לחצנים ומפסקים מכניים מתמודדים עם דרישות תכנון קריטיות

מאת ‎Bill Giovino

באדיבות ‎DigiKey's North American Editors

מסכי-מגע ומתגי ממברנה משמשים עבור פאנלי בקרה ויזואלית ובעלי פרופיל נמוך. עם זאת, יישומים מסוימים דורשים מהמתכננים להדגיש בטיחות, קלות גישה, מיתוג של מתחים או זרמים גבוהים, תצורה ידועה בעת ההפעלה, או חוסן. עבור מצבים כאלה, מתגים מכניים וכפתורים הם לעתים קרובות אידיאליים, אך המתכננים צריכים לבחור בקפידה.

ישנם סוגים רבים של מתגים מכניים עם שונויות בצורה, סגנון, גודל, פונקציה, יכולות הספק והתנהגות מכנית. מאמר זה יעזור למתכננים למיין את פרמטרי הבחירה וכיצד ליישם בצורה הטובה ביותר כמה מההתקנים העדכניים ביותר.

איזה מתג או כפתור?

כדי להחליט איזה מתג מתאים, תחילה יש לקבוע את הדרישות למערכת. כדי למצוא מתג מכני עבור היישום, תחילה יש למצוא את גורם הצורה של המתג המתאים לצרכים הארגונומיים והפיזיים, ולאחר מכן לבחור מתג בעל מפרט חשמלי וסביבתי מתאים, המתאים גם לגורם הצורה.

עצירת חירום

דוגמה ברורה לבטיחות היא כפתור עצירת חירום. מערכות תעשייתיות רבות חייבות בהחלט להיות עם כפתור אדום או כתום גדול עם המילים "עצירת חירום" באותיות גדולות וידידותיות לקורא. כפתור זה חייב להיות במקום בולט וכך שניתן להגיע אליו בקלות, חייב להיות קל ללחיצה, וחייב להיות משוב טקטילי ברור כדי לציין שפונקציית המיתוג הושלמה. אי עמידה בקריטריונים אלה עלולה להיות מסוכנת בסביבות תעשייתיות מסוימות.

פתרון מצוין עבור יישום זה הוא לחצן עצירת חירום Lumotast 16 של RAFI USA‏. ללחצן NO (פתוח במצב רגיל) זה יש את הכפתור הגדול והמוכר בצורת פטרייה חרוטית (איור 1). כאשר מפעיל טורק את ידו על כפתור זה, שני המגעים הכסופים מתחברים, ננעלים ונשארים במגע גם כאשר ידו של המפעיל מוסרת. כדי לאפס את הכפתור למצב פתוח, יש לסובב את ראש הפטרייה לכיוון כלשהו.

תמונה של לחצן עצירת חירום Lumotast 16 של RAFI USA

איור 1: לחצן עצירת החירום Lumotast 16 של RAFI USA הוא פשוט להתקנה ומתאים בקלות בתוך חור הרכבה סטנדרטי של 16.2 מ"מ. (מקור התמונה: RAFI)

ה-Lumotast 16 יכול להתמודד עם עד 6 אמפר ו-250 וואט, והוא מתוכנן עבור פעולה באמינות גבוהה. בתכן המתג הפנימי יש שלושה מגעים יתירים במקביל, כך שאם סט מגעים אחד לא מצליח להתחבר, השניים האחרים מבטיחים אירוע עצירה אמין. כדי לספק אישור חזותי של חיבור, המתג מחווט כך שיאיר באדום עז כשהוא מופעל. הצד הקדמי הוא בדירוג IP67, ההופך אותו למתאים למרבית הסביבות התעשייתיות הקשות.

עם קוטר כפתור של 30 מילימטר (מ"מ), ה- Lumotast 16 גדול מספיק כדי לשמש בפאנלי בקרה תעשייתיים, ועדיין קטן מספיק כדי להיות מיושם בתיבות בקרה נישאות-ביד.

כדי להתקין את ה-Lumotast 16, תחילה יש לוודא שיש מרווח עומק הרכבה של 18 מ"מ מתחת למקום שבו ימוקם המתג. יש לקדוח חור הרכבה בגודל של 16.2 מ"מ. יש למקם את צווארון חור ההרכבה הצהוב עם הכיתוב "עצירת חירום" באותיות שחורות על גבי חור ההרכבה. לאחר מכן יש למקם את מתג Lumotast 16 בתוך חור ההרכבה ולאבטח אותו באמצעות אום טבעת ההרכבה הכלול. חיבורי החוטים נעשים לשני הדקי החיבור המהיר הזכריים הפתוחים הסטנדרטיים בצד התחתון.

חסינות מפני השחתה

יישום חשוב נוסף עבור כפתורים מכניים הוא הגנה מפני השחתה. מתגים נגד-השחתה צריכים לעמוד בפני ניסיונות מכוונים לפרוץ את מבנה המתג, כגון מכות חוזרות ונשנות מפטיש או ניסיונות לנתק את המתג.

