Koncový spínač: co to je, značení + pravidla zapojení

Prakticky všechny automatizované systémy obsahují zařízení zvané koncový spínač, které odpovídá za jejich vypnutí při dosažení určitého bodu pohyblivou částí. V systémech řízení osvětlení se koncové spínače používají jako senzory. Při nastání naprogramovaných okolností vytvářejí signál.

Povíme vám vše o funkčním určení a druzích koncových vypínacích zařízení. V námi předloženém článku jsou popsány v praxi ověřené montážní schémata, uvedena pravidla připojení. Jsou uvedeny zvláštnosti označování, dány rady pro výběr.

Co představují koncové spínače?

Koncové spínače jsou elektrotechnická zařízení určená k rozpojování a spojování pracovního obvodu. Montují se na pohyblivé mechanismy pro omezení jejich pohybu v daných hranicích. Funkce, které tato zařízení vykonávají, jsou totožné se standardním spínačem.

Vnitřek koncových spínačů je uzavřen v pevném, nejčastěji kovovém pouzdře. Všechny jeho prvky jsou optimalizovány pro jednoduché upevnění a snadnou orientaci v prostoru.

Jasné, různobarevné LED diody umožňují kontrolovat přívod napájení a sepnutí senzoru. Dva páry kontaktů, které jsou v koncovém spínači nejčastěji přítomny, dávají možnost provádět kontrolu stavu jeho připojení.

Pokud při uzavřeném páru po přenosu signálu nenásleduje jeho návrat, ukazuje to na poruchu kabelu vedoucího ke spínači. Po sepnutí senzoru je možné pro průchod signálu použít rozpojený pár kontaktů.

Citlivé senzory jsou základem v systémech ochrany proti únikům. Při detekci vody, k jejímuž zjištění jsou určeny, zařízení nejen signalizují blížící se havarijní situaci zvukovým a světelným režimem, ale také blokují činnost systémů, kterými je voda dopravována.

Klasifikace podle principu činnosti

Rozlišují se tři základní skupiny koncových spínačů: mechanické, bezkontaktní, magnetické. Hlavní funkcí všech těchto přístrojů je automaticky odpojit pracovní mechanismus v okamžiku dosažení nastavené polohy jeho pohyblivou částí. Tyto spínače slouží nejen k rozpojení obvodu, ale také k jeho spojení.

Práce obvodu v koncových senzorech je koordinována dvěma způsoby: přímým působením na pohyblivé kontakty a polohovým řízením. V prvním případě se nazývají kontaktní, ve druhém — bezkontaktní. Příkladem kontaktních koncových spínačů jsou senzory odpovědné za zavírání dveří automobilů.

Na fotografii je znázorněno konstrukční provedení koncového spínače dráhového typu. Jeho hlavními součástmi jsou: kryt (1), základna (2), kontakty (3), váleček (4), páka (5), těsnicí pás (6), vodičový vstup (7)

Senzory tohoto typu mohou nejen zapínat a vypínat mechanismy, ale také určovat polohu kontrolovaného předmětu. Mezi ně patří plovákové spínače a také senzory určující hladinu paliva. Signálem k jejich aktivaci je změna odporu odpovídající určité hladině kapaliny.

Nevýhodou kontaktních senzorů je přítomnost mechanických pohyblivých částí, relativně krátká životnost v důsledku neúčinné ochrany proti vlhkosti a prachu. Výhodou je jednoduchá konstrukce, instalace a provoz. Výrazně spolehlivěji jsou chráněny proti vnějším vlivům bezkontaktní spínače. Delší je i jejich životnost.

Koncové spínače mechanického typu

Ovládání koncových spínačů tohoto typu může být válečkové nebo pákové. Spínají, jakmile řídicí mechanismus ve tvaru kolečka, tlačítka nebo páky zaznamená mechanické působení.

Při tom dochází ke změně polohy kontaktů — mohou se sepnout nebo rozepnout. Proces je doprovázen signálem — řídicím nebo výstražným.

Nejčastěji mají koncové spínače dva kontakty — otevřený a zavřený. Existují jednoduchá koncová zařízení, ale vyskytují se zřídka. V každém případě jsou kontakty v těle každého spínače a pracovní schéma s jejich čísly je zobrazeno na panelu.

Konstrukcí válečkových koncových spínačů je zajištěno vypnutí stisknutím ovládacího mechanismu na tlačítko ve tvaru malé tyčky. Protože je spojeno s dynamickými kontakty, v okamžiku dotyku dochází k rozepnutí napájecího obvodu.

