Interruptor de limite: o que é, marcação + regras de ligação

Praticamente todos os sistemas automatizados contêm um dispositivo como o interruptor de fim de curso, responsável por desligá-los quando a parte móvel atinge um ponto específico. Em sistemas de controle de iluminação, os interruptores de fim de curso são usados como sensores. Quando ocorrem circunstâncias programadas, eles geram um sinal.

Contaremos tudo sobre a finalidade funcional e as variedades de dispositivos de fim de curso. No artigo que apresentamos, estão descritos esquemas de montagem testados na prática, listadas as regras de conexão. São apresentadas as características de marcação e dadas dicas de escolha.

O que são interruptores de fim de curso?

Interruptores de fim de curso são dispositivos eletrotécnicos destinados a abrir e fechar o circuito de trabalho. Eles são montados em mecanismos móveis para limitar seu movimento dentro de limites definidos. As funções que esses dispositivos executam são idênticas às de um interruptor padrão.

O interior dos interruptores de fim de curso é encapsulado em um invólucro resistente, geralmente metálico. Todos os seus elementos são otimizados para uma fixação simples e fácil orientação no espaço.

LEDs brilhantes de diferentes cores permitem controlar o fornecimento de energia e o disparo do sensor. Dois pares de contatos, geralmente presentes no interruptor de fim de curso, possibilitam monitorar o estado de sua conexão.

Se, com o par fechado, o sinal não retornar após a transmissão, isso indica um defeito no cabo que leva ao interruptor. Após o disparo do sensor, para a passagem do sinal, é possível utilizar um par de contatos aberto.

Sensores sensíveis são a base em sistemas de proteção contra vazamentos. Ao detectar água, para a qual são projetados, os dispositivos não apenas sinalizam o desenvolvimento de uma situação de emergência em modo sonoro e colorido, mas também bloqueiam o funcionamento dos sistemas pelos quais a água é transportada.

Classificação por princípio de funcionamento

Distinguem-se três grupos principais de interruptores de fim de curso: mecânicos, sem contato, magnéticos. A função principal de todos esses dispositivos é desconectar automaticamente o mecanismo em funcionamento no momento em que sua parte móvel atinge a posição definida. Esses interruptores servem não apenas para abrir o circuito, mas também para fechá-lo.

O funcionamento do circuito em sensores de fim de curso é coordenado de duas maneiras: ação direta sobre os contatos móveis e controle posicional dos mesmos. No primeiro caso, são chamados de contato; no segundo, sem contato. Exemplos de sensores de fim de curso de contato são os sensores responsáveis pelo fechamento das portas de automóveis.

A foto mostra a configuração construtiva de um interruptor de fim de curso do tipo de percurso. Seus principais componentes são: tampa (1), base (2), contatos (3), rolete (4), alavanca (5), faixa de vedação (6), entrada de fio (7)

Sensores desse tipo podem não apenas ligar e desligar mecanismos, mas também determinar a posição do objeto sob controle. Entre eles estão interruptores de bóia, bem como sensores que medem o nível de combustível. O sinal para sua ativação é a mudança na resistência correspondente a um determinado nível de líquido.

A desvantagem dos sensores de contato é a presença de peças mecânicas móveis e uma vida útil relativamente curta devido à proteção ineficaz contra umidade e poeira. A vantagem é a construção, instalação e operação simples. Os interruptores sem contato são significativamente mais protegidos contra influências externas. Sua vida útil também é mais longa.

Interruptores de fim de curso do tipo mecânico

O acionamento de sensores de fim de curso desse tipo pode ser por rolete ou alavanca. Eles são ativados assim que o mecanismo de controle, na forma de uma rodinha, botão ou alavanca, sofre ação mecânica.

Isso resulta na mudança da posição dos contatos — eles podem fechar ou abrir. O processo é acompanhado por um sinal — de controle ou de aviso.

Na maioria das vezes, os interruptores de fim de curso têm dois contatos — aberto e fechado. Existem dispositivos de fim de curso simples, mas são raros. Em todo caso, os contatos estão presentes no corpo de cada um, e o diagrama de funcionamento com seus números é mostrado no painel.

A construção dos interruptores de fim de curso com rolete prevê o desligamento pressionando o mecanismo atuador sobre um botão em forma de pequena haste. Como ela está ligada a contatos dinâmicos, no momento do contato ocorre a abertura do circuito de alimentação.

