Руководство по символам концевых выключателей: Стандарты МЭК, логические состояния и проектирование цепей

Электронная схема - это неумолимая бумага. Она не просто намекает на то, как должен работать станок; это соглашение между волей инженера и реальностью заводского цеха. Если такой договор неправильно истолкован, то результатом будет не только ошибка в подключении, но и простои, поломка инструмента или нарушение техники безопасности.

В центре этих схем находится концевой выключатель - важнейшее электромеханическое устройство. Это сенсорный орган промышленной автоматизации, устройство, преобразующее механическое положение в электрическую логику. Однако изображение этих устройств ограничено географией и традициями. Рисунок, сделанный в Штутгарте, не похож на рисунок, сделанный в Детройте. Чтобы лавировать на международной арене промышленных установок и электротехники, человек должен владеть графическим языком управления.

В этом руководстве разбирается путаница в символах концевых выключателей, а линии и круги снова превращаются в механические истины, которые они обозначают.

IEC 60617 против NEMA (JIC): Визуализация глобальных стандартов символов

Умение читать схемы требует знания двух разных визуальных языков: стандарта IEC (Европа/Азия) и стандарта NEMA (Северная Америка). Хотя в обоих случаях описывается одно и то же поведение электрической цепи в отношении электрических соединений, стили совершенно разные.

IEC: Подход к визуализации с помощью абстракции и геометрической эффективности. В стандарте IEC 60617 все компоненты рассматриваются как абстрактные контактные блоки и изображаются одной линией. Концевой выключатель, реле или электрический переключатель - это одна и та же вертикальная линия, разграниченная активатором (шишка, квадрат и т. д.). Основное внимание уделяется логике электрического сигнала, независимо от напряжения или вольт.

NEMA: Подход к визуализации с помощью иллюстраций и интуиции. Символы NEMA созданы для визуального представления концевого выключателя в виде рычага, а кнопки - в виде плунжера. Диаграммы отображают абстрактные коды с координатным движением, служа визуальным интерфейсом для лестничной логики, используемой в системе управления. Символ часто намекает на физические клеммы, к которым специалист может припаять или прикрутить общий клеммный провод.

Расшифровка состояний контакта: NO, NC и удерживаемые положения

Термины “нормально открытый” (NO) и “нормально закрытый” (NC) вводят в заблуждение своей простотой. Они подразумевают вечное состояние существования. На самом деле термин “нормально” используется для описания определенного, гипотетического состояния: выключатель на верстаке, не подключенный, не тронутый никакой физической силой, не подверженный влиянию гравитации.

Тем не менее, схемы не представляют собой элементы на верстаке. Они представляют собой набор контактов, установленных в машине. Это приводит к очень важному, неверно истолкованному понятию позиции Held.

Статическая ложь схемы

Схема - это снимок машины в ее исходном положении (или “состоянии полки”). Это как фотография бегуна в стартовых колодках.

• NO (нормально открытый): В состоянии полки контакты разделены. Ток не может протекать через эту часть концевого выключателя. При движении привода контакт замыкается.

• NC (нормально закрытый): В состоянии полки контакты соприкасаются. Ток течет свободно. Когда мишень попадает в привод, контакт разрывается и цепь управления прерывается.

Это несложно, пока конструкция машины не потребует приведения в действие выключателя еще до ее запуска.

Государство “Держава”: Чтение невидимой силы

Рассмотрим ворота безопасности, которые должны быть закрыты для использования машины. Когда ворота закрыты (безопасное состояние), концевой выключатель нажимается. Если подключить сюда однополюсный нормально разомкнутый выключатель, то закрытые ворота будут толкать его, завершая цепь.

Как нарисовать это на электрическом чертеже? Если вы нарисуете стандартный “замкнутый” контакт, специалист может подумать, что это переключатель NC. Однако на самом деле нажимается переключатель NO. Это различие играет важную роль при устранении времени отклика и логических ошибок.

