Končno stikalo: kaj je to, označevanje + pravila priključitve

Skoraj vsi avtomatizirani sistemi vsebujejo takšno napravo, kot je končno stikalo, ki skrbi za njihov izklop, ko gibljivi del doseže določeno točko. V sistemih za upravljanje razsvetljave se končna stikala uporabljajo kot senzorji. Ko nastopijo programirani pogoji, ustvarijo signal.

Vse o funkcionalnem namenu in različicah končnih izklopnih naprav. V predstavljenem članku so opisane v praksi preverjene sheme montaže, našteta pravila priključitve. Podane so značilnosti označevanja, podani so nasveti za izbiro.

Kaj so končna stikala?

Stikala-končniki so elektrotehnične naprave, namenjene za odpiranje in zapiranje delovnega tokokroga. Nameščajo se na premikajoče mehanizme za omejevanje njihovega gibanja znotraj določenih mej. Funkcije, ki jih opravljajo te naprave, so enake standardnemu stikalu.

Notranji deli končnih stikal so zaprti v trdnem ohišju, največkrat kovinskem. Vsi njegovi elementi so optimizirani za preprosto pritrditev in enostavno orientacijo v prostoru.

Svetle LED diode različnih barv omogočajo nadzor nad dovajanjem napajanja in delovanje senzorja. Dva para kontaktov, ki ju najpogosteje ima končno stikalo, omogočata nadzor nad stanjem njegove priključitve.

Če pri zaprtem paru po prenosu signala ne sledi njegova vrnitev, to kaže na okvaro kabla, ki vodi do stikala. Po delovanju senzorja je za prehod signala mogoče uporabiti odprti par kontaktov.

Občutljivi senzorji so osnova v sistemih zaščite pred puščanjem. Ob zaznavi vode, za odkrivanje katere so namenjeni, naprave ne le opozarjajo na bližajočo se izredno situacijo v zvočnem in barvnem načinu, temveč tudi blokirajo delovanje sistemov, po katerih se voda prevaža.

Klasifikacija po načelu delovanja

Izpostavljene so tri glavne skupine končnih stikal: mehanska, brezkontaktna in magnetna. Glavna funkcija vseh teh naprav je samodejno odklopiti delujoč mehanizem v trenutku, ko njegov gibljivi del doseže nastavljeno lego. Ta stikala služijo ne le za odpiranje tokokroga, temveč tudi za njegovo zapiranje.

Delovanje vezja v končnih stikalih je koordinirano na dva načina: neposredno delovanje na premične kontakte in pozicijsko upravljanje le-teh. V prvem primeru jih imenujemo kontaktna, v drugem pa brezkontaktna. Primer kontaktnih končnih stikal so senzorji, ki skrbijo za zapiranje avtomobilskih vrat.

Na fotografiji je prikazana konstrukcijska izvedba končnega stikala potnega tipa. Njegove glavne sestavine so: pokrov (1), podstavek (2), kontakti (3), valjček (4), ročica (5), tesnilni trak (6), uvod kabla (7).

Senzorji tega tipa ne morejo samo vklapljati in izklapljati mehanizmov, ampak tudi določati položaj nadzorovanega predmeta. Sem spadajo plovna stikala ter senzorji, ki določajo nivo goriva. Signal za njihovo aktivacijo je sprememba upora, ki ustreza določenemu nivoju tekočine.

Slabost kontaktnih senzorjev je prisotnost mehanskih premičnih delov, sorazmerno kratka življenjska doba zaradi neučinkovite zaščite pred vlago in prahom. Prednost je preprosta konstrukcija, namestitev in uporaba. Brezkontaktna stikala so bistveno bolj zanesljivo zaščitena pred zunanjimi vplivi. Daljša pa je tudi njihova življenjska doba.

Končna stikala mehanskega tipa

Upravljanje končnih stikal te vrste je lahko z valjčkom ali z ročico. Aktivirajo se, ko krmilni mehanizem v obliki kolesca, gumba ali ročice občuti mehanski vpliv.

Pri tem se spremeni položaj kontaktov – lahko se sklenejo ali razprejo. Postopek spremlja signal – krmilni ali opozorilni.

Najpogosteje imajo končna stikala dva kontakta – odprtega in zaprtega. Obstajajo tudi enojna končna stikala, vendar so redka. V vsakem primeru so kontakti v ohišju vsakega, delovna shema z njihovimi številkami pa je prikazana na plošči.

S konstrukcijo valjčnih končnih stikal je predviden izklop s pritiskom krmilnega mehanizma na gumb v obliki majhnega potiskača. Ker je ta povezan z dinamičnimi kontakti, se ob dotiku odpre napajalno vezje.

