Interruttore di finecorsa: cos'è, marcatura + regole di collegamento

Praticamente tutti i sistemi automatizzati contengono un dispositivo come un interruttore di finecorsa, responsabile dello spegnimento quando la parte mobile raggiunge un determinato punto. Nei sistemi di controllo dell'illuminazione, i finecorsa vengono utilizzati come sensori. Al verificarsi di circostanze programmate, generano un segnale.

Racconteremo tutto sullo scopo funzionale e le varietà dei dispositivi di finecorsa. Nell'articolo che presentiamo sono descritti schemi di montaggio collaudati, sono elencate le regole di collegamento. Sono illustrate le peculiarità della marcatura, sono forniti consigli per la scelta.

Cosa sono gli interruttori di finecorsa?

I finecorsa sono dispositivi elettrotecnici progettati per aprire e chiudere il circuito di lavoro. Vengono montati su meccanismi in movimento per limitarne lo spostamento entro confini prestabiliti. Le funzioni che svolgono questi dispositivi sono identiche a quelle di un interruttore standard.

Il contenuto interno dei finecorsa è racchiuso in un alloggiamento robusto, il più delle volte metallico. Tutti i suoi elementi sono ottimizzati per un facile fissaggio e un semplice orientamento nello spazio.

LED luminosi di diversi colori consentono di controllare l'alimentazione e l'attivazione del sensore. Due coppie di contatti, spesso presenti nel finecorsa, permettono di monitorare lo stato del suo collegamento.

Se con la coppia chiusa, dopo la trasmissione del segnale non segue il suo ritorno, ciò indica un guasto del cavo che porta all'interruttore. Dopo l'attivazione del sensore, per il passaggio del segnale è possibile utilizzare una coppia di contatti aperti.

I sensori sensibili sono la base dei sistemi di protezione dalle perdite. Quando rilevano l'acqua, per individuare la quale sono progettati, i dispositivi non solo segnalano l'imminente situazione di emergenza con modalità sonora e luminosa, ma bloccano anche il funzionamento dei sistemi attraverso i quali viene trasportata l'acqua.

Classificazione per principio di funzionamento

Si distinguono tre gruppi principali di finecorsa: meccanici, senza contatto, magnetici. La funzione principale di tutti questi dispositivi è scollegare automaticamente il meccanismo in funzione nel momento in cui la sua parte mobile raggiunge una posizione prestabilita. Questi interruttori servono non solo per aprire il circuito, ma anche per chiuderlo.

Il funzionamento della catena nei sensori di fine corsa è coordinato in due modi: mediante azione diretta sui contatti mobili e mediante controllo posizionale degli stessi. Nel primo caso vengono chiamati sensori a contatto, nel secondo senza contatto. Un esempio di finecorsa a contatto sono i sensori responsabili della chiusura delle portiere delle automobili.

La foto mostra l'esecuzione costruttiva di un interruttore di fine corsa di tipo meccanico. I suoi componenti principali sono: coperchio (1), base (2), contatti (3), rullino (4), leva (5), striscia di tenuta (6), ingresso cavo (7).

I sensori di questo tipo possono non solo accendere e spegnere i meccanismi, ma anche determinare la posizione dell'oggetto controllato. Tra questi rientrano gli interruttori a galleggiante, nonché i sensori che rilevano il livello del carburante. Il segnale per il loro attivazione è la variazione di resistenza corrispondente a un determinato livello del liquido.

Lo svantaggio dei sensori a contatto è la presenza di parti meccaniche mobili, una durata di vita relativamente breve a causa della protezione inefficace contro umidità e polvere. Il vantaggio è la costruzione semplice, l'installazione e il funzionamento. Gli interruttori senza contatto sono protetti in modo significativamente più affidabile dalle influenze esterne. Anche la loro durata è più lunga.