A diferença dos interruptores de alavanca é que seus contatos móveis estão ligados a uma pequena alavanca por meio de uma haste ou vareta. A ação ocorre quando o mecanismo atuador pressiona essa alavanca.

A foto mostra um microinterruptor de fim de curso mecânico KW4-3Z-3 com placa de pressão. Ele difere do padrão pelo curso do elemento de trabalho. É usado em máquinas CNC, impressoras 3D.

Além dos dispositivos de fim de curso padrão, existem microinterruptores. Eles funcionam segundo o mesmo princípio, mas seu ajuste durante a montagem requer maior precisão devido ao pequeno curso. Para aumentar o curso útil, recorre-se a uma técnica como a inclusão de um elemento intermediário no circuito — uma alavanca com rolete.

Este tipo de interruptor é usado tanto na produção quanto em casa. No projeto do elevador, é utilizado um grande número de dispositivos de fim de curso.

Entre eles, um interruptor em forma de sensor que limita a altura mínima e máxima do curso do elevador, que sinaliza a ruptura do cabo, que envia um sinal de abertura da porta e que realiza muitas outras ações. Nas portas de muitos apartamentos existem microinterruptores que acendem a luz do cômodo quando ela é aberta.

Em automóveis, esses sensores de fim de curso mecânicos são incluídos nos circuitos de alarme e iluminação. Sua característica é a presença de uma única entrada com um potencial positivo conectado a ela. O invólucro é o terminal negativo, pressionado contra um elemento metálico na carroceria do automóvel, livre de tinta.

Este elemento está conectado à massa do automóvel por um cabo. A principal condição é que o interruptor não deve entrar em contato com superfícies molhadas. Os sensores de fim de curso são conectados durante a instalação do alarme do automóvel, utilizando um esquema. Suas saídas podem ser instaladas tanto nas portas quanto no interior do veículo, nos dispositivos de iluminação.

Para que a ativação ocorra ao abrir a porta e a desativação ao fechá-la, realiza-se um curto-circuito para o positivo. Na presença de iluminação do teto do habitáculo e das portas, utiliza-se um bloco de interruptores de fim de curso que realiza várias funções. Como resultado da atuação do bloco, sensores importantes são bloqueados na tentativa de abertura das fechaduras.

Características dos interruptores de fim de curso sem contato

Uma das variedades de chaves de fim de curso é a sua modificação sem contato (BVK). A comunicação dos dispositivos é configurada para atuar quando um determinado objeto entra na zona de sensibilidade.

Estes interruptores de fim de curso são ajustados para um material específico e um tamanho definido. Assim que um objeto com esses parâmetros entra na zona sensível, a amplitude das oscilações do gerador se transforma.

Não há partes móveis no próprio dispositivo, assim como não há contato mecânico entre o objeto de atuação e o elemento do interruptor ajustado para ele.

O BVK consiste nas seguintes partes:

• elemento sensor;
• chave de potência;
• componente analisador de sinal.

A distância na qual o dispositivo começa a atuar é definida com base na modificação do sensor e nos requisitos do processo. A exclusão de elementos móveis e de atrito aumenta significativamente a confiabilidade operacional desses dispositivos.

Sensores sem contato ou, como também são chamados, de proximidade, possuem amplas capacidades funcionais. Existem duas categorias — chaves e sensores de posição.

A primeira tarefa do sensor de proximidade é detectar a posição do objeto. Além disso, o sensor realiza contagem, posicionamento, separação e classificação de objetos. Ele pode controlar velocidade, deslocamento, calcular ângulo de rotação, corrigir desalinhamento e executar muitas outras ações.

Em ambientes domésticos, interruptores de proximidade são usados principalmente no gerenciamento de iluminação. No entanto, no âmbito da configuração de sistemas “Casa Inteligente”, eles têm um campo de aplicação muito mais amplo e muito mais perspectivas.

Dispositivos sensíveis são aplicados na indústria, no setor de transportes, como elemento de automação, na refinação de petróleo. De acordo com o princípio de detecção de objetos que se aproximam, os sensores de proximidade são classificados em indutivos, capacitivos, ópticos e ultrassônicos.

