Концевой выключатель: что это такое, маркировка и правила подключения
Практически все автоматизированные системы включают в себя такое устройство, как концевой выключатель. Он отвечает за отключение системы при достижении подвижной частью заданной точки. В управлении освещением концевики выполняют роль датчиков, которые активируются при возникновении определенных условий, формируя сигнал.
В данной статье мы подробно рассмотрим функциональное назначение и различные типы концевых устройств. Мы приведем проверенные монтажные схемы и правила подключения, а также разберем особенности маркировки и дадим рекомендации по выбору.
Определение концевых выключателей
Концевые выключатели — это электрические устройства, предназначенные для замыкания и размыкания электрической цепи. Они устанавливаются на движущиеся механизмы с целью ограничения их перемещения в пределах заданного диапазона. Функции этих устройств аналогичны тем, которые выполняет стандартный выключатель.
Внутренние компоненты концевых выключателей защищены прочным корпусом, обычно металлическим. Все детали сконструированы таким образом, чтобы обеспечивать легкость установки и удобство ориентации в пространстве.
Яркие светодиоды разных цветов позволяют отслеживать подачу питания и показатели работы датчика. Наличие двух пар контактов, которые обычно присутствуют в концевике, обеспечивает контроль за состоянием его подключения.
Если при замкнутой паре нет сигнала на возврат, это указывает на проблему в кабеле, соединяющем выключатель. После активации датчика можно использовать разомкнутую пару контактов для передачи сигнала.
Чувствительные датчики являются основными компонентами систем защиты от утечек. При обнаружении воды, для выявления которой они предназначены, устройства не только сигнализируют о возникновении опасной ситуации, издавая звуки и изменяя цвет, но и блокируют функционирование водопроводных систем.
Классификация по принципу работы
Концевые выключатели делятся на три главные категории: механические, бесконтактные и магнитные. Основная задача всех этих приборов заключается в автоматическом отключении механизма при достижении установленной позиции подвижной частью. Эти устройства могут как размыкать, так и замыкать электрическую цепь.
Работа цепи в системе концевых датчиков осуществляется двумя способами: через непосредственное воздействие на подвижные контакты или посредством позиционного управления. В первом варианте они называются контактными, а во втором — бесконтактными. Примером контактных датчиков являются устройства, отвечающие за закрытие дверей автомобилей.
На изображении представлено конструктивное исполнение концевого выключателя путевого типа. Его основные компоненты включают: крышку (1), основание (2), контакты (3), ролик (4), рычаг (5), уплотнительную полосу (6) и ввод провода (7).
Эти датчики могут не только включать и выключать механизмы, но и устанавливать положение контролируемого объекта. К ним относятся поплавковые выключатели и устройства, определяющие уровень топлива. Сигналом для их срабатывания служит изменение сопротивления, соответствующее определенному уровню жидкости.
Недостатком контактных датчиков является наличие механических движущихся частей, что приводит к относительно короткому сроку службы из-за недостаточной защиты от влаги и пыли. Однако они отличаются простой конструкцией и легкостью в установке и эксплуатации. Бесконтактные выключатели более защищены от внешних воздействий и имеют больший ресурс.
Типы механических концевиков
Управление механическими концевыми выключателями может быть реализовано через роликовый или рычажный механизм. Они срабатывают в момент, когда механизм, представляющий собой колесико, кнопку или рычаг, подвергается механическому воздействию.
В результате происходит изменение положения контактов, которые могут замкнуться или разомкнуться, сопровождаясь либо предупреждающим, либо управляющим сигналом.
Зачастую концевые выключатели имеют две пары контактов: открытый и закрытый. Также существуют одинарные конечные устройства, но они встречаются реже. В любом случае контакты присутствуют в каждом корпусе, при этом схематически их номера изображаются на панели устройства.
Конструкция роликовых выключателей предлагает возможность выключения при нажатии на кнопку в виде небольшого штока, связанного с подвижными контактами, что приводит к размыканию питающей цепи в момент соприкосновения.
Рычажные выключатели отличаются тем, что их подвижные контакты связаны с небольшим рычагом через тягу или шток. Действие механизма начинается, когда исполнительный элемент нажимает на данный рычаг.
На изображении представлен механический микровыключатель KW4-3Z-3 с нажимной панелью. Он отличается от стандартного увеличенной длиной хода рабочего элемента и применяется в ЧПУ станках и 3D-принтерах.
Кроме стандартных моделей, имеются также микровыключатели, работающие по аналогичному принципу. Однако при их установке необходимо учитывать большую точность из-за короткого хода. Для увеличения рабочего хода применяют промежуточный элемент — рычажок с роликом.
Такой тип выключателей используется как в промышленности, так и в домашнем обиходе. В конструкции лифтов установлено множество таких устройств.