Finecorsa di tipo meccanico

Il comando dei finecorsa di questo tipo può essere a rullino o a leva. Essi scattano non appena il meccanismo di comando, sotto forma di rotella, pulsante o leva, subisce un'azione meccanica.

In questo caso avviene un cambiamento della posizione dei contatti: possono chiudersi o aprirsi. Il processo è accompagnato da un segnale: di controllo o di avviso.

Molto spesso gli interruttori di fine corsa hanno due contatti: normalmente aperto e normalmente chiuso. Esistono dispositivi di fine corsa a contatto singolo, ma si trovano raramente. In ogni caso, i contatti sono presenti nell'involucro di ciascuno e lo schema di funzionamento con i loro numeri è raffigurato sul pannello.

La costruzione dei finecorsa a rullino prevede lo spegnimento mediante la pressione del meccanismo attuatore su un pulsante a forma di piccolo stelo. Poiché esso è collegato a contatti dinamici, al momento del contatto si verifica l'apertura del circuito di alimentazione.

La differenza degli interruttori a leva è che i loro contatti mobili sono collegati a una piccola leva tramite un tirante o attraverso uno stelo. L'azione avviene quando il meccanismo attuatore preme su questa levetta.

Nella foto si vede un microinterruttore di fine corsa meccanico KW4-3Z-3 con piastra di pressione. Si differenzia da quello standard per la corsa dell'elemento di lavoro. Viene utilizzato in macchine CNC, stampanti 3D.

Oltre ai dispositivi finali standard, esistono i microinterruttori. Funzionano secondo lo stesso principio, ma la loro regolazione durante il montaggio richiede maggiore precisione a causa della corsa ridotta. Per aumentare la corsa di lavoro si ricorre a un accorgimento: l'inclusione nel circuito di un elemento intermedio: una leva con rullo.

Questo tipo di interruttori viene utilizzato sia in fabbrica che a casa. Nel progetto dell'ascensore viene utilizzato un gran numero di interruttori di finecorsa.

Tra questi, un interruttore sotto forma di sensore che limita l'altezza minima e massima della corsa dell'ascensore, che segnala la rottura del cavo, che invia un segnale di apertura della porta e che svolge molte altre funzioni. Sulle porte di molti appartamenti sono presenti microinterruttori che accendono la luce nella stanza quando vengono aperti.

Nelle automobili, tali sensori finali meccanici vengono inclusi nei circuiti di allarme e illuminazione. La loro caratteristica è la presenza di un singolo ingresso con un potenziale positivo collegato. Il corpo è un terminale negativo, premuto contro un elemento metallico sulla carrozzeria dell'auto, privo di vernice.

Questo elemento è collegato alla massa dell'auto tramite un cavo. La condizione principale è che l'interruttore non entri in contatto con superfici bagnate. I sensori finali vengono collegati durante l'installazione dell'allarme per auto, utilizzando uno schema. Le loro uscite possono essere installate sia sulle porte che nell'abitacolo sugli apparecchi di illuminazione.

Per garantire l'accensione all'apertura della porta e lo spegnimento alla sua chiusura, si effettua un collegamento a positivo. In presenza di illuminazione del soffitto dell'abitacolo e delle porte, viene utilizzato un blocco di finecorsa che svolge varie funzioni. Come risultato dell'attivazione del blocco, sensori importanti vengono bloccati quando si tenta di aprire le serrature.

Caratteristiche dei finecorsa senza contatto

Una delle varietà di interruttori di finecorsa è la loro modifica senza contatto (BVK). La comunicazione dei dispositivi è impostata per attivarsi quando un determinato oggetto entra nella zona di sensibilità.

Questi finecorsa vengono regolati per un materiale specifico e una dimensione determinata. Non appena un oggetto con tali parametri entra nella zona sensibile, l'ampiezza delle oscillazioni del generatore si trasforma.

Non ci sono parti mobili nel dispositivo stesso, così come non c'è contatto meccanico tra l'oggetto di azione e l'elemento dell'interruttore sintonizzato su di esso.