Razlika pri ročičnih stikalih je v tem, da so njihovi premični kontakti preko vlečne palice ali skozi potiskač povezani z majhno ročico. Do delovanja pride, ko krmilni mehanizem pritisne na to ročico.

Na fotografiji je mehansko končno mikro stikalo KW4-3Z-3 s pritisno ploščico. Od standardnega se razlikuje po velikosti hoda delovnega elementa. Uporablja se v CNC strojih, 3D tiskalnikih.

Poleg standardnih končnih stikal obstajajo tudi mikro stikala. Delujejo po istem načelu, vendar je njihovo nastavljanje med montažo zahtevnejše zaradi majhnega hoda. Za povečanje delovnega hoda se uporabi trik, kot je vključitev vmesnega elementa – ročice s kolescem v vezje.

Takšno vrsto stikal uporabljajo tako v proizvodnji kot doma. V konstrukciji dvigala je uporabljeno veliko število končnih stikal.

Med njimi je stikalo v obliki senzorja, ki omejuje najmanjšo in največjo višino hoda dvigala, signalizira pretrganje vrvi, daje signal o odprtju vrat in opravlja še številna druga dejanja. Na vratih mnogih stanovanj so mikrostikala, ki pri odprtju vklopijo luč v sobi.

V avtomobilih so takšni mehanski končni senzorji vključeni v alarmne in svetlobne sheme. Njihova posebnost je en sam vhod s priključenim pozitivnim potencialom. Ohišje je negativna sponka, ki se pritisne na kovinski element na karoseriji avtomobila, ki je brez barve.

Ta element je z maso avtomobila povezan s kablom. Glavni pogoj je, da stikalo ne sme biti v stiku z mokro površino. Končni senzorji se pri montaži avtomobilskega alarma priključijo po shemi. Njihove izhode je dovoljeno namestiti tako na vrata kot v notranjosti na svetlobne naprave.

Da se vklop zgodi ob odprtju vrat, izklop pa ob njihovem zaprtju, se izvede kratek stik na plus. Ob prisotnosti osvetlitve stropa kabine in vrat se uporabi blok končnih stikal, ki opravlja različne funkcije. Zaradi delovanja bloka se pomembni senzorji zaklenejo ob poskusu odprtja ključavnic.

Značilnosti brezkontaktnih končnih stikal

Ena od različic končnih stikal je njihova brezkontaktna modifikacija (BVK). Komunikacija naprav je nastavljena tako, da se sprožijo, ko določen predmet vstopi v območje občutljivosti.

Ti končniki se nastavijo na določen material in zadano velikost. Ko predmet s takimi parametri vstopi v občutljivo območje, se spremeni amplituda nihanj generatorja.

V sami napravi ni gibljivih delov, prav tako ni mehanskega stika med predmetom delovanja in nastavljenim elementom stikala.

Brezkontaktno končno stikalo (BVK) je sestavljeno iz naslednjih delov:

• občutljivega elementa;
• močnostnega stikala;
• komponente za analizo signala.

Razdaljo, na kateri naprava začne delovati, se določi glede na modifikacijo senzorja in zahteve postopka. Odstranitev tako gibljivih kot drsnih elementov znatno poveča zanesljivost delovanja teh naprav.

Brezkontaktni senzorji ali, kot jih še imenujejo, senzorji približevanja, imajo obsežne funkcionalne možnosti. Obstajata dve kategoriji – stikala in senzorji položaja.

Prva naloga BK (brezkontaktnega stikala) je odkriti položaj predmeta. Poleg tega senzor izvaja štetje, pozicioniranje, ločevanje in razvrščanje objektov. Lahko nadzira hitrost, premikanje, izračuna kot vrtenja, korigira nagib in izvaja številna druga dejanja.

V gospodinjskih razmerah brezkontaktna stikala zaenkrat uporabljajo predvsem pri organizaciji upravljanja razsvetljave. Vendar imajo na področju urejanja sistemov “Pametnega doma” veliko večji obseg uporabe in precej več možnosti.

Občutljive naprave se uporabljajo v industriji, v prometnem sektorju, kot element avtomatizacije in v naftni predelavi. Po načelu zaznavanja približujočih se objektov ločimo induktivna, kapacitivna, optična in ultrazvočna BK.

Induktivni brezkontaktni senzorji

Ti senzorji so nastavljeni na kovinske in amorfne materiale. Med tistimi, ki reagirajo na kovino, so magnetne in feromagnetne različice. Znotraj senzorja je jedro – kovinsko ali namagneteno.

