Mekaniske knapper og brytere adresserer kritiske designkrav

Berøringsskjermer og membranbrytere er nyttige for visuelle og lavprofilerte styringspaneler. Noen utrustninger krever imidlertid at designere legger vekt på sikkerhet, enkel tilgang, bytte av høye spenninger eller strøm, en kjent konfigurasjon ved oppstart eller robusthet. For slike situasjoner er mekaniske brytere og knapper ofte ideelle, men designere må velge nøye.

Det finnes mange typer mekaniske brytere med variasjoner i form, stil, størrelse, funksjon, strømkapasiteter og mekanisk funksjon. Denne artikkelen vil hjelpe designere med å sortere gjennom utvalgsparametrene og hvordan du best kan bruke noen av de nyeste enhetene.

Hvilken bryter eller knapp?

For å bestemme hvilken bryter som er hensiktsmessig, må du først bestemme kravene til systemet. For å finne en mekanisk bryter til en utrustning, må du først finne bryterformfaktoren som passer til de ergonomiske og fysiske behovene, og deretter velge en bryter med passende elektriske og miljømessige spesifikasjoner som passer til formfaktoren.

Nødstopp

Et åpenbart eksempel på sikkerhet er nødstoppknappen. Mange industrielle systemer må absolutt ha en stor rød eller oransje knapp med ordene «Nødstopp» (Emergency Stop) i store, lettleste bokstaver. Denne knappen må være i en åpenbar og lett tilgjengelig posisjon, må være lett å trykke på, og det må være klar taktil tilbakemelding for å indikere at bryterfunksjonen er fullført. Å unnlate å oppfylle disse kriteriene kan være farlig i noen industrimiljøer.

En utmerket løsning for denne utrustningen er Lumotast 16 nødstoppknapp fra RAFI USA. Denne NO-knappen (normalt åpen) har den velkjente store, koniske rundhodede (soppformede) knappen (Figur 1). Når en operatør slår hånden ned på denne knappen, kobles de to sølvkontaktene til, låses og forblir i kontakt selv når operatørens hånd fjernes. For å tilbakestille knappen til åpen posisjon, roteres rundhodet i begge retninger.

Figur 1: RAFI USA Lumotast 16-nødstoppknapp er enkel å installere og passer enkelt inn i et standard monteringshull på 16,2 mm. (Bildekilde: RAFI)

Lumotast 16 kan håndtere opptil 6 ampere og 250 watt, og er konstruert for drift med høy pålitelighet. Den innvendige bryterkonstruksjonen har tre redundante kontakter i parallell, så hvis ett sett med kontakter ikke kobles til, sikrer de to andre en pålitelig stopphendelse. For å gi visuell bekreftelse på en tilkobling, er bryteren koblet til å lyse rødt når den er aktivert. Forsiden er klassifisert til IP67, noe som gjør den egnet for de mest tøffe industrimiljøer.

Med en diameter på 30 mm er Lumotast 16 stor nok til å brukes i industrielle styringspaneler, og er fortsatt liten nok til å implementeres i håndholdte styringsbokser.

For å installere Lumotast 16, må du først sørge for at det er en monteringsdybde på 18 mm under hvor bryteren skal plasseres. Bor et 16,2 mm monteringshull. Plasser den gule monteringshullkragen med "Emergency Stop" med svarte bokstaver på toppen av monteringshullet. Plasser deretter Lumotast 16-bryteren i monteringshullet og fest den med den medfølgende monteringsringmutteren. Ledningsforbindelser er laget til to standard åpen hann-kabelsko (hurtigkobling) på undersiden.

Motstandsdyktighet mot hærverk

Beskyttelse mot hærverk er et annet viktig bruksområde for mekaniske trykknapper. Hærverksikre brytere må motstå forsettlige forsøk på å bryte bryterkonstruksjonen, for eksempel gjentatte slag fra en hammer eller forsøk på å lure bryteren fri.

For hærverksikre utrustninger, E-Switch lager den belyste trykknappbryteren PVA3H2B0SS3R1 SPDT, som er motstandsdyktig mot hærverk. Dette er en bryter for 2 amp, 36 volt likespenning (DC), som er klassifisert til IP65. Den har en ring med RGB-belysning, den lave profilen gjør den mer motstandsdyktig mot hærverk (figur 2).

Figur 2: E-Switch PVA3 med en rød opplyst ramme. Den er montert nesten fluktende med panelet, noe som gjør den mer motstandsdyktig mot hærverk enn brytere med høyere profiler. (Bildekilde: E-Switch)

Denne bryteren monteres nesten i flukt med et hvilket som helst panel med et hull på 16 mm. Kontroller at installasjonsposisjonen har nok klaring til å koble til kontaktene under. Dette er en SPDT-bryter med fire kontakter, med ytterligere tre LED-kontakter for RGB-belysning med en felles jord. Dette gir totalt åtte tilkoblinger som må gjøres under panelet. Planlegg paneloppsettet slik at alle tilkoblingene enkelt kan gjøres uten kramper eller bøying av tilkoblingsledningene.

