Przyciski sterownicze i kasety sterownicze – rodzaje, parametry i dobór do aplikacji
Przyciski, przełączniki i kasety sterownicze tworzą podstawowy interfejs pomiędzy operatorem a układem automatyki. Umożliwiają uruchamianie i zatrzymywanie procesów, wybór trybu pracy, resetowanie alarmów, ręczne sterowanie napędami czy realizację zatrzymania awaryjnego. Właściwy dobór nie sprowadza się jednak do liczby przycisków lub ich kolorów. Znaczenie mają rodzaj elementu wykonawczego, konfiguracja styków, sposób działania, warunki środowiskowe, stopień ochrony IP oraz wymagania dotyczące bezpieczeństwa maszyny. Wyjaśniamy, czym różnią się poszczególne rozwiązania i na jakie parametry zwrócić uwagę przy projektowaniu stanowiska sterowania.
Z artykułu dowiesz się:
- czym różnią się przyciski monostabilne, bistabilne i przełączniki;
- kiedy stosuje się selektory obrotowe i kluczykowe;
- jakie funkcje pełnią styki NO i NC;
- jak prawidłowo dobierać kolory elementów sterowniczych;
- czym różni się zwykły przycisk STOP od urządzenia zatrzymania awaryjnego;
- kiedy warto zastosować przycisk podświetlany;
- jak dobrać kasetę sterowniczą do maszyny i środowiska pracy.
Przyciski sterownicze – jak działają i do czego służą?
Przyciski sterownicze służą do ręcznego przekazywania poleceń do układu sterowania. Mogą współpracować m.in. ze sterownikiem PLC, stycznikiem, przekaźnikiem lub odpowiednio zaprojektowanym układem bezpieczeństwa. W zależności od aplikacji odpowiadają za takie funkcje jak START, STOP, RESET, potwierdzenie komunikatu czy uruchomienie określonego ruchu maszyny.
Typowy przycisk nie przełącza bezpośrednio głównego obwodu mocy silnika. Jego styki pracują najczęściej w obwodzie sterowniczym, a sygnał jest następnie wykorzystywany przez PLC, stycznik lub inne urządzenie wykonawcze.
Istotna jest modułowa konstrukcja wielu przemysłowych przycisków. Element operatorski znajdujący się od strony pulpitu lub drzwi szafy współpracuje z odpowiednimi blokami stykowymi, a w wersjach podświetlanych również z modułem świetlnym. Pozwala to dobrać liczbę i rodzaj styków do konkretnego obwodu.
Przycisk monostabilny i bistabilny – na czym polega różnica?
Przycisk monostabilny zmienia stan styków podczas naciskania, a po zwolnieniu samoczynnie wraca do położenia początkowego. Jest typowym rozwiązaniem w funkcjach wymagających krótkiego sygnału sterującego, takich jak START, RESET czy potwierdzenie komunikatu.
Nie oznacza to, że maszyna działa wyłącznie tak długo, jak operator trzyma przycisk START. W klasycznym układzie stycznikowym stan pracy może zostać podtrzymany elektrycznie, natomiast w układzie PLC podtrzymanie realizuje logika programu.
Element bistabilny po uruchomieniu pozostaje natomiast w wybranym stanie aż do kolejnego działania operatora. Rozwiązanie takie może być wykorzystywane tam, gdzie położenie elementu ma jednoznacznie reprezentować utrzymywany stan lub wybraną funkcję.
Sposób działania elementu należy zatem dobierać do logiki maszyny. Przycisk chwilowy sprawdzi się przy pojedynczym poleceniu, natomiast element o położeniach stabilnych – gdy operator ma świadomie pozostawić układ w określonym stanie.
Styki NO i NC – co oznaczają?
Element sterowniczy może współpracować z jednym lub kilkoma blokami stykowymi. Podstawowe oznaczenia to NO (Normally Open) oraz NC (Normally Closed).
Styk NO jest w stanie spoczynkowym otwarty i zamyka obwód po uruchomieniu elementu. Takie rozwiązanie jest powszechnie stosowane np. dla polecenia START.
Styk NC pozostaje w stanie spoczynkowym zamknięty i otwiera się po naciśnięciu przycisku. Jest często wykorzystywany w obwodach STOP. Taka konfiguracja może również pozwalać układowi wykryć określone przerwy w torze sterowania, jednak sama obecność styku NC nie oznacza jeszcze, że dany obwód spełnia wymagania funkcjonalnego bezpieczeństwa.
Liczbę i rodzaj styków dobiera się do schematu elektrycznego. Jeden element może jednocześnie współpracować np. ze stykiem NO i NC, jeżeli wymaga tego sposób sterowania lub sygnalizacji.