Sensores de proximidade indutivos

Eles são ajustados para materiais metálicos e amorfos. Entre os que reagem ao metal, existem variantes magnéticas e ferromagnéticas. Dentro do sensor há um núcleo, metálico ou magnetizado.

O interruptor pode receber alimentação com uma ampla faixa de tensões — de 10 V em corrente contínua e de 264 V em corrente alternada. A geração do sinal de saída ocorre a 0,2 A no caso de corrente contínua e 0,5 A em corrente alternada.

Se descrevermos a construção desse sensor em mais detalhes, ela consiste em um transdutor que inclui uma bobina de cobre localizada em um copo de ferrite. Sua função é redirecionar o vetor das linhas eletromagnéticas para a parte frontal do interruptor.

O oscilador no circuito pode ter uma resistência negativa fixa ou de qualquer outro tipo. As linhas do campo magnético são orientadas perpendicularmente em relação à direção da corrente que flui através das espiras do núcleo magnetizado.

O campo de força variável é causado pela tensão alternada nos terminais do núcleo. O próximo componente importante é o formador de sinal, que cria histerese e a faixa de atuação do sinal de controle. Ele inclui um detector controlado por um trigger.

O esquema mostra um interruptor de movimento indutivo em ação. Seu principal elemento é uma bobina de indutância acionada por um gerador.

O ponto-chave do funcionamento do interruptor de fim de curso indutivo são as mudanças que ocorrem quando um objeto se aproxima ou se afasta. Assim que o limiar de tensão ultrapassa o valor permitido, o sensor é acionado através da ativação de um trigger que abre a chave.

Interruptores de fim de curso capacitivos de proximidade

Após o aparecimento do objeto, o circuito do vibrador do dispositivo capacitivo é iniciado e os parâmetros de tempo são definidos. À medida que o objeto se aproxima do sensor, a capacitância do sensor aumenta e a frequência gerada pelo multivibrador diminui.

Assim que o limiar de frequência for excedido, o dispositivo será desligado. Muitos modelos de sensores de movimento funcionam com base nesse princípio, desligando e ligando lâmpadas ao detectar um objeto na zona de sensibilidade.

O diagrama estrutural do sensor capacitivo tem semelhança com o dispositivo indutivo: ambos os modelos possuem um gerador e um detector.

O princípio de funcionamento da chave fim de curso capacitiva baseia-se na variação da capacitância do elemento receptor — o capacitor. Nesses sensores, a operação de comutação tem início quando objetos dielétricos e metálicos entram em seu campo.

Além do gerador que produz o campo elétrico, sua construção inclui partes principais como o demodulador. Ele atua como um conversor da amplitude das oscilações de alta frequência com variação simultânea de tensão. O próximo componente importante é o gatilho, responsável por um determinado nível de sinal, comutação e histerese.

Para elevar o sinal de entrada ao valor definido, um amplificador é incluído no circuito da chave fim de curso capacitiva. O controle da configuração e do funcionamento do dispositivo é feito por um indicador LED.

Um elemento como o composto protege a chave contra umidade e entrada de partículas sólidas. O corpo de plástico ou latão protege tudo o que está em seu interior contra danos mecânicos. O conjunto também inclui peças de fixação.

O elemento de comutação neste dispositivo está localizado no capacitor e consiste em uma placa que interage com um vibrador. O papel do elemento de limiar é desempenhado por um comparador conectado ao vibrador. Este, por sua vez, está ligado a um conversor de frequência e tensão.

As chaves fim de curso capacitivas reagem a materiais sólidos, em pó, líquidos, tanto condutores de eletricidade quanto isolantes.

A diferença dos modelos capacitivos para os indutivos é que os primeiros reagem à umidade do ar e à mudança de densidade. Os segundos são insensíveis a tais influências.

Dispositivo de chaves ultrassônicas

A construção das chaves fim de curso ultrassônicas prevê a presença de emissores de som de quartzo que formam ondas de impulso com frequência de 100 a 500 kHz, e um receptor cujas configurações correspondem a uma frequência específica.

Quando a amplitude das ondas sonoras muda como resultado das manobras de um objeto em movimento, o microinterruptor BVK registra os novos valores e, com base nisso, controla os sinais de saída.

