CC BY
53Светлана СЫСОЕВА
[email protected] ИванЧУПИНСКИЙ
Концевые выключатели — неотъемлемый компонент современных систем автоматизированного управления производственными и технологическими процессами. Данные устройства широко используются и за пределами промышленной автоматизации — сферы их применения включают как панели управления, так и системы загрузки пассажиров в аэропортах.
Концевые выключатели замыкают, размыкают или переключают электрическую цепь питания какой-либо машины или механизма по достижении подвижными частями крайнего положения и относятся к более широкому типу предельных переключателей limit switch.
Переключатели limit switch способны детектировать процесс или регистрировать изменение параметров, таких как, например, температура, давление, и замыкать контакт переключателя или изменять электрический параметр в зависимости от некоторой пороговой точки переключателя.
В отличие от предельных, в системах промышленной автоматизации под концевыми выключателями часто понимаются именно устройства, физически размещенные на механическом окончании какой-либо линии, например, осуществляющие мониторинг линейного хода клапанов. Открытие/закрытие капота — тоже типичная задача концевого выключателя, который в этом случае классифицируется как компонент безопасности (safety switch). Таким образом, основное назначение концевиков — контроль надежности и безопасности работы устройства или технологической линии.
К вопросу о замене промышленных концевых выключателей
и некоторые предложения по контактным и бесконтактным выключателям Honeywell
В статье предложены рекомендации, призванные оптимально решить типичную задачу замены концевых выключателей на технологической линии при выходе из строя таких устройств или при реконструкции либо модернизации производства. Рассмотрены возможные и представлены некоторые эффективные технологические решения от Honeywell — широко известного поставщика различных контактных и бесконтактных выключателей.
Часто промышленные предельные и концевые переключатели отождествляются с датчиками приближения, реагирующими на появление какого-либо объекта. Так, для предотвращения контакта персонала с частями машин и механизмов должно производиться отключение питания при открывании двери защитного ограждения машины. Большинство подобных устройств — датчики переключательного типа, реагирующие на малейшие изменения ситуации. Однако могут быть использованы и датчики положения со стандартным аналоговым интерфейсом, пороги насыщения, или другие точки которого являются пороговыми уровнями выключателя или эквивалентным цифровым интерфейсом.
Важнейшие особенности концевиков — высокая надежность и точность. Как правило, к концевым выключателям предъявляются повышенные требования в отношении срока службы (наработки на отказ), способности работать в жестких условиях окружающей среды, прочности корпуса и т. д.
Компания Honeywell, мировой лидер в области разработки и производства датчиков и переключателей, обеспечивает для многих промышленных систем широкий выбор продукции, реализованный в ней спектр технологий, качество, надежность, сервисную и информационную поддержку клиентской системы.
Honeywell является технологическим лидером в области датчиков давления, положения и скорости. Множество линеек переключателей выпускается под брендом Microswitch, включая концевики для жестких условий экс-
плуатации (heavy-duty limit switch), способные работать в условиях влажности и загрязнений. Выпускаются выключатели и во взрывозащищенном исполнении.
Версии выключателей для обеспечения безопасности (safety limit switch) предназначены для охраны машин и персонала при открывании терминалов и для работы в аварийных ситуациях.
Вся продукция сертифицирована в соответствии с ISO 9001. Исчерпывающие и разнообразные линейки промышленных датчиков положения и скорости выпускаются также под другими брендами компании: Data Instruments, Electrocorporation, Clarostat, New England Instruments. Honeywell разрабатывает и клиентские версии концевиков для OEM-применений.
Стратегия развития цивилизованного рынка и подход, рекомендуемый клиентам во всем мире, состоит в том, чтобы обеспечивать потребителю возможность начинать выбор подходящего продукта с выбора известного и проверенного поставщика.
Honeywell работает, следуя именно этой стратегии, и обеспечивает клиентам реальную возможность такого подхода, предлагая потребителю разнообразие технологий, схемотехнических решений, конструкций терминалов и активаторов, размеров и форм концевых выключателей.
Следующий этап — формулирование системных требований и выбор наиболее подходящего продукта, обеспечивающего необходимые характеристики системы, подлежащей модернизации.
Для системы, функционирование которой обусловлено качеством и надежностью компонентов, следует выбирать переключатели с более высокими характеристиками, гарантирующими более высокий уровень безопасности, причем в цену может входить стоимость сервиса, предоставляемого поставщиком, клиентское обслуживание и сопровождение, то есть в конечном итоге эта цена окупается.
В первую очередь характеристики исполнения концевиков зависят от условий эксплуатации, о чем упоминалось выше. Если пренебречь соответствием компонента указанным требованиям, последует сбой концевика, который снизит производительность системы или приведет к ее полному останову. В любом случае рано или поздно потребуется замена отказавшего изделия на новое. Поэтому еще на стадии покупки системы или комплектующих необходимо учитывать важность правильного подбора концевых выключателей.
Другая типичная особенность концевиков — небольшой рабочий ход устройств, то есть пороговым точкам выключателя соответствует малое изменение детектируемого параметра, что требует высокой точности и малых дрейфов чувствительности устройства в специфических условиях окружающей среды.
