Vergleich von berührenden und berührungslosen Fahrschaltern

In der industriellen Automatisierung sind Schaltkreise weit verbreitet Fahr-(Positions-)Schalter und Schalter mehrere Designs zur Steuerung der Position verschiedener Produktionsmechanismen und basierend auf der Transformation der Bewegung dieser Mechanismen in einem elektrischen Signal.

Mit Positionsschaltern können auch andere Funktionen als die Positionskontrolle von Produktionsmechanismen ausgeführt werden, beispielsweise die Kontrolle von Drehwinkel, Niveau, Gewichtsdruck usw.

Richtungsschalter sind Geräte mit diskreter Wirkung, die nach dem Erhöhungsprinzip arbeiten, das heißt, sie reagieren nur auf eine Positionsänderung des gesteuerten Mechanismus. Das Ausgangssignal der Wegschalter ist eine mehrdeutige Funktion der Bewegung des Mechanismus aus einer bestimmten Ausgangsposition.

Arten von Straßenweichen

Abhängig von den Prinzipien der Positionsumschaltung wird die Umschaltmethode unterteilt in:

• mechanische Kontaktierung mit Schaltkontakten und berührungsempfindlichen Elementen;

• statischer Kontakt (magnetomechanisch), dessen empfindliches Element berührungslos ist und dessen Schaltelement ein Kontakt ist;

• statische kontaktlose, empfindliche und schaltende Elemente, aus denen kontaktlose Elemente hergestellt werden.

Aufgrund der Kontaktbeschaffenheit des Knotens „Schalt-Stopp“, d .

Je nach Ausführung können Schalter kombiniert oder getrennt eingesetzt werden. Im ersten Fall sind die empfindlichen und schaltenden Elemente in einem Gehäuse untergebracht und strukturell als Ganzes ausgeführt. Im zweiten Fall kann sich das empfindliche Element in einer Entfernung von mehreren zehn und hundert Metern vom Schalter befinden.

Die Verzerrung des Magnetfeldes des Wegschalters wird durch Änderung der Parameter erreicht Magnetkreis empfindliches Element. Variable Parameter können auch die aktive Oberfläche und die Größe des Luftspalts sein magnetische Permeabilität Magnetkreis.

Derzeit wird der Anwendungsbereich mechanischer Kontaktpositionsschalter in der industriellen Automatisierung immer kleiner und es stellt sich die Frage nach der Nutzlosigkeit derartiger Positionsschalter für den Aufbau automatischer Steuerungssysteme.

Letzteres wird durch Folgendes verursacht:

1. Die Komplexität der Konstruktion der Schalter-Stopp-Baugruppe aufgrund der strengen Anforderungen an die Grenzen zulässiger Schwankungen einer Reihe von Parametern führt zu erheblichen Schwierigkeiten bei der Herstellung und Einstellung.

2. Die relativ hohe Kritikalität der Genauigkeitseigenschaften dieses Geräts gegenüber dem Einfluss destabilisierender Faktoren (Verschleiß der Kontaktflächen, Lockerheit der Befestigungselemente, Fehlausrichtung beweglicher Elemente usw.).

Eine Reihe konstruktiver Lösungen von Mechanismen sind auf Basis mechanischer Kontaktschalter überhaupt nicht umsetzbar. Dazu gehören Mechanismen, die hohe zulässige Geschwindigkeiten und Frequenzen von Bewegungsschaltern erfordern.

Wenn die erforderliche Betätigungsgeschwindigkeit der Straßenweiche durch zusätzliche kinematische Verbindungen des Mechanismus reduziert werden kann, was unter anderem die Qualitätsmerkmale des Steuerungssystems (insbesondere Genauigkeitsparameter) verschlechtert, dann ist die zulässige Betätigungsfrequenz ( Auflösung) darf nicht durch strukturelle Komplikationen erhöht werden.

