Как выбрать кнопочные переключатели для панелей управления упаковочных машин

В данном руководстве описаны распространенные инженерные практики при проектировании упаковочного оборудования и указаны технические характеристики, которые следует уточнить перед заказом. Оно не заменяет собой собственную электрическую схему машины, оценку рисков или проверку на соответствие стандартам, и окончательная конфигурация любого рабочего места должна соответствовать этим требованиям.

Почему панели упаковочных машин — особый случай

Кнопка на упаковочной машине выглядит как любая другая промышленная кнопка диаметром 22 мм. Но в процессе эксплуатации это не так.

Линия розлива работает в три смены. Оператор нажимает кнопки «Старт», «Пошаговое управление» и «Сброс» тысячи раз в неделю, часто в перчатках, часто мокрыми руками, на раме, которая вибрирует от уплотнительных зажимов и привода конвейера. В конце смены вся панель обрабатывается хлорсодержащим чистящим средством. При этом сама кнопка может передавать всего несколько миллиампер на входную плату ПЛК — нагрузка настолько мала, что надежность контакта становится отдельной спецификацией.

Именно это сочетание большого количества циклов, интенсивной очистки, вибрации и очень низкого тока переключения отличает упаковочную технику от техники общего промышленного назначения. В этом руководстве рассматриваются решения в том порядке, в котором их обычно принимает производитель оборудования.

Оборудование, включенное в перечень: машины для розлива и укупорки, машины для запечатывания, этикетировочные машины, картонажные машины, упаковочные машины и термоусадочные туннели, паллетизаторы, а также конвейерные системы, соединяющие их.

1. Начните с функции управления.

Определите, какую функцию должна выполнять каждая кнопка, и на основе этого будут заданы механическое действие и конфигурация контактов.

Это распространённые варианты расположения проводов, а не универсальные правила электромонтажа.

Один принцип стоит озвучить прямо, поскольку это не вопрос стиля: обычная функция «Стоп» обычно основана на нормально замкнутом контакте , так что обрыв провода или нарушение соединения останавливают машину, а не отключают функцию остановки. Именно эта отказоустойчивая логика объясняет, почему кнопка «Стоп» и кнопка «Старт» не являются взаимозаменяемыми деталями, хотя внешне с обратной стороны панели они выглядят одинаково.

2. Цветовая кодировка: что на самом деле говорится в IEC 60204-1

Практически каждая упаковочная машина в мире использует зеленую кнопку «Старт» и красную кнопку «Стоп». Большинство инженеров считают, что именно этого требует стандарт. Это не так.

В соответствии с IEC 60204-1, раздел 10.2.1:

• Приводные элементы START/ON должны быть белого, серого, черного или зеленого цвета, предпочтительно белого . Красный цвет использовать нельзя.
• Приводные элементы СТОП/ВЫКЛ должны быть черного, серого или белого цвета, предпочтительно черного . Зеленый цвет использовать нельзя. Красный цвет допускается, но стандарт не рекомендует использовать красный цвет вблизи устройств аварийного управления.
• Приводные элементы сброса должны быть синего, белого, серого или черного цвета. Если механизм сброса также выполняет функцию остановки, предпочтительнее использовать черный цвет, зеленый использовать не следует.
• Кнопки Jog, предназначенные для управления движением с помощью удержания , должны быть белого, серого или черного цвета. Красные, желтые и зеленые цвета использовать нельзя.
• Красный цвет на жёлтом фоне зарезервирован исключительно для устройств, используемых в аварийных ситуациях.
• Желтый цвет используется в случае нештатных ситуаций, например, при прерывании автоматического цикла.
• Если один и тот же цвет используется для нескольких функций, следует использовать дополнительное средство идентификации — форму, положение или символ.