Il BVK è composto dalle seguenti parti:

• elemento sensibile;
• interruttore di potenza;
• componente di analisi del segnale.

La distanza alla quale il dispositivo inizia ad agire viene impostata in base alla modifica del sensore e ai requisiti del processo. L'esclusione di elementi sia in movimento che di attrito aumenta significativamente l'affidabilità del funzionamento di questi dispositivi.

I sensori senza contatto, o come vengono anche chiamati, di prossimità, hanno ampie capacità funzionali. Esistono due categorie: interruttori e sensori di posizione.

La prima funzione del sensore di prossimità è rilevare la posizione dell'oggetto. Inoltre, il sensore esegue il conteggio, il posizionamento, la separazione e l'ordinamento degli oggetti. Può controllare la velocità, il movimento, calcolare l'angolo di rotazione, correggere l'inclinazione ed eseguire molte altre azioni.

In ambienti domestici, gli interruttori senza contatto sono ancora utilizzati principalmente per l'organizzazione del controllo dell'illuminazione. Tuttavia, nel campo della realizzazione di sistemi “Casa Intelligente”, essi hanno un campo di applicazione molto più ampio e molte più prospettive.

Vengono utilizzati dispositivi sensibili nell'industria, nel settore dei trasporti, come componente di automazione, nella raffinazione del petrolio. In base al principio di rilevamento degli oggetti in avvicinamento, si distinguono sensori di prossimità induttivi, capacitivi, ottici, a ultrasuoni.

Sensori di prossimità induttivi

Sono progettati per rilevare materiali sia metallici che amorfi. Tra quelli che reagiscono al metallo, ci sono varianti magnetiche e ferromagnetiche. All'interno del sensore si trova un nucleo, metallico o magnetizzato.

L'interruttore può ricevere alimentazione con un'ampia gamma di valori di tensione: da 10 V in corrente continua e da 264 V in corrente alternata. La generazione del segnale di uscita avviene a 0,2 A in corrente continua e a 0,5 A in corrente alternata.

Descrivendo più in dettaglio la struttura di questo sensore, essa consiste in un trasduttore che comprende una bobina di rame situata in una tazza di ferrite. La sua funzione è quella di reindirizzare il vettore delle linee elettromagnetiche verso la parte frontale dell'interruttore.

L'oscillatore nel circuito può essere sia a resistenza negativa fissa che di qualsiasi altro tipo. Le linee del campo magnetico sono orientate perpendicolarmente rispetto alla direzione della corrente che scorre attraverso le spire del nucleo magnetizzato.

Un campo di forza variabile è causato da una tensione alternata sui terminali del nucleo. Il successivo componente importante è il modellatore di segnale, che crea isteresi e un intervallo di azione del segnale di controllo. Esso include un rilevatore controllato da un trigger.

Nel diagramma è mostrato un interruttore di movimento induttivo in azione. Il suo elemento principale è una bobina di induttanza azionata da un generatore.

Il punto chiave del funzionamento dell'interruttore di fine corsa induttivo sono i cambiamenti che avvengono quando un oggetto si avvicina o si allontana. Non appena la soglia di tensione supera il valore consentito, il sensore si attiva mediante l'attivazione del trigger che apre il contatto.

Interruttori di fine corsa senza contatto capacitivi

Dopo la comparsa dell'oggetto, il circuito del vibratore del dispositivo capacitivo si attiva e vengono impostati i parametri temporali. Con l'avvicinamento dell'oggetto al sensore, la capacità di quest'ultimo aumenta e la frequenza generata dal multivibratore diminuisce.

Non appena la soglia di frequenza viene superata, l'apparecchio si spegne. Secondo questo principio funzionano molti modelli di sensori di movimento, che spengono e accendono le lampadine quando rilevano un oggetto nell'area di sensibilità.

Lo schema strutturale del sensore capacitivo è simile a quello di un dispositivo induttivo: in entrambi i modelli sono presenti un generatore e un rivelatore.