К примеру, в лифтах используются выключатели, которые контролируют минимальную и максимальную высоту хода, сигнализируют о разрыве каната и выполняют еще много функций. На дверях многих квартир также установлены микровыключатели, которые включают свет в помещении при открывании двери.
В автомобилях такие механические конечные датчики интегрированы в схемы сигнализации и освещения. Их отличает наличие одного ввода, к которому подключен положительный потенциал. Корпус выполняет роль минусовой клеммы, соединяющейся с металлическим элементом кузова автомобиля, свободным от краски.
С помощью кабеля этот элемент соединен с массой автомобиля. Важно, чтобы выключатель не контактировал с влажными поверхностями. Концевые датчики обычно подключаются при установке автомобильной сигнализации с использованием определенной схемы. Их выходы можно размещать как на дверях, так и в салоне на осветительных приборах.
Для того чтобы включение происходило при открывании двери, а выключение — при ее закрывании, необходимо выполнить замыкание на плюс. При наличии подсветки в потолке салона и дверях используют блок концевиков, выполняющий различные функции. В результате срабатывания блока важные датчики блокируются при попытке открытия замков.
Характеристики бесконтактных концевиков
Одной из разновидностей концевых выключателей являются бесконтактные модели (БВК). Их работа основана на срабатывании при появлении в зоне чувствительности определенного объекта.
Эти концевики настраиваются на конкретный материал и заданные габариты. Когда предмет с такими характеристиками попадает в зону чувствительности, изменяется амплитуда колебаний генератора.
Внутри устройства отсутствуют движущиеся части, так же как и механический контакт между воздействующим объектом и элементом выключателя.
Бесконтактный выключатель состоит из следующих компонентов:
- чувствительный элемент;
- силовой ключ;
- анализирующий сигнал компонент.
Расстояние, на котором устройство начинает работать, задается в зависимости от типа датчика и требований процесса. Исключение как движущихся, так и трущихся компонентов значительно увеличивает надежность этих устройств.
Бесконтактные датчики, или датчики приближения, обладают широкими функциональными возможностями. Существует две основные категории: выключатели и датчики положения.
Основной задачей БВК является обнаружение положения объектов. Кроме того, они могут выполнять подсчет, позиционирование, сортировку и деление объектов. Также возможно отслеживание скорости, движения, вычисление угла поворота и корректировка перекоса, а также множество других операций.
В бытовых условиях бесконтактные выключатели чаще всего применяются для управления освещением. Однако в области систем «Умный дом» они имеют гораздо больший потенциал и разнообразие применения.
Такие приборы активно используются в промышленности и транспортной сфере в качестве элементов автоматизации и в нефтепереработке. В зависимости от принципа обнаружения приближающихся объектов выделяют индуктивные, емкостные, оптические и ультразвуковые БКВ.
Индуктивные бесконтактные датчики
Эти датчики настроены на реагирование на как металлические, так и неметаллические материалы, включая реакции на магнитные и ферромагнитные объекты. Внутри датчика расположен сердечник, который может быть металлическим или намагниченным.
Выключатель может получать питание при различных значениях напряжения — от 10 В для постоянного тока до 264 В для переменного. Генерация выходного сигнала осуществляется при 0,2 А для постоянного тока и 0,5 А для переменного.
Конструкция такого датчика включает преобразователь, содержащий медную катушку, размещенную в ферритовом корпусе. Эта катушка отвечает за перенаправление вектора электромагнитных линий к лицевой части устройства.
Осциллятор может быть как с фиксированным, так и с переменным сопротивлением. Линии магнитного поля располагаются перпендикулярно направлению тока, протекающего по виткам намагниченного сердечника.
Переменное силовое поле создается изменяющимся напряжением на вводах сердечника. Важным компонентом является формирователь сигнала, который устанавливает гистерезис и диапазон действия управляющего сигнала, включая детектор и триггер.
На иллюстрации изображен работающий индуктивный выключатель движения, главным элементом которого является индуктивная катушка, подключенная к генератору.
Главным аспектом работы индукционного концевого выключателя является реакция устройства на приближение или удаление объектов. Как только уровень напряжения достигает критической отметки, датчик активируется, что инициирует соединение триггера и открытие ключа.
Емкостные бесконтактные концевые выключатели
Когда объект оказывается в поле действия емкостного устройства, запускается рабочий контур вибратора и настраиваются временные параметры. По мере приближения предмета к датчику увеличивается его ёмкость, в то время как частота, создаваемая мультивибратором, снижается.
При превышении установленного порога частот, устройство отключается. Это принцип, на котором основаны многие модели датчиков движения, которые включают или выключают свет при обнаружении объекта в своей области чувствительности.
Структурная схема емкостного датчика во многом аналогична индуктивной модели: обе конструкции включают генератор и детектор.
