Interruptor de final de carrera: qué es, marcado + reglas de conexión
Prácticamente todos los sistemas automatizados contienen un dispositivo como el interruptor de límite, que es responsable de desconectarlos cuando la parte móvil alcanza un punto determinado. En los sistemas de control de iluminación, los interruptores de límite se utilizan como sensores. Cuando se presentan circunstancias programadas, generan una señal.
Le contaremos todo sobre la función y las variedades de los dispositivos de desconexión de límite. En el artículo que presentamos, se describen esquemas de montaje probados en la práctica, se enumeran las reglas de conexión. Se presentan las características del marcado y se brindan consejos para la selección.
Contenido del artículo:
¿Qué son los interruptores de límite?
Los interruptores de límite son dispositivos electrotécnicos diseñados para abrir y cerrar el circuito de trabajo. Se montan en mecanismos móviles para limitar su movimiento dentro de límites establecidos. Las funciones que realizan estos dispositivos son idénticas a las de un interruptor estándar.
El contenido de los interruptores de límite está alojado en una carcasa resistente, generalmente metálica. Todos sus elementos están optimizados para una fácil fijación y una orientación sencilla en el espacio.
LED brillantes de diferentes colores permiten controlar el suministro de energía y la activación del sensor. Dos pares de contactos, que generalmente están presentes en el interruptor de límite, permiten controlar el estado de su conexión.
Si con un par cerrado no se produce el retorno de la señal después de su transmisión, esto indica una falla en el cable que conduce al interruptor. Después de la activación del sensor, se puede usar un par de contactos abiertos para pasar la señal.
Los sensores sensibles son la base de los sistemas de protección contra fugas. Al detectar agua, para cuya identificación están diseñados, los dispositivos no solo señalan la inminente situación de emergencia en modo sonoro y cromático, sino que también bloquean el funcionamiento de los sistemas a través de los cuales se transporta el agua.
Clasificación según el principio de funcionamiento
Se distinguen tres grupos principales de interruptores de límite: mecánicos, sin contacto y magnéticos. La función principal de todos estos dispositivos es desconectar automáticamente el mecanismo en funcionamiento cuando su parte móvil alcanza una posición establecida. Estos interruptores sirven no solo para abrir el circuito, sino también para cerrarlo.
El funcionamiento del circuito en los sensores de límite se coordina de dos maneras: mediante la acción directa sobre los contactos móviles y mediante el control posicional de los mismos. En el primer caso se denominan de contacto, en el segundo, sin contacto. Un ejemplo de finales de carrera de contacto son los sensores que se encargan del cierre de las puertas de automóviles.
Los sensores de este tipo no solo pueden encender y apagar mecanismos, sino también determinar la posición del objeto bajo control. Entre ellos se incluyen los interruptores de flotador, así como los sensores que miden el nivel de combustible. La señal para su activación es un cambio en la resistencia correspondiente a un determinado nivel de líquido.
La desventaja de los sensores de contacto es la presencia de partes móviles mecánicas, una vida útil relativamente corta debido a la protección ineficaz contra la humedad y el polvo. La ventaja es una construcción simple, instalación y operación. Los interruptores sin contacto están protegidos de manera significativamente más confiable contra las influencias externas. Su vida útil también es más larga.
Interruptores de límite de tipo mecánico
El control de los finales de carrera de este tipo puede ser de rodillo o de palanca. Se activan tan pronto como el mecanismo de control en forma de rueda, botón o palanca experimenta una acción mecánica.
En esto ocurre un cambio en la posición de los contactos: pueden cerrarse o abrirse. El proceso va acompañado de una señal, de control o de advertencia.
Con mayor frecuencia, los interruptores de límite tienen dos contactos: normalmente abierto y normalmente cerrado. Existen dispositivos de límite simples, pero son raros. En cualquier caso, los contactos están presentes en el cuerpo de cada uno, y el esquema de funcionamiento con sus números se muestra en el panel.
La construcción de los interruptores de límite de rodillo prevé la desactivación mediante la presión del mecanismo actuador sobre un botón en forma de un pequeño vástago. Como está conectado con contactos dinámicos, en el momento del contacto se produce la apertura del circuito de alimentación.
La diferencia de los interruptores de palanca radica en que sus contactos móviles están conectados mediante una varilla o a través de un vástago a una pequeña palanca. La acción ocurre cuando el mecanismo actuador presiona esa palanquita.
Además de los dispositivos finales estándar, existen microinterruptores. Funcionan según el mismo principio, pero su ajuste durante el montaje requiere mayor precisión debido a la carrera reducida. Para aumentar la carrera de trabajo se recurre a un método como la inclusión en el circuito de un elemento intermedio: una palanca con rodillo.
