Tipkala, prekidači i granične sklopke

Ručni signalni elementi: tipkalo i sklopka

Svaki elektropneumatski sklop počinje nekim signalnim elementom koji rukuje čovjek. Dvije su osnovne skupine. Tipkalo mijenja stanje kontakta samo dok je pritisnuto; kad ga pustite, opruga ga vraća u mirovanje. Sklopka ili prekidač ostaje u položaju u koji ste ga postavili, bilo da je riječ o zakretnoj sklopki s dva ili tri položaja, sklopki na ključ ili tipkalu sa zapinjanjem (pritisne se jednom za uključeno, drugi put za isključeno). Razlika je bitna za logiku sklopa: tipkalom se daje kratki impuls, a sklopkom trajno stanje.

Tipkalo START na napravi SL-3 zato je tipkalo, a ne sklopka. Da je sklopka, naprava bi nakon nestanka i povratka napona sama krenula s radom — što je nedopušteno ponašanje stroja. Tipkalo daje impuls, a relej u krugu samodržanja (jedinica 4.6) zapamti da je pokrenut. Nakon nestanka napona relej otpadne i naprava čeka novi pritisak. Sklopka se, s druge strane, rabi za odabir načina rada: npr. zakretna sklopka „ručno – automatski" ili „jedan ciklus – trajni rad".

U jedno kućište tipkala može se ugraditi više kontaktnih blokova: jedan radni, jedan mirni, dva radna i slično. Kontaktni blokovi obično se na stražnju stranu tipkala nasađuju ili pričvršćuju, pa se broj i vrsta kontakata lako mijenjaju. Oznake priključaka slijede pravilo iz jedinice 4.1: 13–14 prvi radni, 21–22 drugi mirni kontakt. Na prednjoj strani tipkala boja i natpis nose informaciju: zeleno ili bijelo za pokretanje, crno ili sivo za općenite funkcije, žuto za posebne intervencije, a crveno je rezervirano za zaustavljanje i zaustavljanje u nuždi.

Tipkalo STOP i zaustavljanje u nuždi

Za zaustavljanje se rabi tipkalo s mirnim kontaktom. Razlog je sigurnosni: ako se vodič od tipkala prekine ili se kontaktni blok olabavi, krug se otvori kao da je STOP pritisnut i naprava stane. Kad bi STOP bio radni kontakt, prekinuti vodič ostao bi neprimijećen sve do trenutka kad STOP zatreba. To je primjer općeg načela sigurnog kvara: prekid mora dovesti u sigurno stanje.

Gljivasto tipkalo ima veliku, izbočenu glavu koja se lako udari dlanom. Kao tipkalo za zaustavljanje u nuždi izvodi se crveno na žutoj podlozi i ima mehaničko zapinjanje: nakon pritiska ostaje utisnuto i otpušta se tek zakretanjem ili povlačenjem glave. Mirni kontakti su s aktuatorom vezani prisilno (prisilno otvaranje), što znači da ih mehanizam otvara čak i ako su se kontakti zavarili. Otpuštanje gljive ne smije samo pokrenuti napravu: nakon toga potreban je poseban pritisak na tipkalo za pokretanje.

U shemi strujnih krugova tipkalo za zaustavljanje u nuždi ne crta se kao obično tipkalo STOP u stazi releja. Ono djeluje na sigurnosni relej, koji svojim prisilno vođenim kontaktima odvaja napajanje svitaka ventila, a jedan kontakt vraća kao obavijest upravljanju. Na napravi SL-3 uzmimo da je to jedno gljivasto tipkalo na upravljačkom pultu, a običan STOP (S0) zaustavlja rad na kraju tekućeg ciklusa.

Mehaničke granične sklopke

Granična sklopka je signalni element koji aktivira sam dio stroja: klipnjača, nastavak na njoj ili zaporna ploča (brijeg). U elektropneumatici javlja krajnji položaj cilindra, prisutnost izratka ili položaj zaštitnih vrata. Unutar kućišta najčešće je preklopni kontakt s prekretnim mehanizmom (engl. snap action): kontakt ne klizi polagano s položaja na položaj nego nakon određenog puta aktuatora naglo preskoči. Time se brzina preklapanja ne mijenja s brzinom gibanja brijega, a luk pri otvaranju kraće traje.