Il principio di funzionamento dell'interruttore di fine corsa di tipo capacitivo si basa sulla variazione di capacità dell'elemento ricevente, il condensatore. In questi sensori, l'operazione di commutazione inizia quando oggetti dielettrici e metallici entrano nel loro campo.

Oltre al generatore che produce il campo elettrico, la loro struttura include parti principali come il demodulatore. Esso funge da convertitore dell'ampiezza delle oscillazioni ad alta frequenza con una simultanea variazione di tensione. Il successivo componente importante è il trigger, responsabile di un determinato livello del segnale, della commutazione e della dipendenza dall'isteresi.

Per aumentare il segnale di ingresso fino al valore stabilito, nel circuito dell'interruttore capacitivo viene incluso un amplificatore. Un indicatore LED controlla la regolazione e il funzionamento del dispositivo.

Dall'umidità e dall'ingresso di particelle solide, l'interruttore è protetto da un elemento come il compound. Un involucro in plastica o ottone protegge tutto ciò che si trova al suo interno dai danni meccanici. Il kit include anche elementi di fissaggio.

L'elemento di commutazione in questo dispositivo si trova sul condensatore ed è una lamella che interagisce con un vibratore. Il ruolo di elemento di soglia è svolto da un comparatore collegato al vibratore. Quest'ultimo, a sua volta, è collegato a un convertitore di frequenza e tensione.

Gli interruttori di fine corsa capacitivi reagiscono a materiali solidi, polverosi, liquidi, sia conduttori di corrente elettrica che non conduttori.

La differenza tra i modelli capacitivi e quelli induttivi è che i primi reagiscono all'umidità dell'aria e ai cambiamenti di densità. I secondi non sono sensibili a tali influenze.

Dispositivo degli interruttori ultrasonici

La costruzione degli interruttori di fine corsa ultrasonici prevede la presenza di emettitori acustici al quarzo che generano onde impulsive di lunghezza 100 – 500 kHz, e di un ricevitore le cui impostazioni corrispondono a una determinata frequenza.

Quando l'ampiezza delle onde sonore cambia a seguito dei movimenti di un oggetto in movimento, il microinterruttore BVK rileva i nuovi valori e, sulla base di questi, controlla i segnali di uscita.

Il principio di funzionamento dei sensori a ultrasuoni si basa sulla variazione del tempo impiegato dall'onda sonora per viaggiare dal sensore all'oggetto controllato. La distanza di rilevamento di questi dispositivi è piuttosto ampia, fino a 10 m. Un loro grande vantaggio è che possono rilevare oggetti di qualsiasi forma e colore che riflettono il suono.

Il funzionamento di questo sensore a ultrasuoni si basa su un semplice principio: non appena un segnale arriva su un suo terminale, l'altro riceve un impulso la cui durata è uguale alla distanza dall'oggetto.

Tali sensori vengono utilizzati per rilevare oggetti con superficie piana, posizionata perpendicolarmente rispetto alla linea mediana di rilevamento.

Possibili cause di imprecisioni nel loro funzionamento:

1. Correnti d'aria improvvise di grande potenza, che amplificano o attenuano l'onda.
2. Variazione brusca della temperatura. Con una grande quantità di calore emesso dall'oggetto, la velocità delle onde propagate viene modificata.
3. Deviazione dall'angolo verticale tra il piano orizzontale dell'oggetto e l'asse del sensore. Se questo errore supera i 10⁰, il sensore non si attiva.
4. Contorni angolosi dell'oggetto. In questo caso, il suo rilevamento è molto difficoltoso.

Le vibrazioni si propagano in mezzi solidi, gassosi e liquidi, e la loro velocità dipende dai parametri corrispondenti. I sensori a ultrasuoni non hanno parti mobili, pertanto non esiste dipendenza tra il numero di cicli e la durata del dispositivo. Si distinguono per un'elevata resistenza a qualsiasi tipo di influenza esterna.