עבור יישומים נגד-השחתה, חברת E-Switch מייצרת את מתג לחצן מואר SPDT‏ PVA3H2B0SS3R1 החסין-השחתה. זהו מתג 2 אמפר, 36 וולט DC בדירוג IP65. יש לו טבעת תאורה RGB, והפרופיל הנמוך שלו הופך אותו לחסין יותר מפני השחתה (איור 2).

תמונה של E-Switch PVA3 עם טבעת Bezel מוארת בצבע אדום

איור 2: ה-E-Switch PVA3 עם טבעות Bezel‏ מוארת בצבע אדום. הוא מורכב במישור פני השטח (Flush‏) של הפאנל כך שהוא יותר חסין מפני השחתה לעומת מתגים בעלי פרופילים גבוהים יותר. (מקור התמונה: E-Switch)

מתג זה ניתן להרכבה במישור פני השטח (Flush‏) של כל פאנל עם חור של 16 מ"מ. יש לוודא שלמיקום ההתקנה יש מספיק מרווח כדי להתחבר למגעים שמתחתיו. זהו מתג SPDT עם ארבעה מגעים, עם שלושה מגעי LED נוספים עבור תאורת RGB עם הארקה משותפת. זה יוצר בסך הכל שמונה חיבורים שצריך לעשות מתחת לפאנל. יש לתכנן את פריסת הפאנל כך שניתן ליצור בקלות את כל החיבורים מבלי לכווץ או לכופף את חוטי החיבור.

עובי פאנל ההרכבה יכול להיות בין 1 עד 8 מ"מ. עם זאת, פאנלים עבים יותר מספקים הגנה חסונה יותר מפני השחתה.

יש לבחור את תצורת PVA3 המתאימה עבור היישום, מגע רגעי או מגע ננעל. יש להפעיל את המתג על ידי לחיצת המפעיל (Actuator‏) לתוך גוף המתג. כשהמפעיל השטוח הוא באותו מישור (Flush) עם כתף המתג הוא מציין שהלחצן פעיל, בעוד שכשהמפעיל גבוה הוא מציין שהלחצן אינו פעיל.

כדי לספק משוב ויזואלי של מצב המתג, יש להשתמש באותות מיקרו-בקר או בקר לוגיקה ניתן-לתכנות (PLC) כדי להאיר את הנוריות האדומות, הירוקות והכחולות שבטבעת המחוון. כדי ליצור צבעים מותאמים-במיוחד יש לחבר את נוריות ה-LED ליציאות מאופננות רוחב-פולס ממיקרו-בקר או PLC.

לעמידות נוספת בפני השחתה, המתג מגיע עם אפשרויות של ניקל או פלב"ם עבור גוף המתג והמפעיל.

קריאת התצורה בעת האתחול

לפעמים מתגים אינם נחוצים עבור בקרת המשתמש, אלא עבור פיתוח או הגדרת התצורה מאחורי הקלעים. בעוד ש-EEPROM או Flash‏ יכולים לספק אחסון לא-נדיף שניתן לקרוא אותו בעת האתחול, לפעמים יש לאשר את התצורה ויזואלית לפני הזנת הספקת-הכוח למערכת. עבור מצבים אלו המפתחים הסתמכו במשך שנים על מתג DIP נפוץ עם 8 מצבים, כגון ה-A6FR-8101 שלOmron Electronics (איור 3).

תמונה של מתגי DIP סדרת A6FR של Omron

איור 3: מתגי DIP סדרת A6FR של Omron עם מפעילים קצרים, הנקראים גם מתגי פסנתר, מותקנים דרך חור-עובר לתוך שקע או לוח PCB‏. (מקור התמונה: Omron)

מתגי DIP אלה משמשים כאשר יש להגדיר את תצורת המערכת או את פרמטרי האתחול לפני הפעלת הספקת-הכוח למערכת. בעוד שאת מתגי ה-DIP ניתן למקם-מחדש באמצעות האצבעות, קצה עט מאפשר בקרה קלה יותר. מתגים אלה זמינים עם מפעילים קצרים או ארוכים, וניתן להרכיבם לתוך שקע DIP‏ עם 16פינים או להלחים ישירות לתוך לוח ה-PCB‏. בניגוד לתכני מתגי DIP ישנים יותר, ה-A6FR משתמש במגעי החלקה כפולים כדי להבטיח חיבורים וניתוקים באמינות גבוהה. מתגי DIP אלה הם בדירוג של mA‏ 25‏ ב-24 וולט DC, ההופך אותם למתאימים עבור מעגלים דיגיטליים.

בקרת מתח וזרם גבוהים

לפעמים יש צורך בבקרה פשוטה וקשיחה של מתח וזרם. כדי שמתג ממברנה רכה יבצע בקרת הספק גבוה, נדרש מעגל ממשק שעלול לסבך את הפעולה שלא לצורך, במיוחד אם הבקרה אינה תלויה במערכות אחרות. עבור מצבים אלה, מתג נדנדה יכול לספק בקרה בטוחה של המתח והזרם באמינות גבוהה.

