Przyciski i lampki sterownicze stanowią często podstawowy interfejs pomiędzy człowiekiem a maszyną. Urządzenia te stosowane są w dużych ilościach i nawet nieznaczne usprawnienia w ich konstrukcji przynoszą wymierne korzyści zarówno przy projektowaniu, jak i w zastosowaniu praktycznym. Przyciski i lampki sterownicze Sirius Act firmy Siemens zostały opracowane pod kątem ułatwienia pracy inżynierów, monterów oraz osób obsługujących instalacje.

Przyciski i lampki sterownicze są stosowane niemal we wszystkich gałęziach przemysłu i infrastruktury, nawet pomimo rozwoju nowoczesnych paneli dotykowych. Jest to grupa urządzeń nieodzowna dla funkcjonowania instalacji sterowniczych i kontrolnych niskiego napięcia.

Rys. 1. Przyciski i lampki sterownicze Sirius Act firmy Siemens zostały opracowane pod kątem ułatwienia pracy inżynierów, monterów oraz osób obsługujących instalacje

Oczekiwania rynku

Wyniki międzynarodowego badania rynku przeprowadzone przez dużego producenta wykazały, że wiele oczekiwań technicznych dotyczących urządzeń sterowniczych i sygnalizacyjnych łączy się z możliwością uzyskania znacznych oszczędności po stronie użytkownika. Nawet niewielkie skrócenie czasu montażu, podłączenia i serwisowania pozwala producentom urządzeń seryjnych znacznie zmniejszyć koszty. Wielu pytanych miało także wysokie wymagania w stosunku do wyglądu urządzeń i fakt ten istotnie wpłynął na działania w początkowej fazie prac nad nową linią produktów. Wiązało się to szczególnie z chęcią tworzenia atrakcyjnych frontów maszyn, co przez wielu producentów jest postrzegane jako wskaźnik wysokiej jakości ich produktu. Przyciski i lampki sterownicze zazwyczaj instaluje się z przodu maszyny – często w połączeniu z panelami dotykowymi – w indywidualny, typowy dla danego producenta sposób. Zatem tego typu komponenty powinny podnosić ogólną estetykę maszyny lub instalacji.
W przypadku instalacji rozwiązań, wymagania użytkowników były jednoznaczne: cały proces – począwszy od rozpakowania, poprzez przygotowanie otworów, montaż i podłączanie poszczególnych komponentów, aż po ich odłączenie w celach serwisowych – powinien odbywać się szybciej i łatwiej. Także oczekiwania dotyczące wytrzymałości, otrzymane od konserwatorów maszyn, którzy pracują dla producentów, oraz serwisantów pracujących u klientów końcowych, były jasno sprecyzowane: ten rodzaj produktów – technologicznie mniej zaawansowanych w porównaniu z innymi systemami napędowymi i automatyki – nigdy nie może być powodem przestoju produkcji.
Ostatnie z czterech analizowanych zagadnień wiązało się częściowo z prostym połączeniem z systemami sterowania, które pozwoli ograniczyć nakłady na okablowanie, a częściowo z bardziej elastycznym sposobem integracji z tymi systemami. Powinna zostać zapewniona możliwość podłączenia urządzeń do powszechnie używanych interfejsów komunikacyjnych (takich jak IO-Link i AS-Interface), włączając w to – o ile to możliwe – integrację sygnałów z systemu bezpieczeństwa, np. z przycisków Zatrzymanie Awaryjne.

