Практически все автоматизированные механизмы оснащены устройством, называемым концевым выключателем, который отключает систему, когда подвижная часть достигает определенной позиции. В системах освещения такие устройства служат датчиками; при срабатывании заранее заданных условий они формируют сигнал.
В этом материале мы подробно рассмотрим назначение и виды концевых выключателей. Статья содержит проверенные монтажные схемы, правила подключения, а также информацию о маркировке и рекомендации по выбору подходящих устройств.
Краткое содержание статьи
Что представляют собой концевые выключатели?
Концевые выключатели представляют собой электрические устройства, предназначенные для замыкания и размыкания цепи питания. Их устанавливают на движущихся механизмах, чтобы ограничивать их перемещение в заданных пределах. Функции, которые выполняют такие устройства, аналогичны функциям обычного выключателя.
Внутренние компоненты концевых выключателей защищены прочным корпусом, который чаще всего изготавливают из металла. Все элементы устройства оптимизированы для простоты установки и легкости ориентирования в пространстве.
Яркие светодиоды различных цветов обеспечивают визуальный контроль за подачей энергии и работой датчика. Обычно в концевиках имеются две пары контактов, что позволяет отслеживать состояние подключения устройства.
Если при замкнутых контактах сигнал не возвращается, это свидетельствует о проблемах с кабелем, соединяющим выключатель. При активации датчика можно использовать разомкнутую цепь для передачи сигнала.
Чувствительные датчики играют ключевую роль в системах защиты от утечек. Они не только сигнализируют об обнаружении воды в звуковом и визуальном режимах, но и отключают системы, транспортирующие воду, когда это необходимо.
Классификация по принципу действия
Концевые выключатели входят в три основные категории: механические, бесконтактные и магнитные. Основная задача всех этих устройств заключается в автоматическом отключении работающих механизмов, когда подвижные части достигают установленного положения. Они могут также выполнять функцию соединения цепи.
Концевые датчики могут работать по двум принципам: непосредственное давление на контакт или позиционное управление. Первый вариант называется контактным, второй — бесконтактным. В качестве примера контактных выключателей можно привести устройства, контролирующие закрытие дверей автомобиля.
На изображении представлен конструктивный вариант концевого выключателя путевого типа. Он состоит из следующих компонентов: крышка (1), основание (2), контакты (3), ролик (4), рычаг (5), уплотнительная полоса (6) и ввод для провода (7).
Такие устройства могут не только активировать и деактивировать механизмы, но и устанавливать положение контролируемого объекта. Сюда можно отнести поплавковые выключатели и датчики уровня топлива. Их активация происходит при изменении сопротивления, соответствующего определенному уровню жидкости.
Недостатком контактных датчиков является наличие механических подвижных частей, что сокращает их срок службы из-за недостаточной защиты от влаги и пыли. Преимущества таких устройств заключаются в их простой конструкции, легкости установки и эксплуатации. Бесконтактные выключатели, как правило, более защищены от внешних воздействий и имеют больший ресурс.
Концевые устройства механического типа
Механические концевые выключатели могут быть с роликовым или рычажным срабатыванием. Активация происходит, когда управляющий механизм в виде кнопки, колесика или рычага подвергается механическому воздействию.
При этом меняется положение контактов — они могут замыкаться или размыкаться. Данный процесс сопровождается сигналом, который может носить управляющий или предупредительный характер.
Наиболее распространенные концевики имеют два типа контактов — открытый и закрытый. Хотя встречаются и одиночные устройства, они встречаются реже. В любом случае каждый концевик имеет контакты, а схема их подключения обозначена на панели.
В конструкции роликовых выключателей предусмотрено отключение при нажатии исполнительного механизма на кнопку, которая представлена небольшим штоком. В результате взаимодействия происходит размыкание цепи питания.
Рычажные устройства отличаются тем, что их подвижные контакты связаны с небольшим рычагом через тягу или шток. Срабатывание происходит при нажатии на рычаг.
На фото представлен механический концевой микровыключатель KW4-3Z-3 с нажимной планкой. Он выделяется среди стандартных размером рабочего хода и применяется в станках с ЧПУ, а также 3D-принтерах.
Существуют также и микровыключатели, которые функционируют по аналогичному принципу, однако их установка требует более высокой точности из-за небольшого хода. Для увеличения рабочего процесса иногда используют промежуточный элемент, например, рычаг с роликом.
Данный тип выключателей используется как в промышленных условиях, так и в домашних. В лифтах применяется множество концевых устройств.
К ним относят выключатели, ограничивающие минимальную и максимальную высоту перемещения лифта, а также сигнализирующие об обрыве троса, открывающие двери и выполняющие множество других функций. Микровыключатели установлены на дверях многих квартир и включают свет при их открытии.