Siehe auch: Einbau von Endschaltern und Schaltern

Was ist in diesem Fall der Grund für die weit verbreitete Verwendung des mechanischen Kontaktprinzips der Positionsschaltung? Die Antwort auf diese Frage sollte in zweierlei Hinsicht gesucht werden: in den bestehenden Konstruktionsprinzipien automatischer Steuerungssysteme und in den Vorteilen der Kontaktpfadschalterschaltung.

Vorteile von Kontaktpfadschaltern

Mechanische Kontaktschalter, meist mit Mehrkreisausgang ausgeführt, zeichnen sich durch folgende Vorteile aus:

• hohes Schaltverhältnis;

• hohe spezifische Steuerleistung (das Verhältnis der enthaltenen Leistung zu den Gesamtabmessungen);

• Universalität, also die Fähigkeit, sowohl Gleich- als auch Wechselstromkreise zu schalten;

• großer Bereich der enthaltenen Spannungen;

• vernachlässigbarer interner Energieverbrauch (geringer Wert des Übergangswiderstands der Kontakte im geschlossenen Zustand);

• geringe Abhängigkeit der Genauigkeit und Stabilität des Betriebs von Änderungen der geregelten Leistung.

Nachteile von Kontaktpfadschaltern

Das Prinzip des mechanischen Kontakts dieser Geräte ermöglicht es oft nicht, den gestiegenen Anforderungen an Zuverlässigkeit, Langlebigkeit und Genauigkeit von Automatisierungssystemen gerecht zu werden. Darüber hinaus reagieren mechanische Kontaktschalter sehr empfindlich auf die Auswirkungen verschiedener klimatischer Faktoren (insbesondere bei niedrigen Temperaturen).

Mechanische Kontaktschalter zeichnen sich durch begrenzte zulässige Werte der maximalen und minimalen Bewegungsgeschwindigkeit des Schaltanschlags aus, die im Bereich von 0,3 bis 30 m/min liegen, und eine Erhöhung der Geschwindigkeit des Schaltanschlags über das zulässige Maß hinaus führt zu einem starken Rückgang in der mechanischen Haltbarkeit des Schalters.

Bei solchen Schaltern sind die zulässigen Abweichungen der Wirkungsrichtung der Schaltkraft relativ zur Hebelachse sehr gering und deren Überschreitung führt insbesondere bei Schaltern mit vorderer Zugstange zu mechanischen Schäden.

Um Relaisausgangseigenschaften (Steuereigenschaften) zu erhalten, sind bei der Konstruktion solcher Schalter Auslösefedervorrichtungen vorgesehen. Der erforderliche Grad an Relaisausgangseigenschaften wird auf Kosten einer erheblichen Reduzierung der Schalterhaltbarkeit aufgrund der großen dynamischen Belastungen erreicht, die im Auslöser zum Zeitpunkt der Betätigung auftreten.

Bei mechanischen Tastschaltern erreicht die Breite der Hystereseschleife (Hubdifferenz) der Ausgangskennlinie einen erheblichen Wert, der für eine Reihe technologischer Prozesse aufgrund einer unproduktiven Verlängerung der Bearbeitungszyklusdauer völlig inakzeptabel ist.

Die Verringerung des Federwegunterschieds dieser Umwerfer hängt entweder mit einer Erhöhung der Komplexität ihres Designs oder einer Vergrößerung ihrer Größe zusammen. Darüber hinaus sind teilweise erhebliche mechanische Kräfte erforderlich, um mechanische Kontaktschalter zu betätigen.

Vor- und Nachteile von Näherungsschaltern

Die oben aufgeführten Umstände führen dazu, dass Geräte entwickelt werden müssen, die die genannten Nachteile nicht aufweisen und gleichzeitig in der Lage sind, ähnliche Funktionen auszuführen. Solche Geräte sind NäherungsschalterZu den Vorteilen gehören:

• erhebliche Haltbarkeit bei hoher Zuverlässigkeit und hoher zulässiger Betriebsfrequenz;

• kein mechanischer Kraftaufwand bei der Betätigung erforderlich, geringe Empfindlichkeit gegenüber Vibrationen, Beschleunigung etc.;

• unbedeutende Empfindlichkeit der Parameter gegenüber Änderungen in einem relativ breiten Spektrum äußerer Bedingungen;

• Verbesserung der Bedingungen der Betriebsdienste.