Selektory obrotowe i kluczykowe – kiedy się je stosuje?
Do wyboru trybu pracy często wykorzystuje się selektory obrotowe. W odróżnieniu od przycisku chwilowego operator ustawia element w jednej z dostępnych pozycji, np. RĘCZNY–0–AUTO. W zależności od konstrukcji poszczególne położenia mogą być stabilne lub sprężynujące.
Selektor pozwala w czytelny sposób przekazać do układu sterowania informację o wybranym trybie. Liczba pozycji i konfiguracja styków powinny odpowiadać logice konkretnej maszyny.
Selektor kluczykowy stosuje się natomiast wtedy, gdy możliwość zmiany stanu lub trybu ma być ograniczona do określonych osób. Może być wykorzystywany np. przy wyborze trybu serwisowego lub funkcji wymagających kontrolowanego dostępu.
Sam kluczyk nie jest jednak środkiem bezpieczeństwa funkcjonalnego. Jeżeli wybór trybu jest związany z bezpieczeństwem maszyny, cały układ musi zostać zaprojektowany zgodnie z wymaganiami dotyczącymi danej funkcji bezpieczeństwa.
Kasety sterownicze – lokalny punkt obsługi maszyny
Kaseta sterownicza pozwala umieścić jeden lub kilka elementów sterowniczych we wspólnej obudowie. Może zawierać przyciski, selektory, lampki sygnalizacyjne oraz – jeżeli przewiduje to projekt – urządzenie zatrzymania awaryjnego.
Kasety jednoelementowe wykorzystuje się przy prostych funkcjach lokalnych. Wersje wielootworowe pozwalają zbudować bardziej rozbudowany punkt obsługi, np. z przyciskami START i STOP, selektorem trybu oraz sygnalizacją stanu.
Szczególnym rodzajem są kasety przeznaczone do sterowania ruchem, stosowane m.in. przy suwnicach, wciągnikach i innych urządzeniach transportowych. Ich układ powinien odpowiadać kierunkom i funkcjom maszyny, a rozmieszczenie elementów musi umożliwiać operatorowi jednoznaczną i wygodną obsługę.
Kaseta może być montowana bezpośrednio przy maszynie lub w innym miejscu dogodnym dla operatora. Alternatywą jest zabudowanie elementów operatorskich bezpośrednio w drzwiach szafy sterowniczej lub na osobnym pulpicie.
Jak dobrać kolor przycisku sterowniczego?
Kolorystyka elementów sterowniczych powinna wynikać z funkcji, a nie wyłącznie ze zwyczajów przyjętych w danym zakładzie. W przypadku wyposażenia elektrycznego maszyn zasady identyfikacji elementów operatorskich określa m.in. IEC 60204-1.
Dla funkcji START/ON stosowane mogą być kolory biały, szary, czarny lub zielony, przy czym preferowany jest biały. Czerwony nie powinien być wykorzystywany do tej funkcji.
Dla zwykłego STOP/OFF przewidziane są przede wszystkim czarny, szary lub biały, z preferencją dla czarnego. Zielonego nie należy używać. Czerwony jest dopuszczalny dla zwykłego STOP, ale nie jest zalecany w pobliżu urządzenia zatrzymania awaryjnego.
Przycisk RESET może być m.in. niebieski, biały, szary lub czarny. Kolor należy dobierać w powiązaniu z funkcją, a gdy sama barwa nie wystarcza do jednoznacznej identyfikacji, stosuje się dodatkowe oznaczenia, np. symbole lub opisy.
Przycisk podświetlany – sterowanie i sygnalizacja
Przycisk podświetlany łączy element operatorski z sygnalizacją optyczną. Może ułatwiać odnalezienie odpowiedniego przycisku albo przekazywać operatorowi informację związaną ze stanem układu.
Podświetlenie nie powinno być jednak projektowane przypadkowo. Znaczenie koloru lampki może różnić się od znaczenia samego elementu wykonawczego, dlatego trzeba zachować spójny system sygnalizacji na całej maszynie. IEC 60204-1 określa również zasady identyfikacji optycznej stosowanej w interfejsach operatorskich.
Przy doborze trzeba sprawdzić napięcie znamionowe modułu świetlnego. W przemysłowych obwodach sterowania często stosuje się 24 V DC, ale dostępne są również elementy przeznaczone do innych napięć AC i DC. Nie należy więc przyjmować napięcia podświetlenia wyłącznie na podstawie wyglądu przycisku.
Zatrzymanie awaryjne – dlaczego to nie jest zwykły przycisk STOP?