Механические конечные датчики применяются в автомобилях в системах сигнализации и освещения. Они имеют отличительную черту — один ввод с подключенным положительным потенциалом, а корпус служит минусом, который прижимают к металлическому элементу кузова, свободному от краски.
Этот элемент соединен с массой автомобиля при помощи кабеля. Важно, чтобы выключатель не соприкасался с мокрой поверхностью. Концевые датчики подключают при установке авто-сигнализации по определенной схеме. Их выходы могут быть расположены как на дверях, так и в салоне на осветительных устройствах.
Для срабатывания при открывании двери и отключения при закрывании выполняется замыкание на плюс. В случае наличия подсветки потолка в салоне и дверей применяются блоки концевых выключателей, которые обеспечивают разные функции. В результате срабатывания блока важные датчики блокируются, если кто-то попытается открыть замки.
Особенности бесконтактных концевых выключателей
Одна из разновидностей концевых выключателей — это бесконтактная версия (БВК). Эти устройства срабатывают, когда в их чувствительную зону попадает определенный объект.
Бесконтактные концевики настраиваются на конкретные материалы и размеры. Как только объект с заданными характеристиками находится в зоне чувствительности, происходит изменение амплитуды колебаний генератора.
Внутри устройства отсутствуют движущиеся части, а также механических контактов между устройством и объектом воздействия.
БВК состоит из следующих компонентов:
- чувствительного элемента;
- силового ключа;
- блока, анализирующего сигнал.
Удалённость срабатывания устройства настраивается в зависимости от типа датчика и требований к процессу. Исключение движущихся и трения элементов значительно увеличивает надежность работы этих устройств.
Бесконтактные датчики, или датчики приближения, обладают широкими функциональными возможностями. Они делятся на два типа: выключатели и датчики положения.
Основная функция БВК — определение расположения объекта. Кроме того, этот датчик может выполнять подсчет, позиционирование, сортировку и разделение объектов. Он также способен контролировать скорость, движение, определять угол поворота, корректировать искривления и многое другое.
В повседневных условиях бесконтактные выключатели в основном используются для управления освещением. Тем не менее, в области «Умного дома» у них значительно больше возможностей и потенциала для применения.
Чувствительные устройства активно применяются в промышленности, транспортной сфере, в качестве элемента автоматизации, в нефтедобывающей отрасли. По принципу обнаружения приближающихся объектов различают БКВ индуктивные, емкостные, оптические и ультразвуковые.
Индуктивные бесконтактные датчики
Эти датчики реагируют как на металлические, так и на неметаллические материалы. Существует множество вариантов, чувствительных к металлам, включая магнитные и ферромагнитные типы. Внутри датчика имеется сердечник, который может быть металлическим или намагниченным.
Такие выключатели способны функционировать при широком диапазоне напряжений — от 10 В на постоянном токе и от 264 В на переменном. Выходной сигнал формируется при 0,2 А для постоянного тока и 0,5 А для переменного.
Если углубиться в строение таких датчиков, они состоят из преобразователя, который включает медную катушку, расположенную в ферритовой чаше. Это позволяет направлять вектор электромагнитных линий к лицевой стороне выключателя.
Осциллятор может быть с фиксированным минусовым сопротивлением или другого типа. Линии магнитного поля располагаются перпендикулярно движению тока, который проходит через витки намагниченного сердечника.
Переменное силовое поле создается переменным напряжением на вводах сердечника. Следующий ключевой узел — формирователь сигнала, который генерирует гистерезис и задает диапазон действия управляющего сигнала. В его состав входит детектор, управляемый триггером.
На схеме демонстрируется индуктивный выключатель движения в действии. Главным его элементом является катушка индуктивности, работающая от генератора.
Основным аспектом работы индукционного концевого выключателя является то, как меняется его состояние при приближении или удалении какого-либо объекта. Когда уровень напряжения превышает заданный порог, сенсор активируется и замыкает схему, тем самым включая ключ.
Емкостные бесконтактные концевые выключатели
Когда в зону действия прибора попадает объект, активируется контур вибратора емкостного устройства, и задаются временные параметры. С увеличением близости предмета возрастает емкость датчика, в то время как частота, создаваемая мультивибратором, начинает снижаться.
Как только частотный порог превышен, устройство отключается. Этот принцип работы используется во многих моделях детекторов движения, которые активируют и деактивируют освещение при обнаружении движущихся объектов в их зоне чувствительности.
Структурная схема емкостного датчика сходна с индуктивным устройством: в обеих версиях присутствуют генератор и детектор.
Емкостные концевые выключатели функционируют на основе изменения емкости приемного элемента — конденсатора, который начинает активироваться в присутствии диэлектриков или металлических тел в зоне его действия.