Rys. 2.Przełączniki z kluczem RFID zastępują złożone systemy kluczy, zapewniając lepszą funkcjonalność (jak np. identyfikacja użytkowników)

Cztery linie wzornicze

Efektem procesu projektowania i rozwoju przycisków i lampek sterowniczych Sirius Act było stworzenie kompletnego portfolio, zawierającego ponad tysiąc niepowtarzalnych numerów zamówieniowych (rys. 3). Dzielą się one na cztery różne linie wzornicze, opierające się jednak na tym samym podstawowym systemie. Użytkownik może wybrać między seriami wykonanymi z czarnego tworzywa, z tworzywa z matowym, metalowym pierścieniem oraz wersję z błyszczącym metalem bądź z matowym, płaskim, metalowym wykończeniem, przy czym tylne elementy systemu (strona okablowania) dla wszystkich linii wzorniczych są niemal identyczne. Nawet przy zastosowaniu produktów z kilku linii wzorniczych różnorodność w zakresie poszczególnych części jest niewielka.

Rys. 3. Przegląd czterech linii wzorniczych przycisków i lampek sterowniczych Sirius Act

Montaż i podłączenie

Praca na zwykłych okrągłych otworach, bez specjalnych wpustów, była istotnym wymaganiem postawionym przez instalatorów zajmujących się montażem i podłączeniem elektrycznym. Zdaniem odbiorców powinna istnieć możliwość prostego, maszynowego lub – o ile będzie taka konieczność – nawet manualnego wykonania otworów. Kolejnym ważnym kryterium była możliwość dokonywania instalacji przez jedną osobę. Biorąc to pod uwagę, elementy wykonawcze zaprojektowano tak, aby uszczelka przylegała ciasno i nawet przy montażu uchwytu od góry, np. przy otwartej konsoli, nie była potrzebna pomoc z drugiej strony. Gdy tylko uchwyt zostanie nałożony (sygnalizuje to głośne kliknięcie), mocowanie można szybko dokończyć dokręceniem śruby.
Elementy można w prosty sposób wyrównać za pomocą linijki umieszczonej na górnej krawędzi uchwytu bądź za pomocą linii pomocniczej. Wówczas pozostaje jedynie montaż bloków styków: możliwe jest zamontowanie zatrzaskowo do trzech bloków styków obok siebie i dwóch bloków styków piętrowo. Nie są do tego potrzebne specjalne narzędzia. Przy urządzeniach podświetlanych środkowy blok styków zastępuje blok LED. Wszystkie bloki łączeniowe są dostępne z przyłączami śrubowymi lub sprężynowymi. Jeśli zachodzi potrzeba wymiany elementu wykonawczego, wystarczy jedynie poluzować śrubę i nacisnąć dźwignię na uchwycie. Wszystkie bloki styków i LED pozostają przy tym na swoich miejscach. Pozwala to na wyeliminowanie możliwych błędów podczas prac. Kolejną zaletą systemu jest to, że uchwyty z blokami można zatrzaskiwać również na zaślepkach otworów, zatem wcześniej można przygotować instalację pod dodatkowe, opcjonalne funkcjonalności maszyny lub instalacji.

Rys. 4. Montaż jedną ręką: szybkie, pewne mocowanie uchwytu, sygnalizowane głośnym kliknięciem

Wysoka trwałość

Inne argumenty pojawiały się w przypadku funkcjonowania urządzeń u klienta końcowego. Gdy omawiano poziom ochrony, jedną z kluczowych kwestii było łatwe utrzymanie w czystości. W niektórych sektorach używane są myjki ciśnieniowe, aby zachować wyposażenie w higienicznym stanie. Dzięki odpowiednim metodom produkcji udało się osiągnąć stopień ochrony IP69K w zasadzie dla wszystkich produktów Sirius Act – i to, co istotne – w realistycznej cenie rynkowej. Elementy wykonane głównie z poliamidu w połączeniu z metalowymi częściami zapewniają z kolei bardzo wysoki stopień trwałości materiałowej.
Aby praca maszyny przebiegała bez zakłóceń nawet w wymagających warunkach produkcyjnych, wprowadzono szereg środków zabezpieczających tylną część urządzenia. Zostały one np. wyposażone w dodatkową ochronę umożliwiającą długotrwałą pracę w zapylonym środowisku. Podczas projektowania położono nacisk na wydłużenie żywotności elektrycznej styków do 10 milionów przełączeń. Dzięki temu szacowane prawdopodobieństwo awarii całego urządzenia automatycznie zostaje obniżone, nawet gdy rzeczywista liczba cykli łączeniowych jest znacząco większa.
Projekt uchwytu stanowił ważny punkt tworzenia konstrukcji. Właśnie ten element zapewnia mechaniczną wytrzymałość całego urządzenia – zarówno zabezpiecza przed obracaniem, jak i kompensuje siły przykładane przy montażu bloków styków i LED. Ochronę przed obracaniem daje metalowy pierścień uchwytu z rzędem ostrych zębów, które poprzez centralną śrubę mocującą amortyzują montowany materiał i w ten sposób zapewniają długotrwałą wytrzymałość. Projekt mechanizmu mocowań bloków styków i LED został zaakceptowany dopiero wówczas, gdy wyniki testów odporności na wibracje dalece przekroczyły obowiązujące standardy techniczne.