Работа концевика емкостного типа основывается на изменении ёмкости приемника, который является конденсатором. В таких датчиках коммутация начинается, когда в их поле оказываются диэлектрические или металлические предметы.
В дополнение к генератору, создающему электрическое поле, в их конструкцию входят важные компоненты, такие как демодулятор, который преобразует амплитуду высокочастотных колебаний с одновременным изменением напряжения. Также важен триггер, который отвечает за заданный уровень сигнала, переключения и гистерезис.
Чтобы обеспечить выходной сигнал на необходимом уровне, в схему емкостного выключателя включают усилитель. Функцию контроля работы устройства выполняет светодиодный индикатор.
Защита от влаги и твердых частиц осуществляется с помощью компаунда. Корпус из пластика или латуни защищает внутренние компоненты от механических повреждений, кроме того, в комплект входят крепежи.
Коммутационный элемент расположен на конденсаторе и представляет собой пластину, взаимодействующую с вибратором. Пороговым элементом служит компаратор, присоединенный к вибратору, который, в свою очередь, подключен к преобразователю частоты и напряжения.
Емкостные концевые выключатели реагируют на твердые, порошкообразные и жидкие вещества, как проводящие, так и непроводящие электричество.
Основное отличие емкостных моделей от индуктивных заключается в том, что первые ощущают изменения влажности и плотности, в то время как вторые не реагируют на эти факторы.
Структура ультразвуковых выключателей
Ультразвуковые концевые выключатели оснащены кварцевыми излучателями звуковых волн, создающими импульсы длинной от 100 до 500 кГц, и приемником, настроенным на определенную частоту.
При изменении амплитуды звуковых волн из-за перемещения объекта микровыключатель фиксирует новые данные и управляет выходными сигналами на их основе.
Принцип работы ультразвуковых датчиков основан на изменении времени, за которое звуковая волна проходит от датчика до объекта. Максимальная дальность обнаружения таких датчиков составляет до 10 метров, что является их значительным преимуществом, позволяющим идентифицировать объекты любых форм и цветов, отражающих звук.
Данный ультразвуковой датчик работает по простому принципу: когда один контакт получает сигнал, другой принимает импульс, длина которого соответствует расстоянию до объекта.
Эти датчики используют для определения предметов с плоскими поверхностями, расположенными перпендикулярно средней линии обнаружения.
Некоторые факторы могут вызвать неточности в их работе:
- Внезапные мощные воздушные потоки, которые могут усиливать или ослаблять звуковые волны.
- Резкие изменения температуры, когда излучаемое теплом предметом влияет на скорость распространения звука.
- Неправильное расположение предмета относительно датчика; ошибка больше 10⁰ может помешать срабатыванию.
- Острая форма объекта, что осложняет его обнаружение.
Колебания могут распространяться в твердых, жидких и газообразных средах, а скорость их передачи зависит от характеристик этих условий. Ультразвуковые датчики не имеют движущихся частей, что исключает зависимость между количеством циклов и сроком службы устройства. Они обладают высокой устойчивостью к внешним воздействиям.
Оптические бесконтактные устройства
БКВ этого типа осуществляют контроль объектов, которые либо препятствуют, либо отражают излучение. Когда объект попадает в зону между выключателем и источником света, датчик прерывает поток света. Компонент, выполняющий эту функцию, может быть релейным или полупроводниковым. Радиус действия таких устройств может достигать 150 метров.
Это фото концевого датчика оптического типа, который фиксирует положения крайних точек перемещения подвижных частей в 3D-принтерах или на станках с ЧПУ.
Датчики приближения работают в относительно широком диапазоне температур — от -60 до +150⁰С. Они способны выдержать давление около 500 Атм, а также функционировать в агрессивной среде и даже в условиях повышенной взрывоопасности.
Магнитные концевые устройства
Данный тип выключателей, также известных как поплавковые или герконы, постепенно заменяет механические аналоги. Их контакты меняют свое положение, когда находятся на определенном расстоянии от магнита, что вызывает подачу сигнала в управляющую схему.
Герконовый выключатель может иметь один или два контакта, изготовленные из специального ферромагнитного материала. Магнитные концевики отличаются компактными размерами, и их помещают в корпуса из пластика или стекла, устанавливая в электрическую цепь.
Контакты в таких переключателях могут быть открытыми, закрытыми или переключаемыми. В первом случае контакт замыкается при срабатывании, во втором — размыкается, а переключаемые реагируют по ситуации.
Выбор модели зависит от конкретной ситуации. Герконы широко используются в конструкции откатных ворот, где они останавливают механизмы при достижении конечного положения.