O princípio de funcionamento dos sensores ultrassônicos é baseado na variação do tempo que uma onda sonora leva para se deslocar do sensor até o objeto controlado. A distância de detecção desses dispositivos é bastante grande — até 10 m. Uma grande vantagem é que eles podem detectar objetos de qualquer forma e cor que reflitam o som.

O funcionamento deste sensor ultrassônico baseia-se em um princípio simples: assim que um sinal é aplicado a um de seus terminais, o outro recebe um pulso cuja duração é igual à distância até o objeto.

Esses sensores são usados para detectar objetos com superfície plana, que estejam em posição perpendicular em relação à linha central de detecção.

Imprecisões no seu funcionamento podem ser causadas por:

1. Fluxos de ar repentinos de grande potência, que amplificam ou atenuam a onda.
2. Mudança brusca de temperatura. Com grande quantidade de calor irradiado pelo objeto, a velocidade das ondas se altera.
3. Desvio da vertical no ângulo entre o plano horizontal do objeto e o eixo do sensor. Se esse erro exceder 10°, o sensor não atua.
4. Contornos angulares do objeto. Nesse caso, sua detecção é muito difícil.

As vibrações se propagam em meios sólidos, gasosos e líquidos, e a velocidade depende dos parâmetros correspondentes. Os sensores ultrassônicos não possuem partes móveis, portanto não há relação entre o número de ciclos e a vida útil do dispositivo. Eles se caracterizam por uma elevada resistência a influências externas de todos os tipos.

Dispositivos ópticos sem contato

Os interruptores de limite ópticos deste tipo monitoram objetos tanto os que bloqueiam a radiação quanto os que a refletem. Quando um objeto entra no espaço entre o interruptor e a fonte de luz, o sensor interrompe o fluxo de luz. O elemento responsável por essa ação pode ser do tipo relé ou semicondutor. O raio de ação se estende até 150 m.

Esta é uma foto de um sensor de limite do tipo óptico. Ele determina as posições dos pontos extremos de deslocamento de partes móveis em impressoras 3D, máquinas CNC.

Os sensores de proximidade operam em uma ampla faixa de temperatura — de -60 a +150°C. Eles suportam pressão de cerca de 500 atm, podem ser utilizados em ambientes agressivos e até mesmo em condições de alto risco de explosão.

Variedades de interruptores de fim de curso magnéticos

Este tipo de interruptores, também chamados de interruptores de nível ou reed switches, está gradualmente substituindo os modelos mecânicos. Seus contatos mudam de posição quando estão a uma certa distância de um ímã. Nesse momento, um sinal é enviado ao circuito de controle.

Em um interruptor reed, há um ou dois contatos feitos de um material especial — ferromagnético. O interruptor de limite magnético possui dimensões reduzidas. Ele é colocado em um invólucro de plástico ou vidro, e montado no circuito elétrico em sua abertura.

Os contatos em tal interruptor podem ser abertos, fechados, ou de comutação. Nos dispositivos do primeiro tipo, o contato fecha quando acionado. Os contatos normalmente fechados abrem em circunstâncias semelhantes, e os de comutação se comportam conforme a situação.

A escolha do modelo depende das circunstâncias específicas. Os interruptores de lâmina (reed switches) são usados na construção de portões deslizantes. Com eles, é feita a parada da estrutura quando ela atinge a posição extrema ao abrir ou fechar.

Alguns modelos de boia são usados como parte do alarme de segurança na entrada da casa. Quando a porta está fechada, o circuito é fechado devido à ação do campo magnético no interruptor de fim de curso. A abertura da porta provoca o deslocamento do ímã e a abertura do contato, que aciona o alarme.

Ao instalar os ímãs, considere sua polaridade. Se instalados incorretamente, eles não desempenharão as funções designadas.

O fato de não haver contato mecânico nesta construção é uma vantagem que aumenta a longevidade. Eles possuem a estrutura mais simples, baseada na interação de contatos controlados magneticamente com um ímã comum.

Regras e especificidades da conexão

Embora os interruptores de fim de curso em si sejam bastante simples, eles são usados em equipamentos com circuitos elétricos complexos. Portanto, sua conexão deve ser realizada por especialistas e estritamente de acordo com os diagramas esquemáticos, com base nas características do equipamento.

