Jämförelse av kontakt och beröringsfri färdbrytare

Inom industriell automation används kretsar i stor utsträckning rese- (läges-) omkopplare och omkopplare flera konstruktioner utformade för att kontrollera positionen för olika produktionsmekanismer och baserat på omvandlingen av dessa mekanismers rörelse i en elektrisk signal.

Positionsomkopplare kan även användas för att utföra andra funktioner än positionskontroll av produktionsmekanismer, till exempel kontroll av rotationsvinkel, nivå, vikttryck etc.

Riktningsbrytare är enheter med en diskret verkan, som arbetar på principen om ökning, det vill säga de reagerar endast på en förändring av den kontrollerade mekanismens position. Utsignalen från vägomkopplarna är en tvetydig funktion av mekanismens rörelse från ett givet utgångsläge.

Typer av vägväxlar

Beroende på principerna för positionsväxling är växlingsmetoden indelad i:

• mekanisk kontakt med kopplingskontakter och kontaktkänsliga element;

• statisk kontakt (magnetomekanisk), vars känsliga element är beröringsfritt, och omkopplingselementet är en kontakt;

• statiska kontaktlösa, känsliga och kopplingselement av vilka kontaktlösa är gjorda.

I kontaktkaraktären för "växling - stopp"-noden, det vill säga i kontaktkaraktären för anslutningen av drivelementet (ingångsstyrsignal) med det känsliga elementet, kallas denna nod mekanisk och i icke-kontakt - statisk .

Beroende på design kan strömbrytare kombineras eller separeras. I det första fallet är de känsliga elementen och omkopplingselementen placerade i ett hus och är strukturellt utförda som en helhet. I den andra kan det känsliga elementet placeras på ett avstånd av flera tiotals och hundratals meter från omkopplaren.

Förvrängningen av vägomkopplarens magnetfält uppnås genom att parametrarna ändras magnetisk krets känsligt element. Variabla parametrar kan också vara den aktiva ytan och storleken på luftgapet magnetisk permeabilitet magnetisk krets.

För närvarande minskar tillämpningsområdet för mekaniska kontaktlägesbrytare i industriell automation, och frågan uppstår om värdelösheten av lägesbrytare av denna typ för att bygga automatiska styrsystem.

Det senare orsakas av följande:

1. Komplexiteten i konstruktionen av brytarstoppaggregatet, på grund av strängheten i kraven beträffande gränserna för tillåtna fluktuationer av ett antal parametrar, vilket orsakar betydande svårigheter vid tillverkning och justering.

2. Den relativt höga kriticiteten hos noggrannhetsegenskaperna hos denna enhet för påverkan av destabiliserande faktorer (nötning av kontaktytor, löshet hos fästelement, felinriktning av rörliga element, etc.).

Ett antal designlösningar av mekanismer kan inte implementeras alls baserat på mekaniska kontaktbrytare. Dessa inkluderar mekanismer som kräver höga tillåtna nivåer av hastighet och frekvens av rörelseomkopplare.

Om den erforderliga driftshastigheten för vägväxeln kan minskas på grund av ytterligare kinematiska länkar av mekanismen, som bland annat försämrar kvalitetsegenskaperna hos kontrollsystemet (särskilt noggrannhetsparametrar), då är den tillåtna driftsfrekvensen ( upplösning) inte kan ökas av strukturella komplikationer.

Se även: Installation av gränslägesbrytare och brytare

Vad är i det här fallet anledningen till den utbredda användningen av den mekaniska kontaktprincipen för positionsväxling? Svaret på denna fråga bör sökas i två aspekter: i de befintliga principerna för konstruktion av automatiska styrsystem och i fördelarna med kontaktvägskopplingskretsen.

Fördelar med kontaktvägsbrytare

Mekaniska kontaktbrytare, vanligtvis implementerade med en flerkretsutgång, kännetecknas av följande fördelar:

• högt omkopplingsförhållande;

• hög specifik styreffekt (förhållandet mellan den inkluderade effekten och de övergripande dimensionerna);

• universalitet, det vill säga förmågan att byta både lik- och växelströmskretsar;

• stort utbud av inkluderade spänningar;

• försumbar intern energiförbrukning (litet värde på transientmotstånd hos kontakterna i stängt tillstånd);

• lågt beroende av noggrannhet och driftstabilitet på förändringar i kontrollerad effekt.

Nackdelar med kontaktvägsbrytare

Principen om mekanisk kontakt för dessa enheter tillåter ofta inte att uppfylla de ökade kraven på tillförlitlighet, hållbarhet och noggrannhet hos automationssystem. Dessutom är mekaniska kontaktbrytare mycket känsliga för effekterna av olika klimatfaktorer (särskilt vid låga temperaturer).

Mekaniska kontaktbrytare kännetecknas av begränsade tillåtna nivåer av maximal och minsta rörelsehastighet för kopplingsstoppet, som ligger i intervallet 0,3 - 30 m / min, och att öka hastigheten på kopplingsstoppet över den tillåtna nivån leder till en kraftig minskning i mekanisk hållbarhet på strömbrytaren.