Odlišnost pákových spínačů spočívá v tom, že jejich pohyblivé kontakty jsou prostřednictvím táhla nebo tyčky spojeny s malou pákou. K akci dochází, když ovládací mechanismus stiskne tuto páčku.

Na fotografii je mechanický koncový mikrospínač KW4-3Z-3 s přítlačnou lištou. Liší se od standardního velikostí zdvihu pracovního prvku. Používá se v CNC strojích, 3D tiskárnách.

Kromě standardních koncových spínačů existují mikropřepínače. Fungují na stejném principu, ale jejich nastavení při montáži vyžaduje větší přesnost kvůli malému zdvihu. Pro zvětšení pracovního zdvihu se používá takový postup, jako zařazení mezilehlého prvku do obvodu – páčky s válečkem.

Tento typ spínačů se používá jak ve výrobě, tak doma. V konstrukci výtahu je použito velké množství koncových spínačů.

Mezi nimi je spínač v podobě senzoru, který omezuje minimální a maximální výšku zdvihu výtahu, signalizuje přetržení lana, dává signál o otevření dveří a plní ještě mnoho dalších funkcí. Na dveřích v mnoha bytech jsou mikropřepínače, které rozsvěcují světlo v místnosti při jejím otevření.

V automobilech jsou takové mechanické koncové senzory zapojeny do obvodů signalizace a osvětlení. Jejich zvláštností je přítomnost jednoho vstupu s připojeným kladným potenciálem. Tělem je záporná svorka, přitisknutá ke kovovému prvku na karoserii automobilu, který je bez barvy.

S hmotou automobilu je tento prvek spojen kabelem. Hlavní podmínkou je, že spínač nesmí přijít do kontaktu s mokrým povrchem. Koncové senzory se připojují při montáži automobilové signalizace pomocí schématu. Jejich výstupy lze instalovat jak na dveřích, tak v kabině na osvětlovacích zařízeních.

Aby k zapnutí docházelo při otevření dveří a k vypnutí při jejich zavření, provádí se zkrat na plus. Při přítomnosti podsvícení stropu kabiny a dveří se používá blok koncových spínačů, který plní různé funkce. V důsledku aktivace bloku jsou důležité senzory blokovány při pokusu o otevření zámků.

Zvláštnosti bezkontaktních koncových spínačů

Jednou z odrůd koncových spínačů je jejich bezkontaktní modifikace (BVK). Komunikace přístrojů je nastavena na aktivaci při vstupu do citlivé zóny určitého objektu.

Tyto koncové spínače se nastavují na konkrétní materiál a danou velikost. Jakmile se předmět s těmito parametry dostane do citlivé zóny, změní se amplituda kmitů generátoru.

V samotném přístroji nejsou žádné pohyblivé části, stejně jako neexistuje mechanický kontakt mezi působícím předmětem a na něj nastaveným prvkem spínače.

BVK se skládá z následujících částí:

• citlivého prvku;
• silového klíče;
• komponentu analyzujícího signál.

Vzdálenost, na kterou zařízení začíná působit, se nastavuje podle modifikace senzoru a požadavků procesu. Vyloučení jak pohyblivých, tak třecích prvků z něj výrazně zvyšuje spolehlivost provozu těchto zařízení.

Bezkontaktní senzory, nebo jak se jim také říká, přibližovací senzory, mají rozsáhlé funkční možnosti. Existují dvě kategorie – spínače a polohové senzory.

Prvním úkolem BSK je zjistit polohu předmětu. Kromě toho senzor provádí počítání, polohování, rozdělování a třídění objektů. Může regulovat rychlost, pohyb, vypočítat úhel otočení, korigovat zešikmení a provádět mnoho dalších úkonů.

V domácích podmínkách se bezkontaktní spínače prozatím používají převážně při organizaci ovládání osvětlení. V oblasti zařizování systémů “Chytrého domu” má však mnohem širší spektrum využití a mnohem více perspektiv.

Citlivé přístroje se používají v průmyslu, v dopravě, jako prvek automatizace, v rafinérství. Podle principu detekce blížících se objektů se BSK dělí na indukční, kapacitní, optické a ultrazvukové.

Indukční bezkontaktní senzory

Jsou nastaveny na materiály jak kovové, tak amorfní. Mezi ty, které reagují na kov, patří magnetické a feromagnetické varianty. Uvnitř senzoru se nachází jádro – kovové nebo zmagnetované.

