В статье на портале Control Automation разбираются различные виды кнопок и переключателей, а также их функции и варианты подсветки для шкафов управления.
Промышленные переключатели
Самый простой переключатель предназначен для управления электрической нагрузкой в замкнутой цепи. Этой нагрузкой может быть лампа, двигатель или нагревательный элемент. Переключающее устройство обычно состоит из металлической части, которая совершает некое движение и размыкает или замыкает контакты. Поскольку переключатель должен размыкать и замыкать свои контакты под нагрузкой, при выборе переключателя для каждого применения следует учитывать определенные конструктивные соображения.
Рис. 1. Шкафы автоматики почти всегда содержат комбинацию переключателей или кнопок
Переключатели бывают различных форм, размеров и номиналов тока. Использование переключателя, не рассчитанного на требуемую нагрузку сети, может привести к преждевременному выходу его из строя или даже к возгоранию.
Хотя существует множество видов устройств, коммутирующих сигнал, эту категорию часто называют поворотным или четверть-оборотным переключателем, в отличие от кнопок и датчиков. Иногда торговый жаргон может применять обозначение переключателя ко многим устройствам, что не возбраняется, но в этом обсуждении это понятие будет зарезервировано для поворотных механизмов.
Некоторые переключатели имеют только положение «выключено-включено» и предназначены для того, чтобы оставаться в этом состоянии до тех пор, пока переключатель не будет снова задействован. Они называются переключатели с фиксацией.
Существуют также переключатели с пружинным возвратом, называемые переключатели с самовозвратом, которые имеют нормальное положение покоя, а затем при срабатывании они требуют, чтобы оператор удерживал переключатель в этом положении. При отпускании переключатель вернется в исходное положение.
Некоторые разновидности переключателей имеют три положения с различными комбинациями функций фиксации и самовозврата по обе стороны от центрального положения. В случае переключателей, установленных непосредственно на печатных платах, поворотные переключатели могут иметь гораздо больше трех положений, но это редкость для традиционных промышленных переключателей.
Промышленные переключатели имеют сменные контактные блоки, что означает, что вы можете выбрать переключатель как с нормально разомкнутыми, так и с нормально замкнутыми контактами. В зависимости от модели переключателя контактные блоки могут иметь различные схемы переключения, которые могут управлять несколькими цепями. Обычными переключателями, используемыми для промышленной автоматизации, являются поворотные и кулисные переключатели, а тумблеры, как правило, используются в автомобильной промышленности.
Рис. 2. Пример типичных промышленных переключателей
Кнопка похожа на переключатель в том, что она предназначена для управления электрическими цепями путем размыкания или замыкания контактов с помощью движущейся части. Разница заключается в направлении перемещения.
При использовании кнопки осуществляется нажатие на лицевую панель внутрь по направлению к контактам. Движение осуществляется по канавкам в корпусе кнопки, что уменьшает количество движущихся элементов.
Как и переключатели, промышленные кнопки могут иметь различный набор контактов, что расширяет функциональность кнопки. Обычно действие кнопки бывает кратковременным, то есть до тех пор, пока кнопка нажата и не будет снято усилие.
Некоторые кнопки имеют функцию сохранения или фиксации, которая удерживает контакты закрытыми даже после нажатия и при повторном нажатии возвращается в разомкнутое состояние. Эти часто называемые кнопки включения-выключения имеют внутренние компоненты, которые удерживают контактные блоки во включенном состоянии до тех пор, пока кнопка не будет нажата снова.
Рис. 3. Промышленная кнопка в металлическом корпусе, хотя пластиковые корпусы также распространены
Знание того, когда активирована кнопка или переключатель, часто является важным в автоматизации. Оператор должен иметь возможность узнать состояние кнопки, просто взглянув на нее. По этой причине некоторые переключатели и кнопки имеют функцию подсветки.
Каждый производитель кнопок или переключателей подходит к подсветке по-своему, но обычно промышленные кнопки и переключатели можно приобрести со светодиодом или лампочкой накаливания, установленной внутри корпуса переключателя. Эта подсветка совмещается с крышкой кнопки, и при подаче тока лицевая сторона кнопки загорается. Можно приобрести разные цветные поверхности кнопок с тем, чтобы подсветить их разными цветами.
Некоторые производители допускают легкую замену подсветки, в то время как другие (хотя и реже) предлагают только необслуживаемые устройства.
Выключатели с подсветкой работают по такому же принципу. Индикатор можно подключить последовательно с одним из контактов, чтобы сигнализировать о нажатии кнопки, или его можно подключить непосредственно к системе управления, если вы хотите, чтобы индикатор мигал или оставался под напряжением после отпускания кнопки.
Корпус и составные части кнопки с подсветкой
Рис. 4. Подсветка переключателя или кнопки обычно находится в основании модуля (слева), а верхняя крышка оператора содержит прозрачный или цветной блок лицевой панели
Кнопка с подсветкой в сборе
Рис. 5. Кнопка с контактным блоком подсветки
В некоторых высоковольтных приложениях переключатель должен быстро перемещать контакты, чтобы предотвратить искрение. Выключатели панели работают таким образом: когда привод перемещается из выключенного положения во включенное, пружина помогает приводу и предотвращает частичное перемещение контактов.
Когда некое приложение требует перемещение источника питания из одной цепи в другую, используется специальный переключатель, называемый "замыкание до размыкания". Этот переключатель установит новое соединение, прежде чем разорвать исходное соединение. Эти переключатели обычно используются в энергетике, где необходимо подать питание на цепь и отключить ее от другой цепи.
Еще одним специальным переключателем является размыкание перед замыканием (незакорачивающий контакт). Этот переключатель выполняет функцию, противоположную функции вышеописанного переключателя. Такое соединение разрывается до того, как будет установлено второе соединение. Опять же, этот тип переключателя обычно встречается в энергетической промышленности, но могут быть приложения с низким или средним напряжением, где можно использовать этот тип переключателя.
Механический переключатель или панель оператора?
Некоторые могут возразить, что панель оператора (HMI) заменяют физические кнопки и переключатели цифровыми эквивалентами. В некоторых случаях в этом может быть доля правды, поскольку цена и общий размер HMI значительно снизились, но ряд клиентов по-прежнему предпочитают тактильное ощущение и надежность промышленного переключателя или кнопки панелям оператора.
Коммутация электрических цепей в АСУТП осуществляется внушительным семейством устройств, насчитывающим тысячи модификаций кнопок и переключателей. Помимо указанных выше вариантов существуют: ползунковые, клавишные, тактильные (сенсорные) переключатели, DIP-переключатели и программируемые переключатели с ЖК-экраном. Существуют также различные тумблеры и широкая гамма кнопок – механические, электронные, электромагнитные, кнопки с ключом-фиксатором и проч.
Отметим, что виртуальные кнопки панелей оператора не могут полностью заменить физические устройства коммутации, а обычно дополняют их. Они позволяют в ряде случаев сократить число физических устройств. Но для коммутации ответственной нагрузки в шкафах автоматики всегда требуется дублирование виртуальных кнопок на панели физическими кнопками и переключателями. При этом, даже тех в случаях, когда панель «зависла» или отказала, обслуживающий персонал должен всегда иметь возможность воспользоваться физическими устройствами для коммутации нагрузки. Например, повернув рубильник, оператор может произвести экстренное отключение электродвигателя.