Конструкция этих датчиков включает генератор, ответственный за создание электрического поля, а также демодулятор, который преобразует амплитуду высокочастотных колебаний и изменяет напряжение. Также важным элементом является триггер, контролирующий уровень сигнала, переключения и гистерезисную зависимость.
Для усиления входного сигнала до необходимого значения в схему емкостного выключателя вводят усилитель. Освещение индикатора обеспечивает визуальный контроль за состоянием устройства.
Защита от влаги и воздействия твердых частиц обеспечивается компаундом, а корпус из пластика или латуни предотвращает механические повреждения внутренних компонентов. В комплект устройства входят крепежные элементы.
Коммутационный элемент располагается на конденсаторе и представляет собой пластины, взаимодействующие с вибратором. Компаратор, соединенный с вибратором, выполняет роль порогового элемента и связан с преобразователем частоты и напряжения.
Емкостные концевые выключатели способны реагировать на твердые, порошкообразные и жидкие материалы, как проводящие, так и непроводящие электрический ток.
Главное отличие емкостных датчиков от индуктивных состоит в том, что они чувствительны к влажности воздуха и изменениям плотности, тогда как индуктивные устройства не реагируют на подобные факторы.
Устройство ультразвуковых выключателей
Ультразвуковые концевые выключатели имеют конструкцию, которая включает в себя кварцевые звуковые излучатели, создающие импульсные волны с частотой от 100 до 500 кГц, и приемник, настроенный на конкретную частоту.
Когда движущийся объект изменяет амплитуду звуковых волн, микровыключатель БВК фиксирует эти изменения и на их основе управляет выходными сигналами.
Работа ультразвуковых датчиков основана на принципе изменения времени, необходимого для прохождения звуковой волны от датчика до объекта. Эти устройства имеют значительную дальность обнаружения — до 10 метров. К их преимуществам можно отнести способность фиксировать объекты с любой формой и цветом, которые отражают звук.
Работа ультразвукового датчика строится на простом принципе: когда на одну из его ножек подается сигнал, другая получает импульс, длина которого соответствует расстоянию до обнаруженного объекта.
Применяют такие датчики для обнаружения предметов с плоскими поверхностями, находящимися перпендикулярно к линии обнаружения.
Такие факторы, как:
- Внезапные сильные потоки воздуха, способные усиливать или ослаблять звуковую волну.
- Резкие изменения температуры. Высокая температура, исходящая от объекта, может изменить скорость распространения волн.
- Нарушение угла между горизонтальной плоскостью объекта и осью датчика. Если это отклонение превышает 10 градусов, устройство может не сработать.
- Неправильные геометрические формы объекта, что может затруднить его обнаружение.
Колебания могут распространяться в твердых, газообразных и жидких средах, а скорость их движения зависит от различных параметров. Ультразвуковые датчики не содержат подвижных частей, что делает их долговечными. Они имеют высокую устойчивость к внешним воздействиям.
Оптические бесконтактные устройства
БКВ данного типа реагируют на предметы, как на препятствия для излучения, так и на его отражение. Когда объект оказывается между выключателем и источником света, датчик блокирует световой поток. Элемент, выполняющий эту функцию, может быть релейным или полупроводниковым. Радиус действия данных устройств достигает 150 метров.
Оптический концевой датчик используется для определения положений крайних точек движения подвижных частей, например, в 3D-принтерах или станках с ЧПУ.
Датчики приближения работают в широком диапазоне температур — от -60 до +150 °C. Они способны выдерживать давление до 500 Атм и используются в агрессивной среде, даже при высокой угрозе возникновения взрывов.
Магнитные концевые разновидности
Данный тип выключателей, известный также как поплавковые или герконы, постепенно заменяет механические модели. Их контакты меняют состояние при нахождении вблизи магнитного поля, что приводит к подаче сигнала в управляющую схему.
В герконовых выключателях используется один или два контакта, выполненные из специального ферромагнитного материала. Магнитные концевики обладают малыми размерам, они размещаются в пластиковом или стеклянном корпусе и монтируются в электрическую цепь.
Контакты в таких устройствах могут быть открытыми, закрытыми или переключаемыми. При срабатывании открытых контактов цепь замыкается, нормально закрытые контакты размыкаются, а переключаемые ведут себя в зависимости от условий.
Выбор конкретной модели зависит от условий эксплуатации. Герконы часто используют в конструкции откатных ворот для остановки механизма при достижении крайнего положения.
Некоторые поплавковые модели применяют в охранных системах на входе в здание. Когда дверь закрыта, цепь замкнута благодаря воздействию магнитного поля на концевик. При открытии двери происходит перемещение магнита и размыкается контакт, что вызывает срабатывание сигнализации.
При установке магнитов следует учитывать их полярность. Неправильная установка может привести к неисправности устройства.
