Pulsanti e interruttori meccanici rispondono a requisiti di progettazione critici

Gli interruttori touchscreen e a membrana sono utili per pannelli di controllo visivi e a profilo ribassato. Tuttavia, nel caso di alcune applicazioni i progettisti devono prestare maggiore attenzione a sicurezza, facilità di accesso, commutazione di tensioni o correnti elevate, robustezza o a specifiche configurazioni all'accensione. Per queste situazioni, interruttori e pulsanti meccanici sono spesso ideali, ma occorre scegliere attentamente.

Esistono numerosi tipi di interruttori meccanici che variano per forma, stile, dimensioni, funzionalità, capacità di potenza e comportamento meccanico. Questo articolo aiuterà i progettisti a fare ordine e a capire i parametri di selezione e come applicare al meglio alcuni dei dispositivi più recenti.

Quale interruttore o pulsante scegliere?

Per decidere quale sia l'interruttore appropriato, occorre innanzitutto determinare i requisiti richiesti dal sistema. Per trovare un interruttore meccanico per un'applicazione, bisogna prima individuare il suo fattore di forma adatto per le esigenze ergonomiche e fisiche, quindi scegliere l'interruttore con le specifiche elettriche e ambientali appropriate per quel fattore di forma.

Arresto di emergenza

Un classico esempio nel campo della sicurezza è il pulsante di arresto di emergenza. Molti sistemi industriali devono assolutamente avere un grande pulsante rosso o arancione con la scritta "Arresto di emergenza" a caratteri grandi e facili da leggere. Questo pulsante deve trovarsi in una posizione ovvia e facilmente raggiungibile, deve essere facile da premere e deve trasmettere un feedback tattile ben evidente che segnali che la funzione di commutazione è stata completata. In alcuni ambienti industriali, il mancato rispetto di questi criteri può essere pericoloso.

Una soluzione eccellente per questa applicazione è il pulsante di arresto di emergenza Lumotast 16 di RAFI USA. Questo pulsante NA (normalmente aperto) ha la familiare forma a fungo (Figura 1). Quando un operatore preme con forza la mano su questo pulsante, i due contatti in argento si collegano, si bloccano e restano in contatto anche quando l'operatore toglie la mano. Per ripristinare il pulsante nella posizione di apertura, la testa del fungo può essere ruotata in entrambe le direzioni.

Figura 1: Il pulsante di arresto di emergenza Lumotast 16 di RAFI USA è semplice da installare e si inserisce facilmente in un foro di montaggio standard di 16,2 mm. (Immagine per gentile concessione di RAFI)

Lumotast 16 può gestire fino a 6 A e 250 W ed è progettato per un funzionamento ad alta affidabilità. Il design interno dell'interruttore ha tre contatti ridondanti in parallelo, quindi se un gruppo di contatti non riesce a connettersi gli altri due assicurano un evento di arresto affidabile. Per la conferma visiva dell'avvenuta chiusura, l'interruttore è cablato per illuminarsi in rosso acceso quando viene attivato. Il lato anteriore è classificato IP67, che lo rende adatto per la maggior parte degli ambienti industriali difficili.

Con un diametro del pulsante di 30 mm, Lumotast 16 è abbastanza grande da essere utilizzato nei pannelli di controllo industriali, ma è anche abbastanza piccolo da essere inserito in scatole di controllo portatili.

Per installare Lumotast 16, assicurarsi innanzitutto che vi sia uno spazio di montaggio profondo 18 mm sotto il punto in cui verrà posizionato. Praticare un foro di montaggio di 16,2 mm. Posizionare il collarino giallo con la scritta nera "Arresto di emergenza" sopra il foro di montaggio. Quindi inserire l'interruttore Lumotast 16 nel foro e fissarlo con il dado in dotazione. I fili vengono collegati ai due terminali a forcella maschi di connessione rapida standard posti sul lato inferiore.

Resistenza ad atti vandalici

Un'altra importante applicazione per i pulsanti meccanici è la protezione da atti vandalici. Gli interruttori antivandalismo devono resistere ai tentativi deliberati di violarne la costruzione, come colpi ripetuti con un martello o tentativi di estrarre l'interruttore.

Per le applicazioni antivandalismo, E-Switch produce l'interruttore a pulsante illuminato SPDT PVA3H2B0SS3R1. Si tratta di un interruttore da 2 A e 36 V c.c. con grado di protezione IP65. Ha un anello luminoso RGB e il suo profilo ribassato lo rende più resistente agli atti vandalici (Figura 2).

Figura 2: Interruttore PVA3 di E-Switch con mascherina luminosa rossa. È montato quasi a filo del pannello, il che lo rende più resistente agli atti vandalici rispetto agli interruttori con profili più alti. (Immagine per gentile concessione di E-Switch)

Questo interruttore viene montato quasi a filo con qualsiasi pannello con un foro di 16 mm. Assicurarsi che la posizione di installazione lasci spazio sufficiente per la connessione con i contatti sottostanti. È un interruttore SPDT con quattro contatti e tre contatti LED aggiuntivi per l'illuminazione RGB con una terra comune. Complessivamente sono otto le connessioni da predisporre sotto il pannello. Pianificare il layout del pannello in modo da poter effettuare facilmente tutte le connessioni senza comprimere o piegare i fili di collegamento.