Se utiliza este tipo de interruptores tanto en la producción como en el hogar. En la construcción del ascensor se ha empleado un gran número de KU.
Entre ellos, un interruptor en forma de sensor que limita la altura mínima y máxima de carrera del ascensor, que señaliza la rotura del cable, que envía una señal de apertura de puerta y que realiza muchas otras funciones. En las puertas de muchos apartamentos hay microinterruptores que encienden la luz de la habitación al abrirla.
En los automóviles, estos sensores finales mecánicos se incluyen en los circuitos de alarma e iluminación. Su característica es la presencia de una sola entrada con un potencial positivo conectado a ella. El cuerpo es el terminal negativo, presionado contra un elemento metálico en la carrocería del automóvil que esté libre de pintura.
Este elemento está conectado a la masa del automóvil mediante un cable. La condición principal es que el interruptor no debe entrar en contacto con una superficie mojada. Los sensores finales se conectan durante la instalación de la alarma del automóvil, utilizando un esquema. Sus salidas se pueden instalar tanto en las puertas como en el interior, en los dispositivos de iluminación.
Para que la activación ocurra al abrir la puerta y la desactivación al cerrarla, se realiza un cierre al positivo. Si hay iluminación del techo del habitáculo y de las puertas, se utiliza un bloque de finales de carrera que realiza diversas funciones. Como resultado de la activación del bloque, los sensores importantes se bloquean al intentar abrir las cerraduras.
Características de los interruptores de límite sin contacto
Una de las variedades de los interruptores finales es su modificación sin contacto (BVC). La comunicación de los dispositivos está configurada para activarse cuando un objeto determinado entra en la zona de sensibilidad.
No hay partes móviles en el propio dispositivo, como tampoco hay contacto mecánico entre el objeto de actuación y el elemento del interruptor ajustado a él.
El BVC consta de las siguientes partes:
- elemento sensor;
- interruptor de potencia;
- componente de análisis de señal.
La distancia a la que el dispositivo comienza a actuar se establece según la modificación del sensor y los requisitos del proceso. La exclusión de elementos tanto móviles como de fricción aumenta significativamente la confiabilidad de funcionamiento de estos dispositivos.
Los sensores sin contacto, o como también se les llama, de proximidad, poseen amplias capacidades funcionales. Existen dos categorías: interruptores y sensores de posición.
La primera tarea del BVC es detectar la posición del objeto. Además, el sensor realiza conteo, posicionamiento, separación y clasificación de objetos. Puede controlar la velocidad, el movimiento, calcular el ángulo de giro, corregir desviaciones y realizar muchas otras acciones.
En condiciones domésticas, los interruptores sin contacto se utilizan principalmente en la organización del control de iluminación. Sin embargo, en el ámbito de la configuración de sistemas de “Hogar inteligente”, tienen un campo de aplicación mucho más amplio y muchas más perspectivas.
Los dispositivos sensibles se aplican en la industria, en el sector del transporte, como elemento de automatización, en la refinación de petróleo. Según el principio de detección de objetos que se aproximan, se distinguen BVC inductivos, capacitivos, ópticos y ultrasónicos.
Sensores inductivos sin contacto
Están configurados para materiales tanto metálicos como amorfos. Entre los que reaccionan al metal, hay variantes magnéticas y ferromagnéticas. Dentro del sensor hay un núcleo, ya sea metálico o magnetizado.
Si se describe la construcción de dicho sensor con más detalle, consiste en un convertidor que incluye una bobina de cobre ubicada en una cubeta de ferrita. Su función es redirigir el vector de las líneas electromagnéticas hacia la parte frontal del interruptor.
El oscilador en el circuito puede ser tanto con una resistencia fija negativa como de cualquier otro tipo. Las líneas del campo magnético están orientadas perpendicularmente con respecto a la dirección de la corriente que fluye a través de las espiras del núcleo magnetizado.
El campo de fuerza variable se debe a la tensión variable en las entradas del núcleo. El siguiente componente importante es el formador de señal, que crea histéresis y el rango de acción de la señal de control. Incluye un detector controlado por un disparador.
El punto clave del funcionamiento del interruptor de final de carrera inductivo son los cambios que ocurren al acercarse o alejarse un objeto. Tan pronto como el umbral de tensión supera el valor permitido, el sensor se activa mediante la conexión de un disparador que abre el interruptor.
Interruptores de final de carrera capacitivos sin contacto
Después de la aparición del objeto, el circuito del vibrador del dispositivo capacitivo se inicia y se establecen los parámetros de tiempo. A medida que el objeto se acerca al sensor, la capacitancia de este último aumenta, y la frecuencia producida por el multivibrador disminuye.
En cuanto se supere el umbral de frecuencias, el dispositivo se apagará. Muchos modelos de sensores de movimiento funcionan según este principio, apagando y encendiendo las bombillas al detectar un objeto en la zona de sensibilidad.