לדוגמה, חברת E-Switch מייצרת את מתג הנדנדה להספק החסון RA811C1121 עם תאורה (איור 4). הוא יכול לטפל ב-16 אמפר ב-125 וולט AC‏.

תמונה של מתגי נדנדה סדרת RA8 של E-Switch

איור 4: מתגי הנדנדה סדרת RA8 של E-Switch כוללים מפריד פלסטיק כדי להגן על שני ההדקים מפני קצר חשמלי מקרי. לסדרה יש מגוון רחב של אפשרויות לרבות צבעים, הדקים ישרים או בזווית ישרה ותצורות מתגים. (מקור התמונה: E-Switch)

סדרת RA8 של E-Switch מורכבת בחור מלבני של 13‏ x‏ 19 מ"מ. בעוד שמתגי נדנדה יכולים להיות קלים לשימוש, החלק הקשה ביותר בבניית אב-טיפוס יכול להיות יצירת חור מלבני עבור הצמדת מתג הנדנדה. טכניקה נפוצה היא שימוש בראש קודח הקטן במעט מרוחב החור המלבני, במקרה זה 13 מ"מ. תחילה יש לצייר את החור המלבני בעיפרון, ולאחר מכן לקדוח שני חורים סמוכים בתוך הפאנל, תוך הקפדה לא לסטות מחוץ לקווי העיפרון. לאחר מכן יש להשתמש בפצירת מתכת כדי ליצור את החור המלבני תוך הסרת קצוות חדים.

ב-RA8 ניתן להשתמש בסביבות תעשייתיות קשות. תחום טמפרטורות הפעולה שלו הוא C‏°‏20- עד 85°C+, ועם כיפת PVC‏ הוא בעל דירוג IP54‏. התנגדות המגעים של mΩ‏ 30 ממזערת חום במתחים גבוהים.

כאשר מתמודדים עם מתגי מתח גבוה, יש להקפיד לשמור כל חיבור בנפרד כדי למנוע קצר חשמלי מקרי. ה-RA8 מקל על כך הודות למפריד פלסטיק השומר על הפרדה פיזית בין ההדקים.

למרות שמומלץ מאד לא לחווט הדקים חמים, לפעמים בסביבת ייצור לא ניתן להימנע מכך. בעוד שה-RA8 יכול להפחית את הסיכוי שתתרחש תאונה במהלך חיווט חם, יש לנקוט בכל אמצעי הבטיחות, כולל לבישת כפפות מבודדות.

סיכום

מתגים מכניים מתאימים עבור מצבים מסוימים הכוללים בקרה של מתחים גבוהים, אבטחה, בטיחות, קלות גישה או שילוב של אלה. ישנן אפשרויות רבות עבור מתגים מכניים, ובחירה נכונה יכולה להעניק שקט נפשי הן למתכנן והן ללקוח הסופי.

 
DigiKey logo

מיאון אחריות: דעות, אמונות ונקודות מבט המובעות על ידי מחברים שונים ו/או משתתפי פורום באתר אינטרנט זה לא בהכרח משקפות את הדעות, האמונות ונקודות המבט של חברת DigiKey או את המדיניות הרשמית של חברת DigiKey.

אודות כותב זה

Image of Bill Giovino

Bill Giovino

מר Bill Giovino הוא מהנדס אלקטרוניקה בעל תואר BSEE מאוניברסיטת Syracuse, והוא אחד האנשים המעטים שעבר בהצלחה ממהנדס תכנון למהנדס יישומי שטח ומשם לשיווק טכנולוגיה.

במשך למעלה מ- 25 שנה הוא נהנה מקידום טכנולוגיות חדשות מול קהלים הן טכניים והן לא-טכניים עבור חברות רבות, כולל STMicroelectronics, Intel ו- Maxim Integrated. בהיותו ב- STMicroelectronics הוא עזר להוביל את ההצלחות המוקדמות של החברה בתעשיית המיקרו-בקרים. ב- Infineon הוא הביא את לקוחות המיקרו-בקרים הראשונים של החברה בשוק הרכב בארה"ב. כיועץ השיווק של החברה שלו CPU Technologies הוא עזר לחברות רבות להפוך מוצרים עם תת-ביצועים לסיפורי הצלחה.

ביל היה מבין אלו שהקדימו לאמץ את האינטרנט-של-דברים, כולל הכנסת חבילת תוכנת TCP/IP המלאה הראשונה למיקרו-בקר. הוא נאמן למסר של "מכירות באמצעות לימוד" ולחשיבות ההולכת וגדלה של תקשורת ברורה וכתובה היטב לקידום מוצרים במקוון. הוא מנחה את הקבוצה הפופולרית של מכירות ושיווק של מוליכים-למחצה של לינקדאין, ומדבר B2E שוטפת.

אודות מוציא לאור זה

DigiKey's North American Editors