Il pannello di montaggio può avere uno spessore tra 1 e 8 mm. Tuttavia, i pannelli più spessi offrono una protezione più robusta contro atti vandalici.

Selezionare la configurazione PVA3 appropriata per l'applicazione: a contatto momentaneo o a contatto ritenuto. Attivare l'interruttore premendo l'attuatore nel suo corpo. Un attuatore piatto a filo con la spalla dell'interruttore indica che il pulsante non è attivo; se è leggermente incassato, indica che il pulsante è attivo.

Per fornire un riscontro visivo della condizione dell'interruttore, utilizzare i segnali del microcontroller o del controller logico programmabile (PLC) per fare accendere i LED rosso, verde e blu nell'anello indicatore. Per generare colori personalizzati, collegare i LED alle uscite modulate a larghezza di impulso da un microcontroller o PLC.

Per una maggiore resistenza agli atti vandalici, l'interruttore è disponibile in una versione in nichel o acciaio inossidabile per il corpo dell'interruttore e dell'attuatore.

Lettura della configurazione all'avvio

A volte gli interruttori non sono richiesti per essere controllati dall'utente, quanto per lo sviluppo o la configurazione a monte. EEPROM o flash possono fornire memoria non volatile che può essere letta all'avvio, ma a volte è necessaria una conferma visiva della configurazione prima che al sistema venga applicata l'alimentazione. Per queste situazioni, per anni gli sviluppatori hanno fatto affidamento sul diffuso interruttore DIP a 8 posizioni, come A6FR-8101 di Omron Electronics (Figura 3).

Figura 3: Gli interruttori DIP serie A6FR di Omron con attuatori corti, detti anche interruttori Piano, sono montati a foro passante su uno zoccolo o su una scheda a circuiti stampati. (Immagine per gentile concessione di Omron)

Questi interruttori DIP vengono utilizzati quando occorre impostare la configurazione di sistema o i parametri di avvio prima che al sistema venga applicata l'alimentazione. Anche se gli interruttori DIP possono essere riposizionati usando le dita, la punta di una penna consente un controllo più semplice. Questi interruttori sono disponibili con attuatori corti o lunghi e possono essere montati su uno zoccolo DIP a 16 pin o saldati direttamente su una scheda a circuiti stampati. A differenza dei precedenti progetti di interruttori DIP, A6FR utilizza doppi contatti a scorrimento per garantire connessioni make/break ad alta affidabilità. Questi interruttori DIP sono classificati per 25 mA a 24 V c.c., e sono pertanto adatti per circuiti digitali.

Controllo di tensione e corrente elevate

A volte è necessario effettuare un semplice controllo hardware della tensione e della corrente. Perché un interruttore a membrana morbida possa controllare potenze elevate, serve un circuito di interfaccia che potrebbe complicare inutilmente l'operazione, specie se il controllo non dipende da altri sistemi. Per queste situazioni, un interruttore a bilanciere può assicurare un controllo sicuro di tensioni e correnti con alta affidabilità.

Ad esempio, E-Switch produce il robusto interruttore a bilanciere luminoso RA811C1121 (Figura 4). Può gestire 16 A a 125 V c.a.

Figura 4: La serie RA8 di interruttori a bilanciere di E-Switch ha un separatore in plastica per proteggere i due terminali da un cortocircuito accidentale. La serie offre un'ampia gamma di opzioni, compresi colori, terminali diritti o ad angolo retto e varie configurazioni di interruttori. (Immagine per gentile concessione di E-Switch)

La serie RA8 di E-Switch è montata in un foro rettangolare di 19x13 mm. Anche se gli interruttori a bilanciere possono essere facili da usare, la parte più difficile della prototipazione può essere la creazione di un foro rettangolare in cui inserirli. Una tecnica comune è quella di utilizzare una punta da trapano leggermente più piccola della larghezza del foro rettangolare, in questo caso 13 mm. Per prima cosa disegnare il foro rettangolare con una matita, quindi praticare due fori adiacenti nel pannello, facendo attenzione a non uscire dai segni della matita. Poi, utilizzare una lima da metallo per creare il foro rettangolare rimuovendo eventuali spigoli vivi.

RA8 può essere usato in ambienti industriali avversi. Il suo intervallo di temperatura di funzionamento è compreso tra -20 e +85 °C e con il cappuccio in PVC è classificato IP54. La resistenza di contatto di 30 mΩ riduce al minimo il calore a tensioni elevate.

Quando si ha a che fare con interruttori di alta tensione, assicurarsi di tenere separata ogni connessione per evitare cortocircuiti accidentali. RA8 facilita la cosa fornendo un separatore in plastica che tiene fisicamente separati i terminali.

Anche se è fortemente sconsigliato cablare terminali sotto tensione, a volte in un ambiente di produzione non lo si può evitare. RA8 può ridurre le possibilità di incidenti durante il cablaggio sotto tensione, ma è comunque bene prendere tutte le precauzioni di sicurezza e indossare guanti isolati.

Conclusione

Gli interruttori meccanici sono idonei per determinate situazioni, incluso il controllo di tensioni elevate, sicurezza, protezione, facilità di accesso o una combinazione di questi fattori. Esistono numerose opzioni per gli interruttori meccanici e la scelta giusta può dare tranquillità sia al progettista che al cliente finale.