Сравнение на контактни и безконтактни ходови превключватели

В индустриалната автоматизация схемите са широко използвани ходови (позиционни) превключватели и превключватели множество дизайни, предназначени да контролират позицията на различни производствени механизми и въз основа на трансформацията на движението на тези механизми в електрически сигнал.

Позиционните превключватели могат да се използват и за изпълнение на функции, различни от контрола на положението на производствените механизми, например за контрол на ъгъла на въртене, нивото, налягането на теглото и т.н.

Превключвателите за посока са устройства с дискретно действие, работещи на принципа на нарастване, тоест реагират само на промяна в положението на управлявания механизъм. Изходният сигнал на пътевите превключватели е двусмислена функция на движението на механизма от дадена начална позиция.

Видове пътни превключватели

В зависимост от принципите на позиционна комутация, начинът на превключване се подразделя на:

• механичен контакт, осъществен с превключване на контакти и чувствителни към контакт елементи;

• статичен контакт (магнитомеханичен), чийто чувствителен елемент е безконтактен, а превключващият елемент е контакт;

• статични безконтактни, чувствителни и превключващи елементи, от които са направени безконтактни.

При контактния характер на възела «превключване — спиране», тоест при контактния характер на връзката на задвижващия елемент (входен управляващ сигнал) с чувствителния елемент, този възел се нарича механичен, а при безконтактен — статичен .

В зависимост от дизайна, превключвателите могат да се комбинират или разделят. В първия случай чувствителните и превключващите елементи са поставени в един корпус и са конструктивно изпълнени като цяло. Във втория чувствителният елемент може да бъде разположен на разстояние няколко десетки и стотици метри от превключващия.

Изкривяването на магнитното поле на превключвателя на пътя се постига чрез промяна на параметрите магнитна верига чувствителен елемент. Променящите се параметри могат да бъдат активната повърхност и размерът на въздушната междина, както и магнитна пропускливост магнитна верига.

В момента областта на приложение на механичните контактни превключватели за положение в индустриалната автоматизация се стеснява и възниква въпросът за безполезността на позиционните превключватели от този тип за целите на изграждането на автоматични системи за управление.

Последното се причинява от следното:

1. Сложността на проектирането на монтажа „превключване — спиране“, поради строгостта на изискванията по отношение на границите на допустимите колебания на редица параметри, което причинява значителни трудности при неговото производство и настройка.

2. Сравнително високата критичност на характеристиките на точност на този уред към влиянието на дестабилизиращи фактори (износване на контактните повърхности, хлабавост на крепежните елементи, неправилно подравняване на движещи се елементи и др.).

Редица конструктивни решения на механизмите изобщо не могат да бъдат приложени въз основа на механични контактни превключватели. Те включват механизми, които изискват високи допустими нива на скорост и честота на превключвателите за движение.

Ако необходимата скорост на работа на превключвателя на пътя може да бъде намалена поради допълнителни кинематични връзки на механизма, които, между другото, влошават качествените характеристики на системата за управление (по -специално параметрите на точност), тогава допустимата работна честота ( разделителна способност) не може да бъде увеличено от структурни усложнения.

Вижте също: Монтаж на крайни ключове и ключове

В този случай каква е причината за широкото използване на принципа на механичен контакт на позиционното превключване? Отговорът на този въпрос трябва да се търси в два аспекта: в съществуващите принципи на изграждане на автоматични системи за управление и в предимствата на веригата на превключвателите на контактния път.

Предимства на превключвателите на контактния път

Механичните контактни превключватели, обикновено изпълнявани с изход с много вериги, се характеризират със следните предимства:

• голям коефициент на превключване;

• висока специфична мощност на управление (съотношението на включената мощност към общите размери);

• универсалност, тоест възможност за превключване на вериги както на постоянен, така и на променлив ток;

• голям диапазон от включени напрежения;

• незначителна вътрешна консумация на енергия (малка стойност на преходно съпротивление на контактите в затворено състояние);

• ниска зависимост на точността и стабилността на работата от промените в контролираната мощност.

Недостатъци на превключвателите на контактния път

Принципът на механичен контакт на тези устройства често не позволява да се отговори на повишените изисквания за надеждност, издръжливост и точност на системите за автоматизация. Освен това механичните контактни превключватели са много чувствителни към въздействието на различни климатични фактори (особено при ниски температури).

Механичните контактни прекъсвачи се характеризират с ограничени допустими нива на максимална и минимална скорост на движение на превключващия стоп, които са в диапазона от 0,3 — 30 m / min, а увеличаването на скоростта на превключващия стоп над допустимото води до рязко намаляване на механичната издръжливост на превключвателя.