Honeywell выпускает расширенную линейку прецизионных предельных переключателей в разных исполнениях, предназначенных для тяжелых условий эксплуатации и изготовленных в металлических корпусах (enclosed switch). Исполнения многообразны и адаптированы ко многим типичным промышленным применениям.
Переключатели этого типа характеризуются высокой точностью и отличаются сравнительно невысокой ценой. Большинство концевых выключателей Honeywell представляют собой датчики электромеханического типа, известные своей надежностью (рис. 1).
Как и любые другие переключатели, концевые выключатели делятся также на контактные и бесконтактные. Электромеханиче-
ские выключатели относятся к устройствам контактного типа, которые активируются внешним плунжером, ротором (в концевиках углового типа), а также могут переключаться вручную. Под действием внешнего фактора подвижная часть выключателя перемещается, замыкая электрический контакт, и моменту замыкания соответствует пороговая точка устройства.
Для функционирования электромеханических устройств важна правильная установка и эксплуатация. Категорически воспрещается использовать концевик в качестве элемента физического останова. Механическое повреждение или некорректная работа могут вывести его из строя. Механическая часть активатора должна быть защищена от механических ударов. Высвобождение активатора из рабочего механизма не должно производиться резкими движениями — только плавными и постепенными, тогда риск отрицательного механического воздействия будет сведен к минимуму, и срок службы выключателя увеличится.
В рамках одной статьи практически невозможно рассказать о всех типах и сериях концевых выключателей Honeywell. На данный момент насчитывается не менее 15 различных серий и исполнений концевиков, большинство из которых составляют электромеханические устройства. Перечислим только некоторые из них:
• серия VL — компактные предельные переключатели общецелевого назначения с классом защиты IP64, серия SZL-VL — миниатюрные предельные переключатели;
• SL1 — компактные, чувствительные и защищенные (IP67) предельные переключатели с повышенным сроком службы (10 млн циклов);
• 14 CE/914CE — миниатюрные, прочные, компактные переключатели с проводным подключением, с различными классами защиты (IP66-IP68);
• 24CE/924CE (IP66, IP67) — миниатюрные электромеханические переключатели безопасности с роликовым плунжером и открытыми контактами (применяются, например, для детектирования положения скользящих дверей);
• серия BF — прецизионные выключатели базового типа в пластмассовом корпусе, с опциями более легкого монтажа и подключения;
• BZE/DTE — прецизионные выключатели, в том числе устройства с быстрым переключением и функцией reset — обеспечивают непрерывный контакт после удаления рабочей силы;
• HLDS — предельные переключатели для тяжелых условий эксплуатации;
• 14 CE100 (IP65, IP67) — миниатюрные выключатели во взрывозащищенном исполнении;
• GXE — предельные переключатели во взрывозащищенном исполнении с классами защиты IP66 и IP67;
Рис. 2. Предельные переключатели серии EVN2000
• GSS — серия предельных выключателей безопасности для контроля дверей машинного доступа;
• GK — двойной ключ доступа и выключатель безопасности (для блокировки подвижных частей при открытии дверей и блокировки доступа к работающей машине). Инновационным продуктом из числа предельных переключателей для OEM-систем является серия EVN2000, адресованная OEM-приложениям, требующим легкого подключения (рис. 2). EVN2000, оснащенные интегрированным кабелем и имеющие специальную конструкцию корпуса, обеспечивают возможность монтажа без дополнительных компонентов — внешнего кабеля, крышки, винтов, прокладок, — вдвое снижая типичные затраты времени на монтаж. Поддерживаются исполнения четырех различных типов активаторов.
Вместо концевых электромеханических переключателей на технологической линии, в зависимости от задачи, могут быть использованы любые другие технологии датчиков близости и положения, широкий спектр которых также представлен продукцией Honeywell. В качестве примера назовем несколько датчиков линейного и углового положения:
• линейные потенциометры серий DR, SLF, LFII, LT;
• MLT — миниатюрная альтернатива LVDT на основе проводящей пленки;
• AQLT/AQMLT — линейные потенциометры в водоустойчивом исполнении;
• угловые потенциометры M22 диапазонов 320°/340°;
• оптические энкодеры серии 600;
• ультразвуковые датчики расстояния серий 940-977.
Потенциометры, как примеры датчиков положения контактного типа, могут быть рекомендованы к использованию в некоторых системах, где в большей степени важна экономическая эффективность, нежели прочность и износоустойчивость.
Многие новые САУ и АСУ ориентируются на применение бесконтактных выключателей,
характеризующихся наиболее высокой степенью бесконтактности, предполагающей не только отсутствие прямого физического контакта электрической и механической части, но и статора с подвижной частью. Это повышает надежность по сравнению с электромеханическими переключателями — датчиками контактного типа, с которыми изначально ассоциируется сочетание limit switch.