Aktuator može biti tiskalo (klip, gura se čeono), poluga s kotačićem (kotačić se kotrlja po brijegu koji prolazi bočno) ili šipka (savitljiva, za djelovanje iz svih smjerova). Za krajnje položaje cilindara najčešća je poluga s kotačićem, jer podnosi bočni prolaz brijega i ne troši se klizanjem.

Jednosmjerna granična sklopka (s preklopivim kotačićem ili zglobnom polugom) aktivira se samo kad brijeg prolazi u jednom smjeru. Pri prolazu u drugom smjeru zglob se preklopi i kontakt ostane u mirovanju. Rabi se kad signal ne smije postojati u krajnjem položaju nego samo kratko pri prolazu, primjerice za skraćivanje signala kojim se u pneumatskoj VDMA metodi izbjegava blokirajući signal. U elektropneumatici se isti problem češće rješava relejima ili programom, pa je jednosmjerna sklopka danas rjeđa, ali je treba prepoznati u postojećim strojevima.

Pri ugradnji granične sklopke vrijede tri pravila. Prvo, brijeg ne smije udarati u polugu čeono ni prelaziti dopušteni hod aktuatora; iza točke preklapanja poluga ima samo ograničen dodatni hod, a iza njega mehanizam puca. Drugo, sklopka se ne smije rabiti kao mehanički graničnik: cilindar se zaustavlja na svom kraju hoda ili na krutom graničniku, a sklopka samo javlja. Treće, sklopka se montira tako da je podesiva po duljini, jer točka preklapanja mora biti nekoliko desetinki milimetra prije krajnjeg položaja, a ne na samom kraju.

Reed-sklopka na cilindru

Mehanička granična sklopka traži brijeg, nosač i prostor oko klipnjače. Na većini suvremenih cilindara krajnji se položaj zato javlja magnetskom sklopkom koja se ugrađuje u utor na plaštu cilindra. Klip takvog cilindra nosi trajni magnet u obliku prstena. Kad klip dođe ispod sklopke, magnetsko polje prolazi kroz nemagnetsku stijenku cilindra (aluminij) i djeluje na sklopku.

Najjednostavnija izvedba je reed-sklopka: u staklenoj cjevčici ispunjenoj zaštitnim plinom nalaze se dva feromagnetska jezička koja se malo preklapaju, ali se ne dodiruju. U magnetskom polju jezičci se magnetiziraju suprotnim polovima, privuku se i zatvore kontakt. Kad magnet ode, elastičnost jezičaka otvara kontakt. Reed-sklopka je dakle mehanički kontakt, ali bez aktuatora i bez trenja, zatvoren u plin, pa podnosi velik broj preklapanja.

Sklopka je zatvorena na cijelom putu na kojem je polje dovoljno jako — to je područje uklapanja, reda veličine desetak milimetara. Sklopka se zato ne postavlja točno na kraj hoda nego se pomakne toliko da se kontakt pouzdano zatvori tek kad klip sjedne u krajnji položaj. Kod brzih cilindara s malim područjem uklapanja signal pri prolazu kroz srednji položaj može trajati samo nekoliko milisekundi, što je za relej premalo, a za PLC ulaz s filtrom možda i nedovoljno.

Reed-sklopka izvodi se obično kao dvožilna: jedan vodič s +24 V, drugi prema ulazu ili svitku. U kućištu je često žaruljica ili svjetleća dioda koja pokazuje stanje i otpornik ili dioda za zaštitu. Zbog te elektronike na sklopki pada napon od oko 2 do 3 V, pa u nizu smiju biti samo dvije ili tri sklopke. Elektronička inačica bez pokretnih dijelova, s magnetootpornim osjetilom, obrađena je u jedinici 4.4.

Odskakivanje kontakata

Kad se mehanički kontakt zatvori, pokretni dio udari u nepomični i od njega nekoliko puta odskoči prije nego što se smiri. Taj se pojav naziva odskakivanje kontakata (engl. contact bounce). Umjesto jednog čistog prijelaza signal tada ima niz kratkih impulsa u trajanju od desetinke milisekunde do nekoliko milisekundi. Prekretni mehanizmi, zlatni kontakti i reed-sklopke odskakuju kraće, ali potpuno ga ne izbjegava nijedan mehanički kontakt.