Aufgrund der geringen Rückkopplung des Näherungsschalters wird eine erhebliche Vereinfachung der Stoppschalterkonstruktion bei gleichzeitiger Beibehaltung einer hohen zeitlichen Stabilität der Genauigkeitseigenschaften erreicht. Darüber hinaus gewährleistet das Fehlen elektrischer und mechanischer Kontakte die Brand- und Explosionssicherheit dieser Geräte, was den Einsatzbereich deutlich erweitert.

Einer der wesentlichen Nachteile berührungsloser Endschalter ist die Komplexität der Implementierung vieler Konstruktionsänderungen, die bei mechanischen Kontakt-Endschaltern leicht zu implementieren sind.

Näherungsschaltergerät

Das Funktionsprinzip statischer berührungsloser Wegschalter vom parametrischen Typ basiert auf der Nutzung der Verzerrung des magnetischen oder elektrischen Feldes, das vom empfindlichen Element erzeugt wird, wenn in seinem Bereich ein Antriebselement erscheint, was zu einem unausgeglichenen Zustand führt Im Stromkreis des Schalters tritt ein Fehler auf und das Ausgabegerät wird ausgelöst.

Statische Näherungsschalter werden am häufigsten mit einem einzigen Ausgangskreis hergestellt, und bei einigen Schaltern geht die Betätigung mit dem Erscheinen eines Signals am Ausgang einher (direkter Schalteffekt), bei anderen mit dem Verschwinden (umgekehrter Schalteffekt), was gleichbedeutend ist auf die Schließ- bzw. Öffnungskontakte der mechanischen Kontaktbahnen.

Wenn im Schaltkreis des Relais-Näherungsschalters ein Verstärkungselement vorhanden ist, kann der Ausgangsparameter des Sensorelements in kontinuierlicher funktioneller Abhängigkeit von der gesteuerten Bewegung stehen.

Derzeit werden zahlreiche konstruktive Modifikationen berührungsloser Wegschalter verwendet, die sich in der Empfindlichkeitsstufe (der Größe des Arbeitsspalts), der Position des Schlitzes oder der Ebene des empfindlichen Elements relativ zur Montageebene und der Richtung unterscheiden die Zuleitungsdrähte, die Stufenzahl des Sensorelements (bei Ausführung mit Schlitzen), die Tiefe des Schlitzes, die Länge der Anschlussdrähte, die Höhe der Versorgungsspannung, die Art des Schutzes gegen Umwelteinflüsse usw.

Die Einsatzmöglichkeiten berührungsloser Bewegungsschalter werden durch die Parameter ihrer elektrischen und mechanischen Eigenschaften bestimmt.

Zu den elektrischen Parametern gehören:

• die Art des Ausgangssignals und die Anzahl der Ausgangskreise;
• Verbrauch und Ausgangsleistung;
• Form des Ausgangssignals; Schaltkoeffizient für Widerstand und Spannung (für Transformatorschalter);
• Timing-Eigenschaften (Trigger- und Release-Zeiten) und Zündfrequenz (Auflösung);
• die Höhe und Form der Versorgungsspannung sowie die zulässigen Grenzen ihrer Abweichungen.

Zu den mechanischen Leistungsparametern gehören:

• Empfindlichkeit (Größe des Arbeitsspalts),
• Abmessungen und Anschlussmaße;
• Genauigkeitsmerkmale (Haupt- und Zusatzfehler) und Hubdifferenz;
• Installationsmerkmale (Arten von Schaltbremsen und wie sie installiert werden, Grad der Rückmeldung, Montage und Installation des Schalters);
• das Lärmschutzniveau.

Weitere Informationen zum Näherungsschaltergerät und den Schaltern finden Sie hier: Berührungslose Sensoren für die Position von Mechanismen

Ivenski Yu. N.Berührungslose Fahrschalter in der industriellen Automatisierung