Vamos considerar um exemplo de conexão de um interruptor mecânico simples em uma impressora 3D. Isso é necessário para definir as coordenadas extremas para seu carro. O interruptor de fim de curso conectado possui 3 contatos — COM, NO, NC. No estado aberto do sensor, o primeiro e o último contato estão sob tensão de +5V. O segundo contato (NO) está aterrado.

No diagrama, os contatos COM (1) e NO (2) estão fechados, enquanto COM e NC (3) estão abertos. Quando o carro da impressora atinge a posição extrema, os contatos COM e NC se conectam e ocorre um recuo de 2 mm.

O sensor é conectado com dois fios — vermelho e preto. Quando o dispositivo é acionado, um clique típico deve ser ouvido. O interruptor com indicador é conectado da mesma forma, mas possui um terceiro fio — verde.

O acionamento é sinalizado pelo LED aceso e um clique. Os conectores na placa têm marcas: para o fio vermelho V (+5 V), para o preto G (terra), para o verde S (sinal).

As mesmas letras marcam os conectores no interruptor óptico. Ele controlará o funcionamento do carro com mais precisão, mas pode falhar em ambientes com poeira e luz solar. O acionamento do par óptico é acompanhado pelo acendimento do diodo emissor de luz e ocorre completamente sem ruído.

Os interruptores de fim de curso são amplamente utilizados por marceneiros, instalando-os em armários deslizantes. A conexão é feita de acordo com as instruções fornecidas com cada modelo. O diagrama indica o local de fixação da estrutura plástica com o botão. Para a porta central, deve ser instalada de modo a não interferir no movimento correto da outra porta da seção sobre os trilhos.

Os diagramas mostram o procedimento de conexão dos interruptores de fim de curso para portas deslizantes em armários deslizantes (opção b) e para portas de abrir (opção a)

No caso de instalação de um interruptor de fim de curso para uma porta de abrir, ele é fixado com parafusos autorroscantes dentro do armário. Quando fechada, a porta pressiona o botão, abre o circuito e a iluminação não funciona. Quando aberta, a porta solta o botão e a iluminação é ligada.

Marcação dos interruptores de fim de curso

Cada um desses dispositivos de comutação possui uma marcação correspondente. Decifrando-a, é possível obter todas as informações sobre o modelo específico do interruptor de fim de curso. Se houver a inscrição VU222M, isso significa que se trata de um interruptor de fim de curso da série VU222. O elemento móvel é uma alavanca modernizada.

Neste diagrama estrutural, é demonstrada a designação simbólica de um interruptor de fim de curso destinado a funcionar em circuitos de controle operados por corrente alternada e contínua com tensão máxima de 660V

Vamos decifrar em detalhes, por exemplo, a marcação do interruptor VP 15M4221-54U2. Ele é equipado com um elemento móvel ativo da série 15. Possui um contato normalmente aberto e um contato normalmente fechado, equipado com um êmbolo com rolete.

O nível de proteção é IP54 do lado do acionamento, 'U' indica a classificação climática, e o número 2 indica a categoria de instalação. O produto está em conformidade com TU U 31.2-25019584-005-2004.

Fabricantes líderes no segmento

Muitas empresas produzem esses sensores. Entre elas, há líderes reconhecidos. Entre eles está a empresa alemã Sick, como principal fabricante desse tipo de produto de alta qualidade. A empresa Autonics fornece ao mercado interruptores de fim de curso sem contato dos tipos indutivo e capacitivo.

A empresa russa 'TEKO' produz sensores sem contato de alta qualidade. Eles se destacam pela vedação ultra-alta (IP 68). Esses interruptores de fim de curso funcionam nos ambientes mais perigosos, incluindo explosivos, e estão disponíveis diferentes métodos de montagem.

Os interruptores de fim de curso do fabricante ucraniano 'Promfator' são populares. Aqui são produzidos interruptores e chaves de fim de curso VP, PP, VU. A garantia, desde que todas as regras operacionais sejam seguidas, é de 3 anos.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Vídeo #1. Popular sobre o interruptor de fim de curso:

Vídeo #2. Instalação do interruptor de fim de curso em uma fresadora CNC caseira:

A finalidade dos interruptores de fim de curso pode ser muito variada. São utilizados tanto em sistemas industriais complexos quanto em uso doméstico para aumentar nosso conforto. O principal é que a sua ligação ao circuito elétrico deve ser feita somente após o desligamento completo da tensão.

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