Spínač může přijímat napájení s velkým rozptylem napětí – od 10 V při stejnosměrném proudu a od 264 V při střídavém. Výstupní signál vzniká při 0,2 A v případě stejnosměrného proudu a při 0,5 A u střídavého.

Pokud popíšeme konstrukci takového senzoru podrobněji, skládá se z převodníku, který zahrnuje měděnou cívku umístěnou ve feritové misce. Jeho funkcí je přesměrování vektoru elektromagnetických linií na přední část spínače.

Oscilátor v obvodu může být s fixním záporným odporem nebo jakéhokoli jiného typu. Magnetické siločáry jsou orientovány kolmo ke směru proudu protékajícího závity zmagnetovaného jádra.

Střídavé silové pole je způsobeno střídavým napětím na vstupech jádra. Další důležitý uzel je tvarovač signálu, který vytváří hysterezi a rozsah působení řídicího signálu. Zahrnuje detektor řízený klopným obvodem.

Na schématu je znázorněn indukční pohybový spínač v činnosti. Jeho hlavním prvkem je indukční cívka napájená z generátoru.

Klíčovým momentem fungování indukčního koncového spínače jsou změny, ke kterým dochází při přiblížení nebo oddálení objektu. Jakmile napěťový práh překročí povolenou hodnotu, senzor sepne připojením klopného obvodu, který otevře spínač.

Kapacitní bezkontaktní koncové spínače

Po objevení objektu se spustí obvod vibrátoru kapacitního přístroje a nastaví se časové parametry. S přiblížením předmětu k senzoru roste jeho kapacita a frekvence generovaná multivibrátorem klesá.

Jakmile bude překročena frekvenční mez, přístroj se vypne. Na tomto principu funguje mnoho modelů pohybových senzorů, které vypínají a zapínají žárovky při detekci objektu v citlivé zóně.

Strukturní schéma kapacitního senzoru je podobné indukčnímu přístroji: v obou modelech je přítomen generátor a detektor.

Princip činnosti koncového spínače kapacitního typu je založen na změně kapacity přijímacího prvku – kondenzátoru. V takových senzorech začíná spínací operace při vstupu dielektrických a kovových objektů do jejich pole.

Kromě generátoru, který vytváří elektrické pole, jejich konstrukce zahrnuje základní části, jako je demodulátor. Ten plní roli převodníku amplitudy vysokofrekvenčních kmitů se současnou změnou napětí. Další důležitou součástí je klopný obvod (trigger), který je zodpovědný za určitou úroveň signálu, přepínání a hysterezní závislost.

Pro zvýšení vstupního signálu na nastavenou hodnotu je do obvodu kapacitního spínače zařazen zesilovač. Za kontrolu nastavení a činnosti přístroje odpovídá LED indikátor.

Před vlhkostí a vniknutím pevných částic chrání spínač prvek, jako je kompound. Plastové nebo mosazné pouzdro chrání vše, co je uvnitř, před mechanickým poškozením. Součástí sady jsou také upevňovací prvky.

Spínací prvek v tomto přístroji je umístěn na kondenzátoru a představuje destičku, která interaguje s vibrátorem. Roli prahového prvku plní komparátor připojený k vibrátoru. Ten je pak připojen k převodníku frekvence a napětí.

Kapacitní koncové spínače reagují na pevné materiály, práškové, kapalné, jak vodivé, tak nevodivé.

Rozdíl mezi kapacitními a indukčními modely spočívá v tom, že první reagují na vlhkost vzduchu a změnu hustoty. Druhé jsou vůči těmto vlivům necitlivé.

Zařízení ultrazvukových spínačů

Konstrukce ultrazvukových koncových spínačů zahrnuje přítomnost křemenných zvukových zářičů, které vytvářejí impulzní vlny o délce 100 – 500 kHz, a přijímače, jehož nastavení odpovídá určité frekvenci.

Při změně amplitudy zvukových vln v důsledku pohybů pohybujícího se objektu zaznamená mikrospínač BVK nové hodnoty a na základě toho řídí výstupní signály.

Princip fungování ultrazvukových senzorů je založen na změně doby, za kterou se zvuková vlna pohybuje od senzoru ke sledovanému objektu. Detekční vzdálenost těchto zařízení je poměrně velká - až 10 m. Jejich velkou výhodou je, že dokáží detekovat předmět libovolného tvaru a barvy, který odráží zvuk.