Впрочем, обычно потребитель продолжает использовать старую систему. В состав многих старых систем входят и концевые выключатели. Если такая часть оборудования, как концевые выключатели или датчики положения, находится в неработоспособном состоянии и АСУ не функционирует, то замена концевых устройств (при выходе из строя) на устройства специального типа вносит существенные ограничения в системную производительность. Другой распространенный вариант — приобретение или использование в новой системе, не адаптированной к конкретным условиям эксплуатации, устройств с избыточными функциями. Сократить стоимость таких устройств потребитель может, например, приобретая недорогие датчики близости, для которых существует как множество подходящих технологий — ультразвуковые, индуктивные, емкостные, так и разнообразные варианты подбора. Важно, что многие типы бесконтактных устройств поддерживают переключаемый логический выход, преобразование которого возможно практически к любым логическим уровням (например, TTL), обеспечивающим возможность использования старой программы, не создавая заново весь программный код АСУ в случае замены датчиков. Это также существенно сокращает сроки и стоимость работ и повышает качество работы линии: как известно, бесконтактные технологии в теории более надежны.
Не так давно Honeywell разработала новый тип ультразвуковых датчиков для OEM-систем: предельный пластмассовый переключатель для OEM-применений серии 941D (рис. 3).
Этот тип датчиков отличается небольшими размерами (толщина 32 мм) и возможностью легкой инсталляции через резьбовой соединитель M12; на корпусе устройства размещена кнопка обучения.
Поддерживается аналоговый выход (напряжение, ток) или переключаемый выход
Рис. 3. Ультразвуковые предельные переключатели серии 941D
p-n-p или n-p-n). Другие преимущества — возможность визуальной индикации четырьмя светодиодами состояния питания, эха и двух точек (или пределов аналогового сигнала). Для версий переключателей разработаны специальные режимы: Hysteresis и Windows. Сканирующее расстояние — до 3500 мм, с уменьшенными «мертвыми» зонами. Предусмотрена синхронизация выходов, если несколько датчиков установлено последовательно в одном месте.
Области применения этого типа датчиков — текстильная, бумажная, металлообрабатывающая промышленность, производство пластмассы, индустрия корпусирования, автомобильная промышленность, принтеры, производство продуктов питания и напитков, обработка воды, сельское хозяйство, электростанции, химическая промышленность и т. д. Кроме перечисленных применений ультразвуковые переключатели и аналоговые датчики широко используются для предотвращения аварий и столкновений транспортных средств, например, мобильного транспорта и тележек на производственных технологических линиях.
Но для некоторых задач, где использование электромеханических концевиков не всегда удобно или целесообразно, а ультразвуковых датчиков — избыточно, и несогласованно по стоимости датчиков с эффектом, достижимым вследствие решения задачи, Honeywell предлагает еще более простые варианты, например на основе оптических датчиков. Так, для применений в аппаратах для продажи, контроля положения небольших задвижек, заслонов, малогабаритных и недорогих устройств автоматики вполне подойдут инфракрасные (ИК) датчики, а именно ИК-датчики отражательного (рефлективного) типа.
Рефлективный датчик включает ИК-диод и фототранзистор, заключенные в один корпус устройства (рис. 4). Принцип работы такого датчика достаточно прост: фототранзистор реагирует на излучение ИК-диода только в том случае, когда какой-либо объект попадает в поле «зрения» датчика, которое в зависимости от модели может составлять в среднем от 1 до 15 мм (для датчиков Honeywell типично 1-13 мм).
отверстие крепления и калибровки
распознавания объект
Рис. 4. Принцип работы рефлективного ИК-датчика
Контролируемый объект может приближаться к датчику с любого направления; фототранзистор отреагирует, как только объект попадет в область распознавания.
Преимущества использования ИК-датчи-ков в этом случае неоспоримы: быстрое время отклика (около 15 мкс), долговечность (ввиду отсутствия движущихся частей), малые размеры и, что немаловажно, цена.
-г'
Рис. 5. ИК-датчик отражательного типа Honeywell
Датчики Honeywell (рис. 5) включают также защитный фильтр от рассеянного света и пыли, а также обеспечивают диапазон рабочих температур -40.. .85 °C.
Вышеописанное применение далеко не единственное для ИК-датчиков. ИК-датчики могут регистрировать скорость, подсчитывать количество объектов, считывать штрихкод и решать многие другие задачи.
Спектр оптоэлектроники Honeywell включает датчики для энкодеров, щелевые датчики, а также дискретные ИК-диоды и фототранзисторы, в том числе компоненты с различными типами выходов, в различных корпусах (рис. 6). Многие модели ИК-диодов и фототранзисторов Honeywell работают и при температурах -55.125 °C.
Будучи крупнейшей корпорацией, специализирующейся в продвижении на промышленный рынок надежных и эффективных в стоимостном выражении сенсорных технологий, Honeywell предлагает сегодня широкий выбор продукции для самых различных областей применения, включая как области промышленной автоматизации, так и медицину, автоэлектронику и бытовую сферу. Представленный материал только частично отражает спектр продукции, востребованной в одной клиентской сфере. Более полная информация содержится на русскоязычном сайте компании w w w.honeywell.r u. ■
Рис. S. Спектр продукции инфракрасной оптоэлектроники Honeywell
