подобном переключателе могут быть открытыми, закрытыми или переключаемыми. В устройствах первого вида контакт при срабатывании замыкается. Нормально закрытые контакты размыкаются в сходных ситуациях, а переключаемые ведут себя соответственно обстоятельствам.
Выбор модели определяется ситуацией. Герконы используют для устройства откатов. С их помощью останавливается конструкция, когда доходит до конца открытия или закрытия.
Некоторые модели поплавков применяют в охранных сигнализациях входных дверей. Закрытая дверь поддерживает замкнутый контакт благодаря воздействию магнитного поля на концевик. Открывание двери перемещает магнит и размыкает контакт, активируя сигнализацию.
Отсутствие механического контакта повышает долговечность конструкции. Простая структура основана на взаимодействии магнитоуправляемых контактов и обычного магнита.
Правила и специфика подключения
Концевые выключатели просты в устройстве, но применяются в аппаратуре с сложными электрическими цепями. Подключение их следует выполнять специалистами точно по схемам, учитывая особенности техники.
Рассмотрим подключение механического переключателя к 3D принтеру для определения крайних координат его каретки. У концевика три контакта: COM, NO, NC. При размыкании датчика первый и последний контакт находятся под напряжением +5V, а второй (NO) заземлён.
Датчик соединяют двумя проводами: красным и черным. При активации прибора слышно характерный щелчок. Индикаторный выключатель подсоединяют аналогично, но у него еще есть зеленый провод.
Загорание светодиода и щелчок свидетельствуют о срабатывании. На разъемах платы указаны обозначения: красный провод — V (+5 В), черный — G (земля), зеленый — S (сигнал).
Такими же буквами обозначены разъемы и у оптического выключателя. Более точно будет контролировать работу каретки, но может давать сбои при запыленности и в солнечном свете. Срабатывание оптической пары сопровождается включением светодиода и происходит совершенно бесшумно.
Мебельщики часто устанавливают концевые выключатели в шкафах-купе. Подключение происходит согласно инструкции, которая идёт в комплекте с каждой моделью. На схеме показано место крепления пластикового элемента с клавишей. Среднюю дверь необходимо установить таким образом, чтобы она не мешала свободному передвижению другой двери секции по направляющим.
Если установить концевой выключатель для распашной двери, закрепляют его винтами внутри шкафа. При закрытой двери дверка нажимает кнопку, разрывает цепь, и свет не горит. Когда дверь открыта, дверка отпускает кнопку, и включается освещение.
Маркировка концевых выключателей
Каждый коммутатор маркирован. Расшифровка маркировки дает информацию о модели концевого выключателя. Наименование ВУ222М указывает на то, что перед вами концевой выключатель серии ВУ222 с модернизированным рычагом.
Расшифруем маркировку выключателя ВП 15М4221-54У2. Выключатель имеет один подвижный элемент серии 15. Установлены два контакта: замыкающий и размыкающий, оснащённый толкателем с роликом.
Защита уровня IP54 применена к приводу, где «У» указывает на климатическое исполнение, а цифра 2 — на категорию размещения. Продукт соответствует ТУ У 31.2-25019584-005-2004.
Лидирующие в сегменте производители
Много фирм выпускает такие датчики. Среди них лидируют некоторые компании, например, немецкая компания Sick как главный производитель высококачественной продукции такого рода. Компания Autonics поставляет на рынок концевые бесконтактные выключатели индуктивного и емкостного типов.
Российская компания «ТЕКО» выпускает бесконтактные датчики высокого качества. Благодаря сверхвысокой герметичности (IP 68) эти концевики работают в самых опасных средах, в том числе взрывоопасных. Устанавливать их можно различными способами.
Конечные выключатели украинской фирмы «Промфактор» пользуются спросом. Производитель выпускает выключатели и переключатели концевые ВП, ПП, ВУ. Гарантия при условии соблюдения всех эксплуатационных правил составляет три года.
Выводы и полезное видео по теме
Видео #1. Популярно о концевом выключателе:
Видео #2. Установка КВ на самодельный станок с ЧПУ:
Целевое назначение концевых выключателей весьма разнообразно. Используют их как в сложных промышленных сетях, так и в быту для улучшения нашего благополучия. Важно: подключение к электрической схеме осуществить только после полного обесточивания.
Поделитесь своими мыслями и опытом в разделе комментариев. Ваши рекомендации, фотографии и вопросы могут быть полезны другим посетителям.