Здесь в дело вступают символы Хельда：.

• Закрыто: Символ выглядит закрытым, но содержит графическое обозначение (часто небольшой клин или кулачок под рычагом переключателя), показывающее, что внешняя сила удерживает его в таком положении. Это информирует читателя: Я - нормально разомкнутый выключатель, однако в исходном положении этой машины что-то стоит на мне.

• Открыто: Однако это нормально замкнутый выключатель, который принудительно размыкается из-за положения покоя машины.

Разница между обнаружением неисправного датчика и просто выходом машины из исходного положения заключается в понимании коммутационного действия символов “Held”. Это отделяет читающих данные от понимающих систему.

Безопасность и стандартные символы: Расшифровка значка позитивного открытия

Все щелчки не одинаковы. В иерархии промышленных систем управления безопасность машины превосходит функциональность. Это различие напрямую закодировано в символах, которыми мы оперируем, а именно в понятии позитивного открытия (или прямого действия открытия).

Мы используем пружины в обычной автоматике. Пружина в корпусе заставляет электрические контакты встать в исходное положение, когда плунжер концевого выключателя отпущен. Но пружины нестабильны. Они могут сломаться, устать или заклинить. Что еще хуже, электрические контакты могут свариться. Если в момент замыкания выключателя происходит резкий скачок тока, металлические контакты могут расплавиться. В обычном выключателе, где используется пружина, сварной шов сильнее пружины. Машина предполагает, что выключатель замкнут, но контакты заедают. Пружина толкается впустую. Конвейер не останавливается. Пресс опускается.

Символ власти: Круг и стрела

Чтобы избежать этой беды, в IEC 60947-5-1 Annex K предусмотрен механизм позитивного размыкания. Схематично он представлен определенным значком: круг со стрелкой внутри, соединенный с символом размыкающего контакта.

Этот символ используется для обозначения жесткого механического соединения между внешним исполнительным механизмом и внутренним электрическим контактом. Плунжер и точка разделения контактов не соединены никакими упругими элементами, например, пружинами. Когда контакты свариваются, чистая сила машины, ударяющая по концевому выключателю, разрывает сварной шов. Это заставляет цепь разомкнуться, независимо от желания контакта оставаться расплавленным.

Контекстное использование

• Стандартный символ: Используется для обнаружения, подсчета или некритичного позиционирования объектов (например, сообщает программируемому логическому контроллеру, что роботизированная рука достигла полки).
• Символ безопасности (положительное открытие): Обязательно для применения в системах блокировки безопасности, аварийного останова и в целях общей безопасности, где отказ означает травму.

При чтении схемы наличие стрелки в круге говорит о том, что данный конкретный переключатель является стражем, а не просто счетчиком. Он диктует требования к долговечности и прочности схемы.

Двухконтурные символы: Оптимизация логики с помощью схем 1NO+1NC

На заре автоматизации были распространены однополюсные переключатели (SPDT). У вас был один общий провод, и вы переключали его между открытым и закрытым положениями. Среди различных типов концевых выключателей современная высоконадежная автоматика решительно склоняется к двухконтурным, которые обычно имеют конфигурацию 1NO + 1NC (один нормально открытый + один нормально закрытый).

На схеме двухконтурного концевого выключателя показаны две отдельные, электрически изолированные линии, управляемые одним и тем же механическим звеном. Это не просто удвоение количества проводов; это экспоненциальное увеличение логических возможностей, что делает его жизненно важной частью системы управления.

Преимущество логики: Контроль и отключение

Зачем иметь два контура, если задачу может выполнить один? Поскольку одна схема не может передать всю истину.

В системе используется комплементарная логика в схеме 1NO+1NC.

1. Контакт NC (Охранник): Часто он подключается последовательно с аппаратным питанием или защитным реле. Когда движение части машины вызывает срабатывание выключателя, этот контакт физически разрывает цепь, останавливая двигатель. Это грубая силовая остановка.
2. NO Contact (Информатор): Он подключен к цифровому входу ПЛК. Когда предел достигнут, этот контакт замыкается, посылая сигнал 24 В на контроллер, “Я прибыл на позицию X”.”

