Mekaniske knapper og afbrydere opfylder kritiske designkrav

Touch-skærme og membrankontakter er nyttige til visuelle og lavprofilerede kontrolpaneler. Nogle applikationer kræver dog, at designerne lægger vægt på sikkerhed, nem adgang, kobling af høj spænding eller strøm, en kendt konfiguration ved opstart eller robusthed. I sådanne situationer er mekaniske afbrydere og knapper ofte ideelle, men designerne skal vælge med omhu.

Der findes mange typer mekaniske afbrydere med forskellige former, stil, størrelse, funktion, effekt og mekanisk adfærd. Denne artikel hjælper designere med at finde ud af, hvilke parametre der skal vælges, og hvordan de bedst kan anvende nogle af de nyeste enheder.

Hvilken afbryder eller knap?

For at afgøre, hvilken kontakt der er den rette, skal du først bestemme kravene til systemet. For at finde en mekanisk kontakt til en applikation skal du først finde den formfaktor for kontakten, der passer til de ergonomiske og fysiske behov, og derefter vælge en kontakt med de relevante elektriske og miljømæssige specifikationer, der passer til formfaktoren.

Nødstop

Et indlysende eksempel på sikkerhed er nødstopknappen. Mange industrielle systemer skal absolut have en stor rød eller orange knap med ordene "Emergency Stop" med store, læsevenlige bogstaver. Denne knap skal være placeret på et tydeligt og let tilgængeligt sted, skal være let at trykke på, og der skal være en tydelig taktil tilbagemelding for at angive, at omkoblingsfunktionen er udført. Manglende overholdelse af dette kriterium kan være farligt i visse industrielle miljøer.

En fremragende løsning til denne anvendelse er Lumotast 16 nødstop-knappen fra RAFI USA. Denne NO-knap (normalt åben) har den velkendte store, koniske svampeformede knap (Figur 1). Når en operatør trykker hånden ned på denne knap, forbindes de to sølvkontakter, låses og forbliver i kontakt, selv når operatørens hånd fjernes. For at sætte knappen tilbage til åben position drejes svampehovedet i begge retninger.

Figur 1: RAFI USA Lumotast 16-nødstopknappen er enkel at installere og passer nemt ind i et standard 16,2 mm monteringshul. (Billedkilde: RAFI)

Lumotast 16 kan klare op til 6 ampere og 250 watt og er designet til drift med høj pålidelighed. Den indvendige afbryder har tre redundante kontakter parallelt, så hvis et sæt kontakter ikke kan forbindes, sikrer de to andre et pålideligt stop. For at give en visuel bekræftelse af en forbindelse er kontakten forbundet til at lyse rødt, når den aktiveres. Forsiden er klassificeret til IP67, hvilket gør den velegnet til de fleste barske industrielle miljøer.

Med en knapdiameter på 30 mm er Lumotast 16 stor nok til at blive brugt i industrielle kontrolpaneler og stadig lille nok til at blive implementeret i håndholdte kontrolbokse.

For at installere Lumotast 16 skal du først sørge for, at der er en monteringsdybde på 18 mm under det sted, hvor kontakten skal placeres. Bor et 16,2 mm monteringshul. Placer den gule monteringshulskrave med "Emergency Stop" med sorte bogstaver på toppen af monteringshullet. Placer derefter Lumotast 16-kontakten i monteringshullet, og fastgør den med den medfølgende monteringsringmøtrik. Ledningstilslutninger foretages til de to standard han-snelledstik på undersiden.

Modstandsdygtighed over for vandalisme

Et andet vigtigt anvendelsesområde for mekaniske trykknapper er beskyttelse mod vandalisme. Anti-vandaleafbrydere skal kunne modstå forsætlige forsøg på at bryde afbryderkonstruktionen, f.eks. gentagne slag med en hammer eller forsøg på at vriste afbryderen fri.

Til beskyttelse mod vandalisme tilbyder E-Switch PVA3H2B0SS3R1 SPDT vandalsikre belyste trykknapkontakter. Dette er en 2 ampere, 36 volt DC-afbryder, der er klassificeret til IP65. Den har en RGB-belysningsring, og dens lave profil gør den mere modstandsdygtig over for vandalisme (Figur 2).

Figur 2: E-Switch PVA3 med en rød belyst ramme. Den er monteret næsten i niveau med panelet, hvilket gør den mere modstandsdygtig over for vandalisme end afbrydere med højere profiler. (Billedkilde: E-Switch)

Denne afbryder monteres næsten fladt på ethvert panel med et 16 mm hul. Sørg for, at der er tilstrækkelig plads til at oprette forbindelse til kontakterne nedenunder i installationspositionen. Dette er en SPDT-afbryder med fire kontakter med yderligere tre LED-kontakter til RGB-belysning med fælles jord. Der er således i alt otte forbindelser, der skal foretages under panelet. Planlæg panellayoutet, så alle tilslutninger let kan foretages uden at krumme eller bøje forbindelsesledningerne.