El diagrama estructural del sensor capacitivo es similar al del dispositivo inductivo: ambos modelos cuentan con un generador y un detector.
Además del generador que produce el campo eléctrico, su construcción incluye partes básicas como el demodulador. Este actúa como convertidor de la amplitud de las oscilaciones de alta frecuencia con un cambio simultáneo de voltaje. El siguiente componente importante es el disparador, responsable de un nivel específico de señal, conmutación y dependencia de histéresis.
Para elevar la señal de entrada al valor establecido, se incluye un amplificador en el circuito del interruptor capacitivo. El indicador LED se encarga de supervisar la configuración y el funcionamiento del dispositivo.
Un elemento como el compuesto protege al interruptor de la humedad y la entrada de partículas sólidas. La carcasa de plástico o latón protege todo lo que contiene de daños mecánicos. El conjunto también incluye piezas de fijación.
El elemento de conmutación en este dispositivo se encuentra en el condensador y consiste en una placa que interactúa con un vibrador. El comparador, conectado al vibrador, realiza la función de elemento umbral. Este último, a su vez, está conectado al convertidor de frecuencia y voltaje.
La diferencia entre los modelos capacitivos y los inductivos radica en que los primeros reaccionan a la humedad del aire y al cambio de densidad. Los segundos son insensibles a dichos efectos.
Dispositivo de los interruptores ultrasónicos
La construcción de los interruptores de límite ultrasónicos prevé la presencia de emisores de sonido de cuarzo, que forman ondas de impulso de 100 a 500 kHz, y un receptor cuyos ajustes corresponden a una frecuencia determinada.
Al cambiar la amplitud de las ondas sonoras como resultado de las maniobras de un objeto en movimiento, el microinterruptor BVK registra los nuevos valores y, basándose en esto, controla las señales de salida.
El principio de funcionamiento de los sensores ultrasónicos se basa en el cambio del tiempo que tarda una onda sonora en viajar desde el sensor hasta el objeto controlado. La distancia de detección de estos dispositivos es bastante grande: hasta 10 m. Su gran ventaja es que pueden detectar objetos de cualquier forma y color que reflejen el sonido.
Estos sensores se utilizan para detectar objetos con una superficie plana que ocupa una posición perpendicular con respecto a la línea media de detección.
Las imprecisiones en su funcionamiento pueden ser causadas por:
- Corrientes de aire repentinas de gran potencia que amplifican o atenúan la onda.
- Cambio brusco de la temperatura. Cuando el objeto emite una gran cantidad de calor, la velocidad de las ondas propagadas cambia.
- Desviación de la vertical del ángulo entre el plano horizontal del objeto y el eje del sensor. Si este error supera los 10⁰, el sensor no se activa.
- Contornos angulares del objeto. En este caso, su detección es muy difícil.
Las vibraciones se propagan en medios sólidos, gaseosos y líquidos, y la velocidad depende de los parámetros correspondientes. Los sensores ultrasónicos no tienen partes móviles, por lo que no existe relación entre el número de ciclos y la vida útil del dispositivo. Se caracterizan por una mayor resistencia a todo tipo de influencias externas.
Dispositivos ópticos sin contacto
Los interruptores de límite de este tipo controlan objetos tanto que bloquean la radiación como que la reflejan. Cuando un objeto entra en el espacio entre el interruptor y la fuente de luz, el sensor interrumpe el flujo de luz. El elemento responsable de esta acción puede ser de tipo relé o semiconductor. El radio de detección se extiende hasta 150 m.
Los sensores de proximidad funcionan en un amplio rango de temperatura: de -60 a +150 °C. Soportan una presión de aproximadamente 500 atm, pueden operar en entornos agresivos e incluso en condiciones de alta explosividad.
Variedades magnéticas de interruptores de límite
Este tipo de interruptores, también llamados de flotador o de lengüeta (reed switches), están reemplazando gradualmente a los modelos mecánicos. Sus contactos cambian de posición cuando se encuentran a cierta distancia del imán. En ese momento, se envía una señal al circuito de control.
En un interruptor de lengüeta (reed switch) hay uno o dos contactos fabricados de un material especial: ferromagnético. El interruptor de límite magnético se caracteriza por su pequeño tamaño. Se coloca en una carcasa de plástico o vidrio y se monta en el circuito eléctrico en su punto de interrupción.
Los contactos en dicho interruptor pueden ser abiertos, cerrados o conmutados. En los dispositivos del primer tipo, el contacto se cierra al activarse. Los contactos normalmente cerrados se abren en circunstancias similares, mientras que los conmutados actúan según la situación.