Dispositivi ottici senza contatto

I finecorsa ottici di questo tipo controllano oggetti sia che interrompono il fascio luminoso sia che lo riflettono. Quando l'oggetto entra nello spazio tra l'interruttore e la sorgente luminosa, il sensore interrompe il flusso luminoso. L'elemento responsabile di questa azione può essere a relè o a semiconduttore. Il raggio di rilevamento si estende fino a 150 m.

Questa è la foto di un sensore di finecorsa di tipo ottico. Determina le posizioni dei punti estremi di movimento delle parti mobili in stampanti 3D, macchine CNC.

I sensori di prossimità operano in un'ampia gamma di temperature, da -60 a +150 °C. Supportano una pressione di circa 500 atm, possono essere utilizzati in ambienti aggressivi e persino in condizioni di elevato rischio di esplosione.

Varietà magnetiche di finecorsa

Questo tipo di interruttori, altrimenti detti a galleggiante o reed, sta gradualmente sostituendo i modelli meccanici. I loro contatti cambiano stato quando si trovano a una certa distanza dal magnete. In tal caso, viene inviato un segnale al circuito di controllo.

In un interruttore reed sono presenti uno o due contatti, realizzati in un materiale speciale, il ferromagnetico. Il finecorsa magnetico si distingue per le dimensioni ridotte. Viene alloggiato in un involucro di plastica o vetro e montato nel circuito elettrico, interrompendolo.

I contatti in un tale interruttore possono essere aperti, chiusi, commutati. Negli apparecchi del primo tipo, il contatto si chiude quando viene attivato. I contatti normalmente chiusi si aprono in circostanze analoghe, mentre quelli commutati si comportano a seconda della situazione.

La scelta del modello dipende dalle circostanze specifiche. I reed vengono utilizzati nella costruzione di cancelli scorrevoli. Con il loro aiuto si arresta la struttura quando raggiunge la posizione estrema in apertura o chiusura.

Alcuni modelli a galleggiante vengono utilizzati come parte del sistema di allarme all'ingresso della casa. Quando la porta è chiusa, il circuito è chiuso a causa dell'azione del campo magnetico sul finecorsa. L'apertura della porta provoca lo spostamento del magnete e l'apertura del contatto, attivando l'allarme.

Durante l'installazione dei magneti, si deve tenere conto della loro polarità. Se installati in modo errato, non svolgeranno le funzioni loro assegnate.

Il fatto che non vi sia un contatto meccanico in questa struttura è un vantaggio che ne aumenta la longevità. Si distinguono per la struttura più semplice, basata sull'interazione di contatti magnetoreattivi con un normale magnete.

Regole e specifiche di collegamento

Sebbene gli interruttori di finecorsa in sé siano piuttosto semplici, vengono utilizzati in apparecchiature con circuiti elettrici complessi. Di conseguenza, il loro collegamento deve essere effettuato da specialisti e rigorosamente secondo gli schemi elettrici, basandosi sulle caratteristiche dell'apparecchiatura.

Consideriamo un esempio di collegamento di un semplice interruttore meccanico in una stampante 3D. Questo serve per impostare le coordinate estreme per il suo carrello. Il finecorsa collegato dispone di 3 contatti: COM, NO, NC. Quando il sensore è nello stato aperto, il primo e l'ultimo contatto sono sotto tensione a +5V. Il secondo contatto (NO) è a massa.

Nello schema, i contatti COM (1) e NO (2) sono in stato chiuso, mentre COM e NC (3) sono aperti. Quando il carrello della stampante raggiunge la posizione estrema, i contatti COM e NC si collegano e si verifica un rimbalzo di 2 mm.

Il sensore viene collegato con due fili: rosso e nero. Quando il dispositivo si attiva, si dovrebbe sentire un tipico clic. L'interruttore con indicatore viene collegato allo stesso schema, ma ha anche un terzo filo: verde.