Fungování tohoto ultrazvukového senzoru je založeno na jednoduchém principu: jakmile na jeden jeho vývod přijde signál, druhý přijme impuls délky odpovídající vzdálenosti k předmětu.

Takové senzory se používají k detekci předmětů s rovinným povrchem, který zaujímá kolmou polohu vzhledem ke středové detekční linii.

Nepřesnosti v jejich činnosti mohou způsobit:

1. Náhle vznikající vzdušné proudy o velké síle, které vlnu zesilují nebo zeslabují.
2. Prudká změna teplotního režimu. Při velkém množství tepla vyzařovaného předmětem se mění rychlost šířících se vln.
3. Odchylka od svislice úhlu mezi vodorovnou rovinou předmětu a osou senzoru. Pokud tato odchylka překročí 10⁰, senzor nereaguje.
4. Hranaté obrysy objektu. V tomto případě je jeho detekce velmi obtížná.

Kmity se šíří v pevném, plynném a kapalném prostředí, přičemž rychlost závisí na příslušných parametrech. Ultrazvukové senzory nemají pohyblivé části, takže není závislost mezi počtem cyklů a životností zařízení. Vyznačují se zvýšenou odolností vůči vnějším vlivům všeho druhu.

Optická bezkontaktní zařízení

Koncové spínače tohoto typu kontrolují předměty, které buď přerušují záření, nebo ho odrážejí. Když objekt vstoupí do prostoru mezi spínačem a zdrojem světla, senzor přeruší světelný tok. Prvek odpovědný za tuto činnost může být reléový nebo polovodičový. Poloměr působení dosahuje až 150 m.

Toto je fotografie koncového senzoru optického typu. Určuje polohu krajních bodů pohybu pohyblivých částí u 3D tiskáren, CNC strojů.

Senzory přiblížení pracují v širokém teplotním rozsahu - od -60 do +150⁰C. Odolávají tlaku asi 500 atm, mohou být provozovány v agresivním prostředí a dokonce i v podmínkách zvýšené výbušnosti.

Magnetické koncové druhy

Tento typ spínačů, kterým se jinak říká plovákové nebo jazýčkové (herkony), postupně vytlačuje mechanické modely. Jejich kontakty mění polohu, když se nacházejí v určité vzdálenosti od magnetu. Přitom se do řídicího obvodu vysílá signál.

V jazýčkovém spínači (herkonu) je jeden nebo dva kontakty vyrobené ze speciálního materiálu - feromagnetika. Magnetický koncový spínač se vyznačuje malými rozměry. Umisťuje se do pouzdra z plastu nebo skla a do elektrického obvodu se montuje do jeho přerušení.

Kontakty v takovém přepínači mohou být otevřené, zavřené, přepínací. U přístrojů prvního typu se kontakt při aktivaci sepne. Normálně zavřené kontakty se rozpojí za podobných okolností, zatímco přepínací se chovají podle situace.

Volba modelu závisí na konkrétních okolnostech. Herkony se používají v konstrukci posuvných vrat. S jejich pomocí se konstrukce zastaví při dosažení krajní polohy při otevření nebo zavření.

Některé plovákové modely se používají jako součást zabezpečovací signalizace u vchodu do domu. Když jsou dveře zavřené, obvod je uzavřen vlivem magnetického pole na koncový spínač. Otevření dveří způsobí posun magnetu a rozpojení kontaktu, což vyvolá spuštění alarmu.

Při instalaci magnetů se bere v úvahu jejich polarita. Při nesprávné instalaci nebudou plnit své funkce.

Absence mechanického kontaktu v této konstrukci je její výhodou, která zvyšuje životnost. Vyznačují se nejjednodušší strukturou založenou na interakci magneticky ovládaných kontaktů s běžným magnetem.

Pravidla a specifika připojení

I když jsou samotné koncové spínače poměrně jednoduché, používají se v zařízeních se složitými elektrickými obvody. Jejich připojení proto musí provádět odborníci a striktně podle schémat zapojení, s ohledem na vlastnosti zařízení.

Uvažujme příklad připojení jednoduchého mechanického spínače v 3D tiskárně. Je to potřeba k nastavení krajních souřadnic pro její vozík. Připojovaný koncový spínač má 3 kontakty – COM, NO, NC. Při rozpojeném stavu senzoru jsou první a poslední kontakt pod napětím +5V. Druhý kontakt (NO) je uzemněn.