Некоторые поплавковые модели применяются в охранной сигнализации для контроля за входом в здание. Когда дверь закрыта, цепь замыкается благодаря магнитному полю, воздействующему на концевик, а при открывании двери происходит размыкание контакта, запускающего сигнализацию.
При установке магнитов необходимо учитывать их полярность, так как неправильная установка может привести к неработоспособности устройства.
Отсутствие механического контакта в конструкции подобного устройства является его преимуществом, что значительно увеличивает срок службы. Они имеют простую структуру, основанную на взаимодействии магнитоуправляемых контактов с обычным магнитом.
Правила и специфика подключения
Хотя концевые выключатели имеют простую конструкцию, их используют в сложных электрических схемах. Поэтому подключение должно выполняться специалистами в соответствии с принципиальными схемами и особенностями устройства.
Рассмотрим, к примеру, подключение простого механического переключателя в 3D-принтере для задания крайних координат каретки. У данного концевого выключателя есть 3 контакта: COM, NO и NC. В разомкнутом состоянии напряжение +5V присутствует на первом и третьем контактах, 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 крайнего положения, контакты COM и NC замыкаются, позволяя каретке отскочить на 2 мм.
Датчик подключается при помощи двух проводов — красного и черного. При его срабатывании должен быть слышен характерный щелчок. Индикаторный выключатель подключается аналогичным образом, но имеет третий провод — зеленый.
Сигнал о его срабатывании передается светодиодом и щелчком. На разъёмах на плате нанесены обозначения: для красного провода V (+5 В), для черного G (земля) и для зеленого S (сигнал).
Аналогичные обозначения присутствуют и у оптического выключателя. Он обеспечит более точный контроль работы каретки, но может давать сбои при наличии пыли и солнечного света. Активация оптической пары проходит бесшумно и сопровождается включением светоизлучающего диода.
Концевые выключатели часто используют мебельщики для установки в шкафах-купе, следуя инструкциям, прилагаемым к каждой конкретной модели. На схеме отмечено место крепления пластиковой конструкции с кнопкой, которую для средней двери нужно установить так, чтобы она не мешала корректному перемещению другой двери секции по направляющим.
На схемах указаны порядок подключения концевиков для раздвижных (вариант б) и распашных (вариант а) дверей.
При установке концевого выключателя для распашной двери его фиксируют внутри шкафа с помощью саморезов. В закрытом положении дверь нажимает на кнопку, замыкает цепь и свет не включается. В открытом — дверь отпускает кнопку, зажигая свет.
Маркировка концевых выключателей
Каждый из этих коммутационных устройств имеет уникальную маркировку. Если обозначение на нем, например, ВУ222М, это говорит о том, что перед вами концевой выключатель серии ВУ222 с модернизированным рычагом. Таким образом, расшифровав его, можно получить полную информацию о конкретной модели.
На представленной структурной диаграмме показано условное обозначение конечного выключателя, предназначенного для работы в управляющих цепях, функционирующих от постоянного и переменного тока с максимальным напряжением до 660 В.
Давайте подробнее рассмотрим обозначение выключателя ВП 15М4221-54У2. Это устройство оборудовано одним подвижным элементом серии 15. В его конструкции имеются один замыкающий и один размыкающий контакт, дополненные толкателем с роликом.
Степень защиты составляет IP54 с боку привода, символ «У» указывает на климатическое исполнение, а цифра 2 обозначает категорию установки. Данный продукт соответствует требованиям ТУ У 31.2-25019584-005-2004.
Ведущие производители в этой области
Множество компаний производят такие датчики, среди которых есть и признанные бренды. Немецкая фирма Sick является одним из ключевых производителей высококачественной продукции в данной категории. Компания Autonics также представлена на рынке с концевыми бесконтактными выключателями индуктивного и емкостного типов.
Российская компания «ТЕКО» предлагает бесконтактные датчики, известные своей высокой герметичностью (IP 68). Эти устройства способны функционировать в опасных условиях, включая взрывоопасные среды, с разнообразными способами монтажа.
Конечные выключатели от украинского производителя «Промфактор» пользуются спросом. Здесь выпускаются различные модели выключателей и переключателей ВП, ПП, ВУ. При условии соблюдения всех рекомендаций по эксплуатации на них предоставляется гарантия в 3 года.
Выводы и полезные видеоматериалы
Видео #1. Информативный обзор концевого выключателя:
Видео #2. Установка конечного выключателя на самодельный CNC-станок:
Концевые выключатели могут иметь разнообразные назначения. Их используют как в сложных промышленных системах, так и в быту для повышения комфорта. Важно помнить, что подключать их к электрической схеме следует только после полного отключения напряжения.
Пожалуйста, оставляйте комментарии в блоке ниже. Возможно, ваша информация будет полезна другим посетителям сайта. Делитесь своими рекомендациями, публикуйте тематические фотографии и задавайте вопросы.