La sua attivazione è segnalata dall'accensione del LED e da un clic. I suoi connettori sulla scheda hanno le seguenti marcature: per il filo rosso V (+5 V), per il nero G (massa), per il verde S (segnale).

Con le stesse lettere sono contrassegnati anche i connettori dell'interruttore ottico. Esso controllerà il funzionamento del carrello in modo più preciso, ma potrebbe guastarsi in presenza di polvere e luce solare. L'attivazione della coppia ottica è accompagnata dall'accensione del diodo emettitore di luce e avviene in modo completamente silenzioso.

Gli interruttori di finecorsa sono ampiamente utilizzati dai produttori di mobili, installandoli negli armadi scorrevoli. Il collegamento viene eseguito secondo le istruzioni fornite con ogni modello. Lo schema indica il punto di fissaggio della struttura in plastica con il pulsante. Per la porta centrale, deve essere installata in modo da non ostacolare il corretto movimento dell'altra porta del settore lungo le guide.

Nei diagrammi è illustrata la procedura di collegamento dei finecorsa per porte scorrevoli negli armadi (opzione b) e per porte a battente (opzione a)

Nel caso di installazione di un interruttore di finecorsa per una porta a battente, viene fissato con viti autofilettanti all'interno dell'armadio. In posizione chiusa, la porta preme il pulsante, aprendo il circuito e l'illuminazione non funziona. In posizione aperta, la porta rilascia il pulsante e l'illuminazione si accende.

Marcatura dei finecorsa

Ciascuno di questi dispositivi di commutazione ha una propria marcatura. Decifrandola, si possono ottenere tutte le informazioni sul modello specifico dell'interruttore di finecorsa. Se su di esso è riportata la scritta VU222M, significa che si tratta di un interruttore di finecorsa della serie VU222. L'elemento mobile è una leva modernizzata.

In questo schema strutturale è mostrata la rappresentazione simbolica di un interruttore di finecorsa destinato a funzionare in circuiti di controllo alimentati da corrente alternata e continua con una tensione massima di 660V.

Decifriamo in dettaglio, a titolo di esempio, la marcatura dell'interruttore VP 15M4221-54U2. È dotato di un elemento mobile attivo della serie 15. Ha un contatto di chiusura e uno di apertura, dotato di uno spintore con rullo.

Il grado di protezione è IP54 dal lato dell'attuatore, 'U' indica l'esecuzione climatica, e il numero 2 indica la categoria di installazione. Il prodotto soddisfa le specifiche tecniche TU U 31.2-25019584-005-2004.

Produttori leader nel settore

Molte aziende producono tali sensori. Tra queste ci sono leader riconosciuti. Tra questi, l'azienda tedesca Sick, come principale produttore di prodotti simili di alta qualità. L'azienda Autonics fornisce sul mercato interruttori di finecorsa senza contatto di tipo induttivo e capacitivo.

Sensori senza contatto di alta qualità sono prodotti dall'azienda russa 'TEKO'. Si distinguono per un'ermeticità ultraelevata (IP 68). Questi finecorsa funzionano negli ambienti più pericolosi, inclusi quelli esplosivi; sono disponibili diversi metodi di montaggio.

Gli interruttori di finecorsa del produttore ucraino 'Promfactor' sono popolari. Qui vengono prodotti interruttori e commutatori di finecorsa VP, PP, VU. La garanzia, a condizione del rispetto di tutte le regole operative, è di 3 anni.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Video #1. Spiegazione semplice dell'interruttore di finecorsa:

Video #2. Installazione di un finecorsa su una macchina CNC fai-da-te:

Lo scopo degli interruttori di finecorsa può essere molto vario. Vengono utilizzati sia in complessi sistemi industriali, sia in ambito domestico per aumentare il nostro comfort. L'importante è che il loro collegamento allo schema elettrico venga effettuato solo dopo aver completamente tolto la tensione.

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