Stikalo lahko prejema napajanje z velikim razponom vrednosti napetosti – od 10 V pri enosmernem toku do 264 V pri izmeničnem. Ustvarjanje izhodnega signala se zgodi pri 0,2 A v primeru enosmernega toka in 0,5 A pri izmeničnem.

Če opisujemo konstrukcijo takega senzorja bolj podrobno, je sestavljena iz pretvornika, ki vključuje bakreno tuljavo, nameščeno v feritni skodelici. Njegova funkcija vključuje preusmeritev vektorja elektromagnetnih linij na sprednji del stikala.

Oscilator v shemi je lahko s fiksnim negativnim uporom ali katerega koli drugega tipa. Linije magnetnega polja so usmerjene pravokotno glede na smer toka, ki teče skozi ovoje namagnetenega jedra.

Izmenično silno polje je posledica izmenične napetosti na vhodih jedra. Naslednja pomembna enota je oblikovalec signala, ki ustvarja histerezo in območje delovanja krmilnega signala. Vanj je vključen detektor, ki ga nadzira sprožilnik.

Na shemi je prikazano induktivno stikalo gibanja v akciji. Njegov glavni element je induktivna tuljava, ki jo napaja generator.

Ključni trenutek delovanja indukcijskega končnega stikala so spremembe, ki nastanejo ob približevanju ali oddaljevanju predmeta. Ko prag napetosti preseže dovoljeno vrednost, senzor sproži s priklopom sprožilnika, ki odpre stikalo.

Kapacitivna brezkontaktna končna stikala

Ko se objekt pojavi, se zažene krog vibratorja kapacitivne naprave in nastavijo se časovni parametri. Ko se predmet približuje senzorju, se kapacitivnost slednjega povečuje, frekvenca, ki jo proizvaja multivibrator, pa se zmanjšuje.

Takoj ko bo frekvenčni prag presežen, se naprava izklopi. Po tem načelu delujejo številni modeli senzorjev gibanja, ki izklapljajo in vklapljajo žarnice ob zaznavi objekta v občutljivem območju.

Blokovna shema kapacitivnega senzorja je podobna induktivni napravi: v obeh modelih sta generator in detektor.

Načelo delovanja kapacitivnega končnega stikala temelji na spremembi kapacitivnosti sprejemnega elementa – kondenzatorja. V takšnih senzorjih se komutacijska operacija začne, ko v njihovo polje vstopijo dielektrični in kovinski objekti.

Poleg generatorja, ki ustvarja električno polje, so v njihovo konstrukcijo vključeni tudi osnovni deli, kot je demodulator. Ta opravlja vlogo pretvornika amplitude visokofrekvenčnih nihanj s hkratno spremembo napetosti. Naslednja pomembna sestavina je triger, ki skrbi za določeno raven signala, preklope in histerezno odvisnost.

Za povečanje vhodnega signala na nastavljeno vrednost je v vezje kapacitivnega stikala vključen ojačevalnik. Za nadzor nastavitve in delovanja naprave skrbi LED indikator.

Pred vlago in vdorom trdnih delcev stikalo ščiti element, kot je kompaund. Plastično ali medeninasto ohišje varuje vse, kar je v njem, pred mehanskimi poškodbami. V komplet so vključeni tudi pritrdilni deli.

Komutacijski element v tej napravi se nahaja na kondenzatorju in predstavlja ploščico, ki sodeluje z vibratorjem. Vlogo pragovnega elementa opravlja primerjalnik, povezan z vibratorjem. Slednji je nato povezan s pretvornikom frekvence in napetosti.

Kapacitivna končna stikala se odzivajo na trdne materiale, praškaste, tekoče, tako prevodne kot neprevodne.

Razlika med kapacitivnimi in induktivnimi modeli je v tem, da se prvi odzivajo na vlažnost zraka in spremembo gostote. Drugi so na takšne vplive neobčutljivi.

Zgradba ultrazvočnih stikal

Konstrukcija ultrazvočnih končnih stikal predvideva prisotnost kvarčnih zvočnih oddajnikov, ki tvorijo impulzne valove dolžine 100–500 kHz, in sprejemnika, katerega nastavitve ustrezajo določeni frekvenci.

Ob spremembi amplitude zvočnih valov zaradi manevrov premikajočega se objekta mikro-stikalo BVK zabeleži nove vrednosti in na podlagi tega upravlja izhodne signale.

Načelo delovanja ultrazvočnih senzorjev temelji na spremembi časa, v katerem se zvočni val premika od senzorja do nadzorovanega objekta. Zaznavna razdalja teh naprav je precej velika – do 10 m. Njihova velika prednost je, da lahko zaznajo predmete katere koli oblike in barve, ki odbijajo zvok.