Отсутствие механических контактов является одним из достоинств таких конструкций, что значительно увеличивает их срок службы. Они отличаются упрощенной схемой, основанной на взаимодействии магнитоуправляемых контактов с обычными магнитами.
Правила и специфика подключения
Несмотря на простоту конструкции концевых выключателей, их используют в сложном оборудовании с множеством электрических цепей. Поэтому подключение должно выполнять специалист, строго следуя принципиальным схемам с учетом особенностей техники.
Рассмотрим подключение простого механического переключателя в 3D-принтере, которое необходимо для задания крайних координат каретки. Концевик имеет три контакта — COM, NO и NC. В разомкнутом состоянии датчика первый и третий контакт под напряжением +5V, а второй (NO) заземлен.
На схеме контакты COM (1) и NO (2) находятся в замкнутом состоянии, тогда как COM и NC (3) разомкнуты. Когда каретка принтера достигает крайней позиции, происходит соединение контактов COM и NC, в результате чего каретка отводится назад на 2 мм.
Для подключения датчика используются два провода: красный и черный. При срабатывании устройства слышен характерный щелчок. Индикаторный выключатель подключается по той же схеме, но имеет еще один — зеленый провод.
О его срабатывании свидетельствует включение светодиода и появление щелчка. На его разъемах на плате указаны обозначения: для красного провода V (+5 В), для черного — G (земля), для зеленого — S (сигнал).
Те же обозначения присутствуют и на разъемах оптического выключателя. Он позволяет более точно отслеживать работу каретки, но может давать сбои из-за запыленности или солнечного света. Срабатывание оптической пары происходит совершенно бесшумно и сопровождается включением светодиода.
Концевые выключатели широко применяются мебельщиками для установки в шкафах-купе. Подключение производится в соответствии с инструкцией, приложенной к каждой модели. На схеме отмечено место крепления пластикового устройства с кнопкой. Для средней двери следует установить так, чтобы она не мешала свободному движению другой двери по направляющим.
На схемах показаны последовательности подключения концевиков для раздвижных дверей в шкафах-купе (вариант б) и для распашных (вариант а).
Если концевой выключатель устанавливается на распашной двери, он фиксируется саморезами внутри шкафа. В закрытом положении дверь прижимает кнопку, размыкает цепь, и свет не включается. В открытом состоянии кнопка освобождается, и освещение включается.
Маркировка концевых выключателей
Каждое из этих коммутирующих устройств должно иметь соответствующую маркировку. Расшифровка такой маркировки позволяет узнать все характеристики конкретного концевого выключателя. Например, запись ВУ222М означает, что перед вами выключатель концевой модели ВУ222 с модернизированным рычажным элементом.
На данной схеме представлено условное обозначение концевого выключателя, который предназначен для работы в управляющих цепях, функционирующих от переменного и постоянного тока с максимальным напряжением 660 В.
Давайте подробно разберем обозначение выключателя ВП 15М4221-54У2. У него имеется один подвижный элемент, относящийся к серии 15. Выключатель включает в себя один замыкающий и один размыкающий контакт, дополненный толкателем с роликом.
Степень защиты данного устройства составляет IP54 по стороне привода, где буква «У» указывает на климатические условия, а цифра 2 — на категорию установки. Этот продукт соответствует техническим условиям ТУ У 31.2-25019584-005-2004.
Лидирующие в сегменте производители
Множество компаний занимаются производством таких датчиков, среди которых выделяются признанные лидеры. Одним из них является немецкая фирма Sick, которая славится высоким качеством своей продукции. Также на рынке присутствует компания Autonics, известная своими концевыми бесконтактными выключателями индуктивного и емкостного типов.
Российская компания «ТЕКО» занимается производством высококачественных бесконтактных датчиков, которые обеспечивают превосходную герметичность (IP 68). Эти концевые выключатели могут функционировать в самых неблагоприятных условиях, включая взрывоопасные среды, и предлагают различные способы установки.
Конечные выключатели украинского производителя «Промфактор» также пользуются большой популярностью. В этом предприятии изготавливаются разные виды выключателей и переключателей, таких как ВП, ПП и ВУ. Гарантия на продукцию составляет 3 года при условии соблюдения всех норм эксплуатации.
Выводы и полезное видео по теме
Видео #1. Информация о концевом выключателе:
Видео #2. Установка концевого выключателя на самодельный ЧПУ станок:
Концевые выключатели могут иметь разнообразные функции. Их применяют как в сложных промышленных системах, так и в домашних условиях для повышения удобства. Важно помнить, что подключение к электрической схеме должно производиться только после полного отключения напряжения.
Будем рады вашим комментариям в блоке ниже. Возможно, вы сможете поделиться ценной информацией, которая будет интересна другим пользователям сайта. Оставляйте рекомендации, публикуйте фотографии и задавайте вопросы по теме.