La elección del modelo depende de las circunstancias específicas. Los interruptores de láminas se utilizan en la construcción de puertas correderas. Con ellos se realiza la detención de la estructura al alcanzar su posición extrema al abrirse o cerrarse.
Algunos modelos de flotador se utilizan como parte de la alarma de seguridad en la entrada de la casa. Cuando la puerta está cerrada, el circuito está cerrado debido a la acción del campo magnético sobre el interruptor de límite. La apertura de la puerta provoca el desplazamiento del imán y la apertura del contacto, lo que activa la alarma.
El hecho de que en esta construcción no haya contacto mecánico es una ventaja que aumenta su longevidad. Se caracterizan por la estructura más simple, basada en la interacción de contactos controlados magnéticamente con un imán común.
Reglas y especificaciones de conexión
Aunque los interruptores de límite en sí mismos son bastante simples, se utilizan en equipos con circuitos eléctricos complejos. Por lo tanto, su conexión debe ser realizada por especialistas y estrictamente según los diagramas esquemáticos, basándose en las características del equipo.
Consideremos un ejemplo de conexión de un interruptor mecánico simple en una impresora 3D. Esto es necesario para establecer las coordenadas extremas para su carro. El interruptor de límite a conectar tiene 3 contactos: COM, NO, NC. Cuando el sensor está abierto, el primer y el último contacto están bajo tensión de +5V. El segundo contacto (NO) está conectado a tierra.
El sensor se conecta mediante dos cables: rojo y negro. Cuando el dispositivo se activa, debe escucharse un clic típico. El interruptor indicador se conecta según el mismo esquema, pero tiene un tercer cable: verde.
Su activación se indica mediante un LED encendido y un clic. Los conectores en la placa tienen marcas: para el cable rojo V (+5 V), para el negro G (tierra), para el verde S (señal).
Con las mismas letras se designan los conectores en el interruptor óptico. Este controlará el funcionamiento del carro con mayor precisión, pero puede fallar en condiciones de polvo y luz solar. La activación del par óptico va acompañada del encendido de un diodo emisor de luz y se produce completamente en silencio.
Los finales de carrera son ampliamente utilizados por los fabricantes de muebles, instalándolos en armarios correderos. La conexión se realiza según las instrucciones incluidas con cada modelo. En el diagrama se indica el lugar de fijación de la estructura plástica con la tecla. Para la puerta central, debe instalarse de modo que no interfiera con el movimiento correcto de la otra puerta del sector a lo largo de los rieles.
En el caso de instalar un final de carrera para puerta batiente, se fija mediante tornillos autorroscantes dentro del armario. En estado cerrado, la puerta presiona el botón, abre el circuito y la iluminación no funciona. En estado abierto, la puerta suelta el botón y la iluminación se enciende.
Marcado de los interruptores de límite
Cada uno de estos dispositivos de conmutación tiene un marcado correspondiente. Al descifrarlo, se puede obtener toda la información sobre el modelo específico del final de carrera. Si tiene la inscripción VU222M, significa que se trata de un interruptor de límite de la serie VU222. El elemento móvil es una palanca modernizada.
Descifremos en detalle, por ejemplo, el marcado del interruptor VP 15M4221-54U2. Está equipado con un elemento móvil activo de la serie 15. Tiene un contacto normalmente abierto y un contacto normalmente cerrado, equipado con un émbolo con rodillo.
El nivel de protección es IP54 en el lado del accionamiento, 'U' indica la versión climática, y el número 2 la categoría de emplazamiento. El producto cumple con TU U 31.2-25019584-005-2004.
Fabricantes líderes en el segmento
Muchas empresas fabrican este tipo de sensores. Entre ellas hay líderes reconocidos. Entre ellos, la empresa alemana Sick, como principal fabricante de productos similares de alta calidad. La empresa Autonics suministra al mercado interruptores de límite sin contacto de tipo inductivo y capacitivo.
La empresa rusa 'TEKO' produce sensores sin contacto de alta calidad. Se caracterizan por una hermeticidad ultraalta (IP 68). Estos finales de carrera funcionan en los entornos más peligrosos, incluidos los explosivos, y están disponibles diferentes métodos de montaje.
Los finales de carrera del fabricante ucraniano 'Promfactor' son populares. Aquí se producen interruptores y conmutadores de límite VP, PP, VU. La garantía, siempre que se cumplan todas las normas de funcionamiento, es de 3 años.
Conclusiones y video útil sobre el tema
Video #1. Popular sobre el final de carrera:
Video #2. Instalación de un final de carrera en una máquina CNC casera:
El propósito de los interruptores de límite puede ser muy variado. Se utilizan tanto en sistemas industriales complejos como en el hogar para mejorar nuestro confort. Lo principal es que su conexión al circuito eléctrico debe realizarse solo después de desconectar completamente la tensión.
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