Na schématu jsou kontakty COM (1) a NO (2) v sepnutém stavu, zatímco COM a NC (3) jsou rozpojeny. Při dosažení krajní polohy vozíku tiskárny se kontakty COM a NC spojí a dojde k jeho odskoku o 2 mm.

Senzor se připojuje pomocí dvou vodičů – červeného a černého. Při spuštění zařízení by mělo být slyšet typické cvaknutí. Indikační spínač se připojuje podle stejného schématu, ale má také třetí vodič – zelený.

O jeho spuštění signalizuje rozsvícená LED a cvaknutí. Jeho konektory na desce mají označení: pro červený vodič V (+5 V), pro černý G (zem), pro zelený S (signál).

Stejnými písmeny jsou označeny i konektory u optického spínače. Bude přesněji řídit chod vozíku, ale může selhat při prašnosti a slunečním světle. Aktivace optického páru je doprovázena zapnutím světelné diody a probíhá zcela tiše.

Koncové spínače jsou široce používány nábytkáři při instalaci do posuvných skříní. Zapojení se provádí podle návodu přiloženého ke každému modelu. Na schématu je uvedeno místo upevnění plastové konstrukce s tlačítkem. Pro střední dveře je třeba ji nainstalovat tak, aby nepřekážela správnému pohybu druhých dveří sekce po vedeních.

Na schématech je znázorněn postup zapojení koncových spínačů pro posuvné dveře u posuvných skříní (varianta b) a pro otevírací dveře (varianta a)

V případě instalace koncového spínače pro otevírací dveře se upevňuje pomocí samořezných šroubů uvnitř skříně. V zavřeném stavu dveře tlačí na tlačítko, rozpojují obvod a osvětlení nefunguje. V otevřeném stavu dveře tlačítko uvolní a osvětlení se zapne.

Označování koncových spínačů

Každé z těchto spínacích zařízení má odpovídající označení. Jeho rozluštěním lze získat všechny informace o konkrétním modelu koncového spínače. Pokud je na něm uvedeno VU222M, znamená to, že se jedná o koncový spínač řady VU222. Pohyblivý prvek je modernizovaná páka.

Na tomto strukturním schématu je demonstrováno schematické označení koncového spínače určeného pro provoz v řídicích obvodech pracujících na střídavý a stejnosměrný proud s maximálním napětím 660 V.

Podrobně si pro příklad rozluštíme označení spínače VP 15M4221-54U2. Je vybaven jedním pohyblivým aktivním prvkem řady 15. Má jeden spínací kontakt a jeden rozpínací kontakt, vybavený tlačítkem s válečkem.

Stupeň krytí je IP54 na straně pohonu, písmeno 'U' označuje klimatické provedení a číslice 2 kategorii umístění. Výrobek odpovídá TU U 31.2-25019584-005-2004.

Vedoucí výrobci v segmentu

Takové senzory vyrábí mnoho firem. Mezi nimi jsou uznávaní lídři. Patří mezi ně německá společnost Sick jako hlavní výrobce podobných vysoce kvalitních produktů. Společnost Autonics dodává na trh koncové bezkontaktní spínače indukčního a kapacitního typu.

Vysoce kvalitní bezkontaktní senzory vyrábí ruská společnost TEKO. Vyznačují se extrémně vysokou těsností (IP 68). Tyto koncové spínače pracují v nejnebezpečnějších prostředích, včetně výbušných, a jsou k dispozici různé způsoby montáže.

Oblíbené jsou koncové spínače ukrajinského výrobce Promfaktor. Zde se vyrábějí koncové spínače a přepínače VP, PP, VU. Záruka při dodržení všech provozních pravidel je 3 roky.

Závěry a užitečné video k tématu

Video #1. Populárně o koncovém spínači:

Video #2. Instalace KV na domácí CNC stroj:

Účel koncových spínačů může být velmi různorodý. Používají se jak ve složitých průmyslových systémech, tak i v domácnosti pro zvýšení našeho pohodlí. Hlavně je třeba jejich připojení k elektrickému schématu provádět až po úplném odpojení napětí.

Prosím, pište komentáře do bloku níže. Možná se podělíte o informace, které budou užitečné návštěvníkům stránky. Zanechávejte příspěvky s doporučeními, publikujte fotografie k tématu, pokládejte otázky.