Контроллер способен проводить самодиагностику, сравнивая эти два состояния. Если ПЛК обнаруживает, что НО-контакт замкнут, а НЗ-контакт не размыкается (логическое несоответствие), система обнаруживает неисправность (обрыв провода, приварной контакт или короткое замыкание) и переходит в безопасный режим отказа. Это характерно для современной, сильной конструкции системы с двухканальной обратной связью.

Внутренний механизм: Почему двойные пружины имеют значение

На схеме это выглядит как два отдельных переключателя, соединенных пунктирной линией. На самом деле это гальваническая развязка. Две цепи не имеют электрического соединения внутри выключателя. Это позволяет одному типу концевых выключателей переключаться между двумя совершенно разными потенциалами напряжения, например, размыкающий контакт является прямым отключением контактора двигателя 110 В переменного тока, а замыкающий контакт передает сигнал 24 В постоянного тока на логический контроллер.

Эта возможность позволяет минимизировать количество компонентов в панели. Вместо того чтобы устанавливать два выключателя (один из них - предохранительный, другой - для передачи данных), один большой двухконтурный концевой выключатель может более надежно выполнять обе функции. Это делает схему менее сложной и обеспечивает более надежную физическую установку, независимо от типа используемого привода.

Эффективная разработка схем, однако, зависит от глубины производства. ОМЧ, 38-летний опыт работы в промышленности служит примером этой способности. Наша 20-летняя команда инженеров-ветеранов не ограничивается стандартными каталогами, а предлагает точную настройку для OEM/ODM - от оптимизации дизайна печатных плат и выходной мощности до адаптации форматов упаковки. Благодаря этому физический переключатель не просто соответствует логике схемы, но и адаптируется к конкретным ограничениям приложения, преодолевая разрыв между теоретическим дизайном и надежной промышленной реальностью.Свяжитесь с OMCH https://www.omch.com/ сегодня чтобы определить точную логику и долговечность, которые требуются для вашего проекта.

Сложность символов: SPDT, DPDT и варианты с защелкой

По мере углубления в схему символы приобретают все больше нюансов. Мы сталкиваемся с различиями в скорости и количестве полюсов.

Символы быстрого действия против символов медленного действия

Движение машины аналоговое, оно ускоряется и замедляется. Но электрическая логика предпочитает быть двоичной; ей нужен чистый 0 или 1.

• Медленное действие: В выключателе замедленного действия контакты движутся с той же скоростью, что и привод. Когда машина медленно нажимает на плунжер, контакты размыкаются медленно. Это может привести к возникновению дуги и неточным сигналам. Схематическое изображение этого обычно представляет собой прямую линию простой формы, изображающую контактный стержень.
• Действие по щелчку: Переключатель с защелкивающимся механизмом - это переключатель, в котором энергия накапливается во внутренней пружине. Когда плунжер (или рычаг) достигает критической точки, контакты мгновенно перескакивают, независимо от того, насколько медленно движется внешний плунжер концевых выключателей.

На схемах IEC Snap Action часто изображается маленьким треугольником или клином на самой контактной линии. Это тонкое геометрическое дополнение, которое является сигналом для разработчика схемы. Оно означает гистерезис - расхождение между точкой срабатывания и точкой сброса. Это устраняет дребезг, при котором выключатель быстро включается и выключается, когда машина вибрирует вокруг точки отключения. Понимание этого символа является причиной того, что машина должна отъехать на несколько миллиметров, прежде чем автоматика будет сброшена.

Конфигурации SPDT и DPDT

Плотность управления также показана на схеме.

• SPDT (Single Pole, Double Throw): Один вход, два возможных выхода. Символ показывает одну общую клемму, разветвляющуюся на две.