Rys. 5. Przejrzysty rysunek złożeniowy przełącznika z uchwytem oraz bloków styków lub LED

Komunikacja Fieldbus

W ostatnim kroku procesu projektowania skupiono się na włączeniu przycisków i lampek sterowniczych do popularnego systemu komunikacyjnego Totally Integrated Automation firmy Siemens. Podobnie jak we wcześniejszych wersjach, gotowe obudowy sterownicze, wyposażone w maksymalnie sześć przycisków i lampek sterowniczych, można podłączyć do AS-Interface. Standardowy płaski kabel AS-i zapewnia całe połączenie komunikacyjne, a w razie potrzeby również bezpieczną transmisję sygnału zatrzymania awaryjnego przez AS-i Safe. Przewidziano również połączenie fabrycznie okablowanej jednostki poprzez IO-Link. Dzięki tej opcji, do integracji wszelkich sygnałów z nadrzędnym systemem sterowania wystarczą jedynie trzy konwencjonalne przewody.

Rys. 6. Wysoka ochrona IP69K daje podstawę do zastosowań w wymagających warunkach przemysłowych

Narzędzia do projektowania

Po realizacji oczekiwań technicznych kolejnym krokiem było stworzenie konfiguratora – dodatkowo obniżającego koszty projektowania. Aplikacja w zaledwie kilku krokach pozwala na precyzyjne zdefiniowanie całych obudów sterowniczych, opierających się na konkretnych numerach zamówieniowych, oraz na wyszukanie w wygenerowanej liście elementów wszelkich danych istotnych w procesie projektowania dla każdego urządzenia, i to w różnych językach. Wszystkie informacje – od kart katalogowych i rysunków 2D/3D do certyfikatów i makr Eplan – są codziennie aktualizowane i dostępne online. Jeśli wymagana jest obudowa dostosowana do potrzeb klienta, istnieje możliwość zamówienia jej bezpośrednio u producenta i – dzięki generowanemu przez konfigurator unikalnemu numerowi – ponowienie zamówienia nawet po wielu latach z dowolnego miejsca na świecie. Wsparcie tego procesu zapewniają specjaliści Siemens, którzy oferują pomoc przy przejściu ze starszych produktów na nową serię urządzeń.

Rys. 7. Konfigurator pozwalający na intuicyjną obsługę przyspiesza dobór i zamówienie gotowych obudów sterowniczych

Podsumowanie

Nowa oferta przycisków i lampek sterowniczych Sirius Act oferuje szereg korzyści dotyczących wzornictwa, instalacji i połączenia, jak również obsługi i konserwacji. Szybki dostęp do danych wymaganych w dokumentacji projektu jest przydatny dla projektantów, zalety dotyczące montażu i połączenia ułatwiają pracę producentów maszyn i monterów, a z kolei trwałość i niskie prawdopodobieństwo awarii są ważnym aspektem odpowiadającym na wymagania klientów końcowych.

Andreas Thomas
Autor jest pracownikiem
dywizji Digital Factory firmy Siemens