Za relej ili svitak ventila odskakivanje nije važno: kotva je trom mehanički sustav koji na impulse od milisekunde ne stigne reagirati. Problem nastaje kad signal ide na brzu elektroniku: brojilo, brzi ulaz PLC-a ili mikroupravljač. Tada jedno pritiskanje tipkala može biti izbrojeno kao tri ili četiri. Rješenje je filtriranje: ulazi PLC-a obično imaju ulazni filtar od nekoliko milisekundi, a u programu se signal može prihvatiti tek kad je stabilan zadano vrijeme. Kod brojanja izradaka na napravi SL-3, ako se broji granična sklopka cilindra C, filtar ulaza mora biti dulji od odskakivanja, ali znatno kraći od trajanja signala.

Opterećenje kontakata i vijek sklopke

Kontakt sklopke ili tipkala ima nazivne podatke za napon, struju i vrstu opterećenja. Isti kontakt koji podnosi 10 A pri omskom opterećenju smije pri istosmjernom induktivnom opterećenju sklapati samo dio te struje. Svitak ventila ili releja je induktivitet: kad se krug otvori, energija magnetskog polja traži put i između kontakata se pali električni luk koji tali i odnosi materijal. Pri istosmjernoj struji luk se teže gasi nego pri izmjeničnoj, jer struja ne prolazi kroz nulu. Zato se svitci ventila štite diodom ili varistorom (jedinica 4.3), a kontakt se bira za istosmjerno induktivno opterećenje (u nazivnim podacima kategorija DC-13).

Postoji i suprotan problem: premala struja. Ulaz PLC-a troši samo nekoliko miliampera. Srebrni kontakt, koji je dobar za veće struje, s vremenom se prekrije tankim slojem oksida ili sulfida koji mala struja ne može probiti, pa kontakt „zatvoren" daje nesiguran signal. Za signale na elektroniku biraju se pozlaćeni kontakti ili sklopke izričito namijenjene malim strujama. Pozlaćeni kontakt, međutim, ne smije sklapati veće struje, jer luk brzo uništi tanki sloj zlata.

Vijek sklopke izražava se brojem preklapanja. Proizvođač navodi mehanički vijek (bez opterećenja, npr. deset milijuna preklapanja) i električni vijek pri zadanom opterećenju, koji je mnogo kraći, npr. pola milijuna pri induktivnom opterećenju. Na napravi koja radi u taktu od nekoliko sekundi i dvije smjene te se brojke brzo potroše, kako pokazuje računski prikaz.

Računski prikaz: broj preklapanja i vijek granične sklopke

Broj preklapanja godišnje umnožak je broja ciklusa u minuti, broja aktiviranja u jednom ciklusu, broja radnih sati dnevno i radnih dana godišnje. Očekivani vijek u godinama dobiva se dijeljenjem vijeka sklopke tim brojem.

n_god = z · k · 60 · h · d     T = N_vijek / n_god

Naprava SL-3 radi s 5 ciklusa u minuti. Ako se krajnji položaj cilindra B javlja mehaničkom graničnom sklopkom, ona se aktivira jednom po ciklusu i u satu napravi 300 preklapanja. Uz dvije smjene od 8 sati i 250 radnih dana to je 1 200 000 preklapanja godišnje. Ako sklopka ima mehanički vijek od 10 milijuna preklapanja i daje signal na relej ili PLC (električni vijek tada je blizu mehaničkog), trajat će oko 8,3 godine. Ako bi ista sklopka izravno sklapala svitak ventila, s električnim vijekom od npr. 0,5 milijuna preklapanja, istrošila bi se za 0,42 godine, odnosno oko 104 radna dana. Taj primjer pokazuje zašto se svitak ventila redovito uključuje preko releja ili PLC izlaza, a granična sklopka samo daje signal.

Ključni pojmovi

Provjeri se

Kratka provjera prije prelaska na sljedeću jedinicu. Odgovor se potvrđuje klikom, a obrazloženje se prikazuje odmah.

Vježbe uz jedinicu

Gradivo ove jedinice priprema za sljedeće vježbe:

• V18 Granična sklopka u elektropneumatskom sklopu · 2 sata