При такива превключватели допустимите отклонения на посоката на действие на превключващата сила спрямо оста на лоста са много малки и превишаването им води до механични повреди, особено при превключватели с преден тягов прът.

За да се получат релейни изходни характеристики (управляващи характеристики), в конструкцията на такива превключватели са предвидени спусъчно-пружинни устройства. Необходимата степен на релейни изходни характеристики се постига с цената на значително намаляване на издръжливостта на превключвателя поради големите динамични напрежения, възникващи в спусъка в момента на задействане.

При механичните мигновени контактни превключватели ширината на хистерезисния контур (диференциал на хода) на изходната характеристика достига значителна стойност, което е напълно неприемливо за редица технологични процеси поради непродуктивно увеличаване на продължителността на цикъла на обработка.

Намаляването на разликата в хода на тези дерайльори е свързано или с увеличаване на сложността на техния дизайн, или с увеличаване на техния размер. Освен това в някои случаи са необходими значителни механични сили за задействане на механични контактни превключватели.

Предимства и недостатъци на превключвателите за близост

Изброените по -горе обстоятелства водят до необходимостта от разработване на устройства, които са лишени от посочените недостатъци и в същото време са способни да изпълняват подобни функции. Такива устройства са превключватели за близост, предимствата на които включват:

• значителна издръжливост с висока надеждност и висока допустима работна честота;

• няма нужда от механични усилия при задействане, ниска чувствителност към вибрации, ускорение и др.;

• незначителна чувствителност на параметрите към промени в относително широк диапазон от външни условия;

• подобряване на условията на оперативните служби.

Поради ниското ниво на обратна връзка на превключвателя за близост на превключвателя, се постига значително опростяване на конструкцията на превключвателя-стоп, като същевременно се поддържа висока стабилност във времето на характеристиките на точност. В допълнение, липсата на електрически и механични контакти гарантира пожарна и експлозивна безопасност на тези устройства, което значително разширява зоната на тяхното възможно приложение.

Един от значителните недостатъци на безконтактните ходови превключватели е сложността на изпълнението на много модификации на дизайна, които лесно се изпълняват в механичните контактни ходови превключватели.

Устройство за превключване на близост

Принципът на действие на статичните безконтактни пътеви превключватели от параметричен тип се основава на използването на изкривяване на магнитното или електрическото поле, създадено от чувствителния елемент, когато задвижващ елемент се появи в зоната му, в резултат на което възникне неравновесно състояние възниква в електрическата верига на превключвателя и изходното устройство се задейства.

Статичните превключватели за близост най -често се извършват с една изходна верига, а при някои превключватели задействането е придружено от появата на сигнал на изхода (ефект на директно превключване), в други — изчезване (ефект на обратно превключване), което е еквивалентно на затварящите и отварящите контакти съответно на механичните контактни пътеки.

Ако има усилващ елемент във веригата на превключвател за близост в релеен режим, изходният параметър на чувствителния елемент може да бъде в непрекъсната функционална зависимост от контролираното движение.

Понастоящем се използват многобройни конструктивни модификации на безконтактни пътни превключватели, различаващи се по нивото на чувствителност (размера на работната междина), разположението на слота или равнината на чувствителния елемент спрямо монтажната равнина, посоката на водещите проводници, броя на стъпките на сензорния елемент (за дизайн с прорези), дълбочината на слота, дължината на свързващите проводници, нивото на захранващото напрежение, естеството на защитата срещу влияния на околната среда и др.

Възможностите за използване на безконтактни превключватели за движение се определят от параметрите на техните електрически и механични характеристики.

Електрическите параметри включват:

• естеството на изходния сигнал и броя на изходните вериги;
• консумация и изходна мощност;
• форма на изходния сигнал; превключващ коефициент за съпротивление и напрежение (за превключватели от тип трансформатор);
• времеви характеристики (времена на задействане и освобождаване) и честота на задействане (разделителна способност);
• нивата и формата на захранващото напрежение, както и допустимите граници на техните отклонения.

Параметрите на механичните характеристики включват:

• чувствителност (размер на работната празнина),
• размери и размери на свързване;
• характеристики на точност (основни и допълнителни грешки) и диференциал на хода;
• монтажни характеристики (видове превключващи спирачки и как са инсталирани, нивото на обратна връзка, как да монтирате и инсталирате превключвателя);
• нивото на шумозащита.

За повече информация относно устройството за превключватели за близост и превключватели вижте тук: Безконтактни сензори за положение на механизми

Ивенски Ю. Н. Безконтактни превключватели за пътуване в индустриалната автоматизация