Два практических следствия для упаковочных панелей:

Зеленый пуск / красная остановка допустимы, но это не является предпочтительным вариантом согласно стандарту. Они по-прежнему чрезвычайно распространены и широко приняты операторами. Суть в том, чтобы это было осознанным решением, зафиксированным в проектной документации, а не решением по умолчанию, которое никто не проверял. Если красная остановка находится рядом с аварийной остановкой, следует пересмотреть это решение — именно этот случай специально отмечен стандартом.

Использование зеленой кнопки Jog не допускается. Для приводов с функцией удержания кнопки не допускаются красные, желтые и зеленые кнопки. Это наиболее распространенное несоответствие на панелях упаковочных машин, и его устранение на этапе спецификации ничего не стоит.

3. Низкотоковые входы ПЛК и контактное покрытие.

Это наиболее распространенная причина ошибки “кнопка работает нормально, но машина не реагирует” на упаковочном оборудовании, и она редко описывается в общих руководствах по эксплуатации кнопочных устройств.

Кнопка, подключенная к цифровой входной плате, переключает сухую цепь — обычно 24 В постоянного тока с силой тока в несколько миллиампер. При таком уровне тока дуга практически отсутствует. На обычном серебряном или серебряно-сплавном контакте микродуга, возникающая при более высоких токах, сжигает оксидные и сульфидные пленки, образующиеся на поверхности контакта. Если дуга исчезнет, контакт больше не будет очищаться. В течение нескольких месяцев — быстрее во влажных помещениях, еще быстрее там, где присутствуют чистящие средства, содержащие серу, или картонная пыль — сопротивление контакта может возрастать до тех пор, пока входная плата перестанет считывать надежный сигнал. Кнопка при этом продолжает щелкать. Аппарат периодически выдает ошибки.

Номинальная нагрузка контактного блока указывает на максимальную коммутируемую нагрузку. Она ничего не говорит о минимальной коммутируемой нагрузке, которую он может надежно переключать. Это отдельные характеристики, и минимальная коммутационная способность значительно различается в зависимости от семейства переключателей и контактных систем.

Практический подход:

• Подключение напрямую к входу ПЛК или электронному контроллеру — проверьте потребляемый входной платой ток на соответствие указанной минимальной коммутационной способности контактного блока. В случаях, когда запас прочности невелик, для этой задачи предназначены позолоченные, позолоченные или «низкоуровневые» контактные блоки, обеспечивающие более стабильное контактное сопротивление при токах сигнального уровня.
• Для управления катушкой реле или контактора обычно подходят стандартные контакты из серебряного сплава. Ток достаточно высок, чтобы контакты оставались чистыми, а золотое покрытие в любом случае будет разрушаться от электрической дуги.
• Смешанные панели — обычно на одном станке указываются оба типа. Выбирайте блоки по отдельности, а не заказывайте один и тот же артикул для всех панелей.
• Попросите поставщика предоставить в письменном виде минимальную коммутационную способность . Если она не указана в техническом описании, запросите её. Указание, например, 10 А / 250 В переменного тока, не даст ответа на вопрос.

4. Рабочая частота и рабочий ресурс

Количество циклов работы может сильно различаться в зависимости от позиции на одной и той же панели. Установка одного значения ресурса приводит к перерасходу ресурсов в одном месте и к сбоям в другом.

• Запуск/остановка — несколько десятков операций за смену. Стандартных показателей обычно достаточно.
• Число ошибок, приводящих к сбросу, резко возрастает с увеличением частоты переналадок и неисправностей в склейке пленки. На загруженном упаковочном цехе это число может достигать сотен за смену.
• Шаг регулировки / дюйм — самый высокий показатель на панели с большим отрывом. Используется непрерывно во время заправки, переналадки и устранения замятий, часто в течение нескольких сотен нажатий за одну установку.

Механический и электрический ресурс проверяются отдельно. Механический ресурс описывает рабочие циклы, на которые рассчитан механизм; электрический ресурс зависит от коммутируемой нагрузки и указывается отдельно. Классы ресурса существенно различаются в зависимости от серии переключателей, и для положений «Поворот» и «Сброс» на линии с высокой частотой переключения указание более высокого класса является одним из самых дешевых способов повышения надежности.