• DPDT (двойной полюс, двойной выброс): Два входа, четыре возможных выхода.

Символ DPDT выглядит как два отдельных символа SPDT, соединенных механической пунктирной линией. Зачем его использовать? Это позволяет использовать дублирующие каналы безопасности (канал A и канал B), которые требуются для архитектур безопасности Cat 3 или Cat 4. Кроме того, это позволяет одному рычажному концевому выключателю управлять двумя независимыми машинами одновременно - когда ворота закрываются, машина A запускается (замыкается размыкающий контакт), а машина B останавливается (размыкается размыкающий контакт), при этом электрические помехи между ними отсутствуют. Рычажный или роликовый привод может приводить в движение оба полюса одновременно.

Интерпретация символов в P&ID и электрических схемах

Инженер-электрик не является единственным разработчиком схемы установки. Инженер-технолог разрабатывает P&ID (Piping and Instrumentation Diagrams). В данном случае установка концевого выключателя рассматривается не как цепь, а как функция.

Контактные соединения или номера клемм вряд ли будут видны в P&ID. Скорее, вы увидите пузырек (круг), прикрепленный к клапану или цилиндру.

• ZSO / LSO: Выключатель положения разомкнут / концевой выключатель разомкнут.
• ZSC / LSC: Выключатель положения закрыт / концевой выключатель закрыт.
• LSH (уровень Переключатель High) / LSL (Level Switch Low): Используется в логике резервуара.

Недоразумение возникает, когда инженер-технолог пишет LSH на P&ID, что предполагает логическую функцию (сигнализация высокого уровня), но инженер-электрик должен преобразовать ее в физическое устройство. Означает ли “высокий уровень”, что переключатель подключен как нормально открытый (замыкается при высоком уровне) или нормально закрытый (размыкается при высоком уровне для обеспечения отказоустойчивости)?

P&ID описывает что (требование к процессу, например, обнаружение движущегося объекта). Электрическая схема - это как (реализация электропроводки). Ключом к переводу между этими двумя документами является символ концевого выключателя. Хороший инженер использует P&ID для определения логической цели (например, предельного перемещения объекта или состояния верхних гаражных ворот), а затем выбирает правильный символ IEC/NEMA (NO, NC, Held) для безопасного достижения этой цели.

Краткая справка: Основные символы концевых выключателей

Подводя итог, можно сказать, что умение читать эти символы - это способность визуализировать поведение машины до того, как она будет построена.

1. Основы (Государство в Отдых)
   1. NO (нормально открытый):-| |- (Пробел означает тишину перед сигналом).
   2. NC (нормально закрытый):-|/|- (Диагональная линия обозначает поток, который необходимо прервать).
2. Динамические состояния (машинная логика)
   1. Закрыто: Переключатель NO, принудительно закрытый в исходном положении. Считайте его “NC” для непрерывности, но “NO” для замены.
   2. Открыто: НЗ-переключатель, принудительно размыкаемый в исходном положении.
3. Сайт Безопасность Критический (IEC 60947-5-1)
   1. Позитив Открытие:-|/|- с (→) символ.
   2. Значение: Не заменяйте его обычным выключателем. Эта схема защищает человеческую жизнь.
4. Механизм
   1. Действие по щелчку: Ищите треугольник/кромку на линии контакта. Ожидайте гистерезиса.
   2. Медленное действие: Прямые линии. Ожидайте, что сигнал будет отражать скорость машины.

Схема - это карта. Символы - это легенда. При правильном прочтении вы сможете разобраться в самых сложных системах автоматизации, будучи уверенным не только в том, что вы знаете, по какому пути идут провода, но и почему они идут именно по этому пути.

Чтобы понять физическую механику, которая управляет этими символами, изучите наше фундаментальное руководство по Что такое концевой выключатель?. Или, если вы устраняете несоответствие между схемой и реальностью, проверьте целостность компонента с помощью нашего практического руководства по Как проверить концевой выключатель.