Delovanje tega ultrazvočnega senzorja temelji na preprostem načelu: takoj ko na eno njegovo nožico pride signal, druga sprejme impulz z dolžino, ki je enaka razdalji do predmeta.

Takšne senzorje uporabljajo za odkrivanje predmetov z ravno površino, ki zavzema pravokotni položaj glede na središčno zaznavno linijo.

Netočnosti pri njihovem delovanju lahko povzročijo:

1. Nenadno nastajajoči zračni tokovi velike moči, ki krepijo ali slabijo valovanje.
2. Nenadna sprememba temperaturnega režima. Pri veliki količini toplote, ki jo oddaja predmet, se spremeni hitrost širjenja valov.
3. Odklon od navpičnice kota med vodoravno ravnino predmeta in osjo senzorja. Če ta napaka presega 10⁰, senzor ne deluje.
4. Oglate obrise objekta. V tem primeru je njegovo odkrivanje zelo oteženo.

Nihanja se širijo v trdni, plinasti, tekoči snovi, hitrost pa je odvisna od ustreznih parametrov. Ultrazvočni senzorji nimajo premičnih delov, zato ni odvisnosti med številom ciklov in življenjsko dobo naprave. Odlikujejo se s povečano odpornostjo na vsakovrstne zunanje vplive.

Optične brezkontaktne naprave

Optična končna stikala (OKS) tega tipa nadzorujejo predmete, tako tiste, ki prekrivajo sevanje, kot tiste, ki ga odbijajo. Ko predmet vstopi v prostor med stikalom in svetlobnim virom, senzor prekine svetlobni tok. Element, ki je odgovoren za to dejanje, je lahko relejni ali polprevodniški. Odzivni radij sega do 150 m.

To je fotografija končnega tipala optičnega tipa. Določa položaje skrajnih točk premikov premičnih delov v 3D tiskalnikih, CNC strojih.

Približevalna tipala delujejo v širokem temperaturnem območju – od -60 do +150°C. Vzdržijo tlak približno 500 atm, lahko se uporabljajo v agresivnih okoljih in celo v pogojih povečane eksplozijske nevarnosti.

Magnetne vrste končnih stikal

Ta tip stikal, ki jih drugače imenujemo plovna ali reed stikala, postopoma izpodriva mehanske modele. Njihovi kontakti spremenijo položaj, ko so na določeni razdalji od magneta. Pri tem se v krmilno vezje pošlje signal.

V reed stikalu je prisoten en ali dva kontakta, izdelana iz posebnega materiala – feromagnetika. Magnetno končno stikalo se odlikuje po majhnih dimenzijah. Namestijo ga v ohišje iz plastike ali stekla, v električno vezje pa se vgradi v prekinitev le-tega.

Stiki v takem stikalu so lahko odprti, zaprti, preklopni. Pri napravah prve vrste se stik ob delovanju sklene. Normalno zaprti stiki se v podobnih okoliščinah razprejo, preklopni pa se obnašajo glede na situacijo.

Izbira modela je odvisna od konkretnih okoliščin. Reed stikala se uporabljajo pri konstrukciji drsnih vrat. Z njihovo pomočjo se ustavi konstrukcija, ko doseže skrajni položaj pri odpiranju ali zapiranju.

Nekatere plovne modele uporabljajo kot del varnostne alarmne naprave na vhodu v hišo. Ko so vrata zaprta, je vezje sklenjeno zaradi vpliva magnetnega polja na končno stikalo. Odpiranje vrat povzroči premik magneta in razklop stika, kar sproži vklop alarma.

Pri namestitvi magnetov upoštevajte njihovo polarnost. Pri nepravilni namestitvi ne bodo opravljali svoje funkcije.

Dejstvo, da v tej konstrukciji ni mehanskega stika, je njena prednost, ki podaljšuje življenjsko dobo. Odlikuje jih najenostavnejša struktura, temelječa na interakciji magnetno krmiljenih stikov z navadnim magnetom.

Pravila in posebnosti priključitve

Čeprav so končna stikala sama po sebi precej preprosta, se uporabljajo v opremi s kompleksnimi električnimi vezji. Zato mora njihovo priključitev izvajati strokovnjak in strogo v skladu s shemami, glede na posebnosti opreme.

Oglejmo si primer priključitve preprostega mehanskega stikala v 3D tiskalniku. To je potrebno za nastavitev skrajnih koordinat za njegov voziček. Priključeno končno stikalo ima 3 kontakte – COM, NO, NC. Pri razklopljenem stanju senzorja sta prvi in zadnji kontakt pod napetostjo +5V. Drugi kontakt (NO) je ozemljen.