Monteringspanelet kan være fra 1 til 8 mm tykt. Tykkere paneler gir imidlertid mer robust beskyttelse mot vandalisme.

Velg riktig PVA3-konfigurasjon for utrustningen, enten korttids-kontakt eller låsekontakt (bistabil kontakt). Aktiver bryteren ved å trykke aktuatoren inn i bryterens hoveddel. En flat aktuator i flukt med bryterens skulder indikerer at knappen er aktiv, en høy aktuator indikerer at knappen er inaktiv.

For å gi visuell tilbakemelding på brytertilstanden, bruk mikrokontroller eller PLS (programmerbar logisk styring) for å belyse de røde, grønne og blå lysdiodene i indikatorringen. For å generere egendefinerte farger, koble lysdiodene til pulsbreddemodulerte utganger fra en mikrokontroller eller PLS.

For ytterligere motstandsdyktighet mot hærverk, kommer bryteren i et valg av nikkel eller rustfritt stål for bryterhuset og aktuatoren.

Leser konfigurasjon ved oppstart

Noen ganger er det ikke behov for brytere for brukerstyring, men i stedet for utvikling eller konfigurasjon bak kulissene. Mens EEPROM eller flash kan gi ikke-flyktig lagring som kan leses ved oppstart, må konfigurasjonen noen ganger bekreftes visuelt før strømmen settes på (spenning påføres) systemet. For disse situasjonene har utviklere i årevis vært avhengige av den stadig populære 8-POSISJONS DIP-bryter (DIP-switch), for eksempel A6FR-8101 fra Omron Electronics (figur 3).

Figur 3: Omron A6FR-serien av DIP-brytere med korte aktuatorer, også kalt pianobrytere, er gjennomgående montert i en stikkontakt eller PC-kort. (Bildekilde: Omron)

Disse DIP-bryterne brukes når systemkonfigurasjon eller oppstartsparametere må stilles inn før strøm tilføres systemet. DIP-bryterne kan flyttes med fingrene, men spissen på en penn gir bedre kontroll. Disse bryterne er tilgjengelige med korte eller lange aktuatorer, og kan monteres i en 16-pins DIP-sokkel eller loddes rett på et kretskort. I motsetning til eldre konstruksjoner med DIP-brytere, bruker A6FR doble skyvekontakter for å sikre høy pålitelige tilkoblinger. Disse DIP-bryterne er klassifisert for 25 mA ved 24 volt DC, noe som gjør dem egnet til digitale kretser.

Styring av høy spenning og strøm

Noen ganger er det nødvendig med en enkel, hard styring av spenning og strøm. For at en myk membranbryter skal utføre styring på høy strøm, kreves en grensesnittkrets som kan komplisere operasjonen unødvendig, spesielt hvis styringen ikke er avhengig av andre systemer. For disse situasjonene kan en vippebryter gi sikker styring av spenninger og strøm med høy pålitelighet.

E-Switch lager for eksempel den robuste, belyste strømbryterbryteren RA811C1121 (figur 4). Den kan håndtere 16 ampere ved 125 volt AC.

Figur 4: E-Switch RA8-serien av vippebrytere har en plastseparator for å beskytte de to terminalene mot utilsiktet kortslutning. Serien har et bredt utvalg av alternativer, inkludert farger, rette eller rettvinklede terminaler og bryterkonfigurasjoner. (Bildekilde: E-Switch)

E-Switch RA8-serien er montert i et 19 x 13 mm rektangulært (firkantet) hull. Mens vippebrytere kan være enkle å bruke, kan den vanskeligste delen av prototyping skape et rektangulært hull for vippebryteren å tsneppe inn i. En vanlig teknikk er å bruke en borkrone som er litt mindre enn bredden på det rektangulære hullet, i dette tilfellet 13 mm. Tegn først det rektangulære hullet med en blyant, og bor deretter to tilstøtende hull i panelet, pass på at du ikke går utenfor blyantlinjene. Bruk deretter en metallfil for å lage det rektangulære hullet, skarpe kanter må fjernes.

RA8 kan brukes i fiendtlige industrielle miljøer. Bryterens driftstemperaturområde er -20 til +85 °C, med PVC-hette er den klassifisert til IP54. Kontaktmotstanden på 30 mΩ minimerer varmen ved høye spenninger.

Når du arbeider med høyspenningsbrytere, må du sørge for å holde hver tilkobling separat for å unngå utilsiktede kortslutninger. RA8 gjør dette lettere ved at den har en plastseparator for å holde terminalene fysisk fra hverandre.

Selv om tilkobling til strømførende terminaler er sterkt frarådet, kan det ikke unngås noen ganger i et produksjonsmiljø. Mens RA8 kan redusere sjansen for en ulykke som oppstår ved direkte tilkobling til strømførende ting – ta alle sikkerhetstiltak, inkludert bruk av isolerte hansker.

Konklusjon

Mekaniske brytere er egnet for visse situasjoner, inkludert styring av høye spenninger, sikkerhet, trygghet, enkel tilgang eller en kombinasjon av disse. Det er mange alternativer for mekaniske brytere, og det riktige valget kan gi trygghet for både designeren og sluttkunden.