Urządzenia zatrzymania awaryjnego stanowią osobną kategorię elementów sterowniczych. Ich zadaniem jest umożliwienie operatorowi szybkiego zainicjowania funkcji zatrzymania awaryjnego w sytuacji zagrożenia.
Element wykonawczy zatrzymania awaryjnego powinien być czerwony, a jeżeli bezpośrednio wokół niego znajduje się tło, powinno ono być żółte. Charakterystyczna forma grzybkowa zwiększa dostępność elementu w sytuacji wymagającej szybkiej reakcji.
Po uruchomieniu urządzenie zatrzymania awaryjnego pozostaje mechanicznie zablokowane do momentu świadomego odblokowania. W zależności od konstrukcji może być odblokowywane przez obrót, pociągnięcie lub za pomocą kluczyka. Aktualna IEC 60947-5-5 określa wymagania dotyczące elektrycznych urządzeń zatrzymania awaryjnego z mechanicznym zatrzaskiem.
Bardzo ważne jest również to, że odblokowanie przycisku E-STOP nie może samo w sobie powodować ponownego uruchomienia maszyny. Przywrócenie możliwości pracy i ponowne uruchomienie są odrębnymi etapami wynikającymi z projektu systemu sterowania.
Dobór stopnia ochrony IP przycisków i kaset
Element operatorski musi być przystosowany do środowiska, w którym pracuje. Inne wymagania występują wewnątrz suchego pomieszczenia, a inne na stanowisku narażonym na pył, wilgoć, zachlapanie czy regularne mycie.
Dlatego jednym z parametrów jest stopień ochrony IP. Przy jego doborze trzeba uwzględnić zarówno warunki otoczenia, jak i sposób zabudowy. W przypadku elementów montowanych w drzwiach szafy deklarowany stopień ochrony może zależeć od prawidłowego wykonania otworu, zastosowania wymaganych uszczelnień i właściwego montażu.
Przy kasecie sterowniczej znaczenie ma cały zestaw: obudowa, elementy operatorskie, przepusty lub dławnice kablowe oraz sposób ich montażu. Wysoki stopień ochrony samego przycisku nie zapewni odpowiedniej szczelności, jeżeli pozostałe elementy obudowy nie spełniają tych samych wymagań.
Jak dobrać przyciski i kasety do maszyny?
Dobór warto rozpocząć od określenia funkcji, które operator ma wykonywać. Innych elementów wymaga prosty lokalny START/STOP, a innych stanowisko pozwalające na wybór trybu, sterowanie ręczne kilkoma ruchami oraz obsługę alarmów.
Następnie określa się rodzaj działania poszczególnych elementów – chwilowy, stabilny lub selekcyjny – oraz wymaganą liczbę styków NO i NC. Kolejny krok to dobór napięcia podświetlenia, jeżeli jest stosowane, i sprawdzenie parametrów elektrycznych bloków stykowych.
Trzeba również uwzględnić ergonomię. Elementy powinny być rozmieszczone w sposób ograniczający ryzyko przypadkowej obsługi i pozwalający operatorowi szybko rozpoznać funkcję. IEC 60204-1 wskazuje na potrzebę uwzględnienia zasad ergonomii i minimalizowania możliwości błędu operatora.
Na końcu dobiera się obudowę, stopień ochrony, sposób wprowadzania przewodów oraz oznaczenia. Jeżeli w kasecie znajduje się element realizujący funkcję bezpieczeństwa, jego dobór musi wynikać również z oceny ryzyka i architektury systemu bezpieczeństwa maszyny.
Najczęstsze błędy przy doborze elementów sterowniczych
Jednym z częstych błędów jest traktowanie koloru jako jedynego sposobu identyfikacji funkcji. W rozbudowanym pulpicie warto stosować również opisy, symbole i logiczne rozmieszczenie elementów.
Problemem może być także dobór niewłaściwej liczby styków. Jeżeli jeden przycisk ma jednocześnie przekazywać sygnał do PLC, sterować innym obwodem i realizować dodatkową sygnalizację, pojedynczy blok stykowy może być niewystarczający.
Nie należy również traktować zwykłego czerwonego przycisku STOP jako odpowiednika urządzenia zatrzymania awaryjnego. E-STOP jest elementem określonej funkcji bezpieczeństwa i podlega odrębnym wymaganiom konstrukcyjnym oraz projektowym.
W praktyce błędy dotyczą również niewłaściwego napięcia modułu świetlnego, zbyt niskiego stopnia ochrony IP, nieczytelnego rozmieszczenia przycisków oraz stosowania elementów niedostosowanych do częstotliwości i warunków pracy.