Na shemi sta kontakta COM (1) in NO (2) v sklenjenem stanju, medtem ko sta COM in NC (3) razklopljena. Ko voziček tiskalnika doseže skrajni položaj, se kontakta COM in NC povežeta in pride do njegovega odboja za 2 mm.

Senzor priključimo z dvema žicama – rdeče in črne barve. Ko naprava deluje, se mora zaslišati značilen klik. Indikatorsko stikalo priključimo po isti shemi, vendar ima tretjo žico – zeleno.

O njegovem delovanju signalizirata vžgana LED in klik. Na njegovih priključkih na plošči so oznake: za rdečo žico V (+5 V), za črno – G (ozemljitev), za zeleno – S (signal).

Z enakimi črkami so označeni tudi priključki pri optičnem stikalu. To bo natančneje nadzorovalo delovanje vozička, vendar lahko odpoveduje ob prašnosti in sončni svetlobi. Delovanje optičnega para spremlja vklop svetleče diode in poteka popolnoma neslišno.

Koncna stikala pohištveni mojstri pogosto uporabljajo, ko jih vgrajujejo v drsne omare. Priključitev se izvede v skladu z navodili, ki so priložena vsakemu modelu. Na shemi je označeno mesto pritrditve plastične konstrukcije s tipko. Za srednja vrata jo je treba namestiti tako, da ne ovira pravilnega premikanja drugih vrat oddelka po vodilih.

Na shemah je prikazan vrstni red priključitve končnih stikal za drsna vrata v drsnih omarah (različica b) in za krilna vrata (različica a)

V primeru namestitve končnega stikala za krilna vrata se to pritrdi s samoreznimi vijaki znotraj omare. V zaprtem stanju vrata pritiskajo na gumb, prekinejo tokokrog in luč ne deluje. V odprtem stanju vrata sprostijo gumb in luč se vklopi.

Označevanje končnih stikal

Vsaka od teh stikalnih naprav ima ustrezno oznako. Z dekodiranjem te oznake lahko pridobite vse podatke o določenem modelu končnega stikala. Če je na njem napis VU222M, to pomeni, da je pred vami končno stikalo serije VU222. Gibljivi element je moderniziran vzvod.

Na tej strukturni shemi je prikazan simbol končnega stikala, namenjenega delovanju v krmilnih tokokrogih, ki delujejo na izmenični in enosmerni tok z najvišjo napetostjo 660 V

Podrobno bomo dekodirali kot primer oznako stikala VP 15M4221-54U2. Opremljen je z enim gibljivim delujočim elementom serije 15. Ima en zapiralni kontakt in en odpiralni kontakt, opremljen s potiskalom z valjčkom.

Stopnja zaščite je IP54 na strani pogona, 'U' označuje klimatsko izvedbo, številka 2 pa kategorijo namestitve. Izdelek ustreza TU U 31.2-25019584-005-2004.

Vodilni proizvajalci v segmentu

Takšne senzorje proizvaja veliko podjetij. Med njimi so priznani vodilni. Med njimi je nemško podjetje Sick, kot glavni proizvajalec tovrstnih visokokakovostnih izdelkov. Podjetje Autonics na trg dobavlja končna brezkontaktna stikala induktivnega in kapacitivnega tipa.

Brezkontaktne senzorje visoke kakovosti proizvaja rusko podjetje 'TEKO'. Odlikuje jih izredno visoka stopnja tesnjenja (IP 68). Ta končna stikala delujejo v najbolj nevarnih okoljih, vključno z eksplozivnimi, in so na voljo različne metode montaže.

Priljubljena so končna stikala ukrajinskega proizvajalca 'Promfaktor'. Tu proizvajajo končna stikala in preklopna stikala VP, PP, VU. Garancija, ob upoštevanju vseh obratovalnih pravil, znaša 3 leta.

Zaključki in koristen video na to temo

Video #1. Popularno o končnem stikalu:

Video #2. Namestitev KV na doma narejen CNC stroj:

Namen končnih stikal je lahko zelo različen. Uporabljajo se tako v zapletenih industrijskih sistemih kot v gospodinjstvu za povečanje našega udobja. Glavno je, da jih je treba priključiti na električno shemo šele po popolni odstranitvi napetosti.

Pišite, prosim, komentarje v spodnjem bloku. Morda boste delili informacije, ki bodo koristne obiskovalcem spletnega mesta. Puščajte objave s priporočili, objavljajte fotografije na temo, postavljajte vprašanja.