Monteringspanelet kan være fra 1 til 8 mm tykt. Tykkere paneler giver dog en mere robust beskyttelse mod vandalisme.

Vælg den passende PVA3-konfiguration til applikationen, enten momentan kontakt eller låsende kontakt. Aktiver kontakten ved at trykke aktuatoren ind i kontaktens hus. En flad aktuator, der flugter med kontaktens skulder, angiver, at knappen er aktiv, og en høj aktuator angiver, at knappen er inaktiv.

For at give visuel feedback om kontaktens tilstand skal du bruge signaler fra mikrocontroller eller PLC-signaler (programmable logic controller) til at tænde de røde, grønne og blå lysdioder i indikatorringen. Hvis du vil generere brugerdefinerede farver, skal du tilslutte lysdioderne til pulsbreddemodulerede udgange fra en mikrocontroller eller PLC.

For yderligere modstandsdygtighed over for vandalisme er tilgængelig kontakten med et valg af nikkel eller rustfrit stål til kontaktens krop og aktuator.

Læsning af konfiguration ved opstart

Nogle gange er der ikke brug for kontakten til brugerkontrol, men i stedet til udvikling eller konfiguration bag kulisserne. EEPROM eller flash kan give ikke-flygtigt lager, som kan læses ved opstart, men nogle gange skal konfigurationen bekræftes visuelt, før systemet sættes under strøm. I disse situationer har udviklere i årevis benyttet sig af den populære 8-positions DIP-switch, som f.eks. A6FR-8101 fra Omron Electronics (figur 3).

Figur 3: Omron A6FR-serien af DIP-switche med korte aktuatorer, også kaldet klaverkontakter, er gennemgående monteret i en sokkel eller et printkort. (Billedkilde: Omron)

Disse DIP-switche bruges, når systemkonfigurations- eller opstartsparametre skal indstilles, før systemet sættes til strøm. Selv om DIP-switchene kan flyttes med fingrene, er det nemmere at betjene dem med spidsen af en pen. Disse kontakter tilgængelig med korte eller lange aktuatorer og kan monteres i en 16 bens DIP-sokkel eller loddes direkte ind i et printkort. I modsætning til ældre DIP-switch-designs anvender A6FR dobbelte glidekontakter for at sikre høj pålidelighed af make/break-forbindelser. Disse DIP-switche er beregnet til 25 mA ved 24 volt DC, hvilket gør dem velegnede til digitale kredsløb.

Styring af høj spænding og strøm

Nogle gange er der behov for en simpel, hård styring af spænding og strøm. For at en blød membranafbryder kan udføre styring med høj effekt, er der behov for et interfacekredsløb, som kan komplicere driften unødigt, især hvis styringen ikke er afhængig af andre systemer. I disse situationer kan en vippekontakt give sikker styring af spænding og strøm med høj pålidelighed.

E-Switch fremstiller f.eks. den robuste RA811C1121 lysende strøm vippekontakt (figur 4). Den kan klare 16 ampere ved 125 volt AC.

Figur 4: E-Switch RA8-serien af vippekontakter er udstyret med en plastseparator, der beskytter de to terminaler mod utilsigtet kortslutning. Serien har et stort udvalg af muligheder, herunder farver, lige eller retvinklede terminaler og kontakt-konfigurationer. (Billedkilde: E-Switch)

E-Switch RA8-serien monteres i et 19 x 13 mm rektangulært hul. Mens vippekontakter kan være nemme at bruge, kan den sværeste del af prototypefremstillingen være at skabe et rektangulært hul, som vippekontakten kan klikkes ind i. En almindelig teknik er at bruge et bor, der er lidt mindre end bredden af det rektangulære hul, i dette tilfælde 13 mm. Tegn først det rektangulære hul med en blyant, og bor derefter to tilstødende huller i panelet, idet du sørger for ikke at gå uden for blyantlinjerne. Brug derefter en metalfil til at lave det rektangulære hul, mens du fjerner alle skarpe kanter.

RA8 kan anvendes i fjendtlige industrielle miljøer. Dens driftstemperaturområde er -20 til +85 °C, og med PVC-hætten er den klassificeret til IP54. Kontaktmodstanden på 30 mΩ minimerer varmen ved høje spændinger.

Når du arbejder med højspændingsafbrydere, skal du sørge for at holde hver enkelt forbindelse adskilt for at undgå utilsigtede kortslutninger. RA8 gør det nemmere ved at have en plastikseparator, der holder terminalerne fysisk adskilt.

Selv om det stærkt frarådes at tilslutte varme terminaler, kan det undertiden ikke undgås i et produktionsmiljø. Selv om RA8 kan mindske risikoen for ulykker under varme ledninger, skal du tage alle sikkerhedsforanstaltninger, herunder bære isolerede handsker.

Konklusion

Mekaniske afbrydere er velegnede til visse situationer, herunder styring af højspænding, sikkerhed, let adgang eller en kombination af disse. Der er mange muligheder for mekaniske afbrydere, og det rigtige valg kan give både designeren og slutkunden ro i sindet.