I sådana omkopplare är de tillåtna avvikelserna i omkopplingskraftens verkningsriktning i förhållande till spakens axel mycket små, och överskridande av dem leder till mekanisk skada, särskilt i omkopplare med en främre dragstång.

För att erhålla reläutgångsegenskaper (kontrollegenskaper) tillhandahålls trigger-fjäderanordningar i konstruktionen av sådana omkopplare. Den erforderliga graden av reläutgångsegenskaper uppnås till priset av en betydande minskning av omkopplarens hållbarhet på grund av de stora dynamiska påfrestningar som uppstår i avtryckaren vid aktiveringstidpunkten.

I mekaniska momentana kontaktomkopplare når bredden på hysteresloopen (slagdifferential) av utgångskarakteristiken ett betydande värde, vilket är helt oacceptabelt för ett antal tekniska processer på grund av en improduktiv ökning av bearbetningscykelns varaktighet.

Att minska skillnaden i rörelsen för dessa växlar är relaterat till att antingen öka komplexiteten i deras design eller öka deras storlek. Dessutom krävs i vissa fall betydande mekaniska krafter för att aktivera mekaniska kontaktbrytare.

Fördelar och nackdelar med närhetsbrytare

De ovan angivna omständigheterna leder till behovet av att utveckla enheter som saknar de nämnda nackdelarna och som samtidigt kan utföra liknande funktioner. Sådana anordningar är närhetsbrytare, vars fördelar inkluderar:

• betydande hållbarhet med hög tillförlitlighet och hög tillåten driftfrekvens;

• inget behov av mekanisk ansträngning vid aktivering, låg känslighet för vibrationer, acceleration etc.;

• obetydlig känslighet för parametrar för förändringar i ett relativt brett spektrum av yttre förhållanden;

• förbättra villkoren för operativa tjänster.

På grund av den låga återkopplingsnivån för närhetsbrytaren uppnås en betydande förenkling av stoppbrytarens konstruktion samtidigt som en hög stabilitet över tiden av noggrannhetsegenskaperna bibehålls. Dessutom säkerställer frånvaron av elektriska och mekaniska kontakter brand- och explosionssäkerhet för dessa enheter, vilket avsevärt utökar området för deras möjliga tillämpning.

En av de betydande nackdelarna med kontaktlösa gränslägesbrytare är komplexiteten i att implementera många designmodifieringar som lätt kan implementeras i mekaniska kontaktgränslägesbrytare.

Beröringsfri enhet

Funktionsprincipen för statiska beröringsfria vägomkopplare av parametrisk typ är baserad på användningen av förvrängning av det magnetiska eller elektriska fältet som skapas av det känsliga elementet när ett drivelement uppträder i dess område, vilket resulterar i ett obalanserat tillstånd inträffar i omkopplarens elektriska krets och utgångsenheten utlöses.

Statiska närhetsbrytare görs oftast med en enda utgångskrets, och i vissa strömbrytare åtföljs aktiveringen av uppkomsten av en signal vid utgången (direkt kopplingseffekt), i andra - genom att försvinna (omvänd kopplingseffekt), vilket är ekvivalent till stängning respektive öppningskontakter för de mekaniska kontaktvägarna.

Om det finns ett förstärkningselement i reläläges-närhetsbrytarkretsen, kan avkänningselementets utgångsparameter vara i kontinuerligt funktionellt beroende av den kontrollerade rörelsen.

För närvarande används många designmodifieringar av beröringsfria färdbrytare, som skiljer sig i känslighetsnivån (storleken på arbetsgapet), platsen för spåret eller planet för det känsliga elementet i förhållande till monteringsplanet, riktningen för de främre ledningarna, antalet steg av avkänningselementet (för design med slitsar), spårets djup, längden på anslutningskablarna, nivån på matningsspänningen, typen av skydd mot miljöpåverkan, etc.

Möjligheterna att använda kontaktlösa rörelseomkopplare bestäms av parametrarna för deras elektriska och mekaniska egenskaper.

Elektriska parametrar inkluderar:

• arten av utgångssignalen och antalet utgångskretsar;
• förbrukning och uteffekt;
• formen på utsignalen; omkopplingskoefficient för motstånd och spänning (för omkopplare av transformatortyp);
• tidsegenskaper (trigger- och släpptider) och avfyrningsfrekvens (upplösning);
• nivåerna och formen på matningsspänningen, samt de tillåtna gränserna för deras avvikelser.

Mekaniska prestandaparametrar inkluderar:

• känslighet (storleken på arbetsgapet),
• dimensioner och anslutningsmått;
• noggrannhetsegenskaper (stora och ytterligare fel) och slagdifferential;
• installationsegenskaper (typer av kopplingsbromsar och hur de är installerade, nivån på återkoppling, hur man monterar och installerar strömbrytaren);
• bullerskyddsnivån.

För mer information om Proximity Switch Device och switchar se här: Beröringsfria sensorer för placering av mekanismer

Ivenski Yu. N.Kontaktlösa resebrytare i industriell automation