Wyłączniki krańcowe

Ograniczenie zakresu ruchu przesuwnych lub obrotowych elementów maszyn jest zagadnieniem niezwykle istotnym z punktu widzenia zarówno poprawności funkcjonalnej, jak i bezpieczeństwa sprzętu oraz operatora. Choć współczesna automatyka przemysłowa dysponuje pokaźnym arsenałem różnorodnych metod i elementów zabezpieczających, to jedno pozostaje niezmienne od lat – do najbardziej trwałych i niezawodnych należą klasyczne wyłączniki krańcowe . Przyjrzyjmy się zatem rodzajom, konstrukcji oraz zastosowaniom tych komponentów, potocznie określanych jako „ krańcówki ”.

Wyłącznik krańcowy – co to jest i do czego służy?

Jak sama nazwa wskazuje, zadaniem wyłącznika krańcowego jest odłączenie zasilania napędu po osiągnięciu przez współpracujący z nim element ruchomy położenia końcowego. Położenie to wcale nie musi oczywiście oznaczać np. maksymalnego możliwego wysunięcia wózka, poruszającego się po prowadnicy liniowej – i szczerze mówiąc, rzadko zdarza się, by czujniki krańcowe wyłączały obwód dokładnie w miejscu, w którym ów wózek napotyka na przeszkodę mechaniczną. Najczęściej bowiem konstruktorzy pozostawiają pewien margines bezpieczeństwa, chociażby z uwagi na nieuchronne opóźnienie pomiędzy wyłączeniem napędu , a zatrzymaniem poruszającego się elementu, a także bezwładność tegoż podzespołu. Zadaniem wyłącznika krańcowego jest zatem bezpieczne zatrzymanie silnika lub siłownika, zanim doprowadzi on do uszkodzenia maszyny.

Aby lepiej zrozumieć istotę działania wyłączników krańcowych , wyobraźmy sobie sytuację, w której ramię robota jest pozycjonowane za pomocą mocnego silnika elektrycznego. Jeżeli przegub będzie obracał się do swojego końcowego położenia i nie zostanie w porę zatrzymany, to poruszający się segment manipulatora uderzy w najbliższy element na swojej drodze – w przypadku silnika o dużym momencie obrotowym doprowadzi to niechybnie albo do zdeformowania lub pęknięcia konstrukcji mechanicznej, albo do… uszkodzenia (spalenia uzwojeń) silnika . Rzecz jasna, istnieją też inne metody na zapobieżenie tego typu sytuacjom (np. poprzez monitorowanie prądu zasilania silnika), ale w niektórych warunkach mogą one nie zapewnić wystarczającego poziomu niezawodności. Prosty czujnik krańcowy , zamontowany w odpowiednim miejscu mechanizmu, okazuje się być rozwiązaniem oczywistym, a jednocześnie niezwykle skutecznym.

Czym różnią się od siebie poszczególne krańcówki elektryczne ?

Na rynku istnieje wiele typów przełączników krańcowych , a często elementy wykonane w podobnej formie mogą znacząco różnić się pomiędzy sobą pod względem parametrów elektrycznych oraz mechanicznych. Najczęściej stosowane, przemysłowe wyłączniki krańcowe są wyposażone specjalny popychacz, mający postać długiej iglicy bądź dość krótkiego trzpienia – wciśnięcie takiego elementu w kierunku wnętrza obudowy (korpusu) przełącznika powoduje zwarcie lub rozwarcie styków – w zależności od ich położenia spoczynkowego (NC lub NO). Niektóre krańcówki mają – zamiast poruszającego się liniowo popychacza – specjalną dźwignię, zakończoną swobodnie obracającą się rolką. Takie rozwiązanie pozwala na współpracę wyłącznika krańcowego z elementem poruszającym się w innej osi, niż równoległa do kierunku działania wyłącznika. Mniejsze przełączniki krańcowe – nierzadko przeznaczone do montażu na płytce drukowanej – mają natomiast podłużną dźwignię, której naciśnięcie powoduje przełączenie obwodów elektrycznych. Z uwagi na niewielkie wymiary, elementy te są szeroko stosowane w drukarkach 3D czy też niewielkich maszynach CNC.

Warto dodać, że w użyciu są także inne rodzaje wyłączników krańcowych, których działanie opiera się np. na zasadzie optycznej ( transoptor szczelinowy) bądź pneumatycznej – te ostatnie są jednak stosowane tylko w układach napędzanych sprężonym powietrzem, często bez udziału elektroniki.

Jak podłączyć przełącznik krańcowy ?

Jak wspomnieliśmy wcześniej, zadaniem wyłącznika krańcowego jest najczęściej zatrzymanie napędu elektrycznego poprzez odcięcie jego zasilania. W większości przypadków bezpośrednie rozwarcie obwodu silnika nie byłoby jednak najlepszym rozwiązaniem i to z dwóch przyczyn. Po pierwsze – większość krańcówek ma stosunkowo niewielką obciążalność styków, dlatego nie nadaje się do pracy w obwodach napędów elektrycznych . Po drugie, odcięcie zasilania uniemożliwiłoby dalszą pracę mechanizmu – układ uległby samoczynnemu zablokowaniu. Z tego też względu wyłączniki krańcowe w znakomitej większości przypadków współpracują z elektronicznym kontrolerem (np. sterownikiem PLC), który monitoruje stany styków przełączników krańcowych i dopiero na tej podstawie steruje zasilaniem silnika.

Podłączenie konkretnego przełącznika zależy od rodzaju styków. Jeżeli producent zastosował parę styków normalnie otwartych (NO), to wciśnięcie popychacza spowoduje ich zwarcie. W przypadku styków normalnie zamkniętych (NC) sytuacja będzie odwrotna – naciśnięcie spowoduje rozwarcie obwodu. W znakomitej większości przypadków krańcówki są natomiast wykonane w wersji przełącznej – oprócz wspomnianych powyżej końcówek NO i NC dostępne jest jeszcze trzecie wyprowadzenie (zwykle oznaczane jako COM), które w stanie spoczynkowym jest zwarte ze stykiem NC, zaś po naciśnięciu – z końcówką NO.