На устройствах с подсветкой также проверьте срок службы светодиодов и возможность замены лампового модуля с лицевой стороны без снятия устройства с панели.

5. Мойка, чистящие средства и материалы.

Для упаковки продуктов питания и напитков этот раздел важнее любого другого, и одного лишь IP-адреса недостаточно для ответа.

Что включает в себя степень защиты IP

• Степень защиты IP65 — струи воды из сопла. Подходит для сухой или слегка протертой вторичной упаковки.
• IP66 — мощные струи воды. Разумный базовый уровень для помещений с повышенной влажностью.
• IP67 — временное погружение. Подходит для случаев, когда панели расположены низко и могут находиться в воде.
• IP69K — защита от воздействия воды под высоким давлением и высокой температурой на близком расстоянии, используется на предприятиях по переработке мяса, молочных продуктов и готовых блюд.

Степень защиты IP описывает уровень защиты от проникновения влаги и пыли. Она ничего не говорит о том, как чистящее средство воздействует на материалы коммутатора, и поставщики оборудования обычно оценивают химическую совместимость отдельно.

Как правило, первым выходит из строя уплотнительный материал.

В обычных методах очистки используются гипохлорит натрия, пероксиуксусная кислота, каустическая сода или четвертичные аммониевые соединения, часто в горячем состоянии. Эластомеры реагируют совершенно по-разному, и приведенные ниже рекомендации носят лишь общий характер — совместимость зависит от концентрации, температуры и времени контакта:

• НБР (нитрил) — материал, используемый по умолчанию в промышленных приборах общего назначения. Хорошо подходит для работы с маслами, но, как правило, обладает низкой устойчивостью к сильным окислителям и горячим щелочам.
• EPDM — как правило, лучше переносит воздействие кислот, щелочей, горячей воды и пара. Плохо переносит воздействие минеральных масел.
• Силикон (VMQ) — широкий температурный диапазон, хорошо переносит горячую воду, но механически мягче.
• ФКМ (фторэластомер) — обладает широкой химической стойкостью, включая кислоты и масла, но менее устойчив к горячим щелочам и пару.

Наиболее эффективный подход заключается в том, чтобы предоставить поставщику фактические химические вещества, их концентрацию и температуру, используемые на линии, и получить подтверждение соответствия материала уплотнения этим данным. Поставщик, который указывает только степень защиты IP и не обсуждает совместимость уплотнений, не подходит для работы в пищевой промышленности.

Марка металла и геометрия поверхности

Нержавеющая сталь часто используется в местах, подверженных воздействию моющих средств. Как правило, сталь марки 316 обладает лучшей устойчивостью к воздействию хлоридов, чем сталь марки 304 , хотя выбор подходящей марки все же зависит от химических веществ, их концентрации, температуры и времени воздействия на трубопровод. Латунь с покрытием и цинковый сплав обычно не подходят для регулярной мойки.

Также следует учитывать геометрию поверхности: гладкие, без зазоров передние панели обеспечивают более легкий сток воды и лучшую очистку, чем глубоко утопленные или сильно защищенные головки, а наклонное или вертикальное крепление предотвращает скопление воды вокруг рамки. Если панель соответствует требованиям гигиенического проектирования, то к корпусу в целом применяются рекомендации EHEDG или 3-A.

6. Вибрация, температура и монтаж

Зажимные губки, режущие механизмы, вибрационные подающие устройства и приводы передают непрерывную вибрацию в раму станка. Если панель установлена на станке, а не на отдельной подставке, проверьте надежность фиксации контактного блока, тип клемм и наличие защиты от вращения, а также запросите у производителя данные о вибрации. Пружинные или вставные клеммы могут быть полезны, поскольку они не зависят от поддержания момента затяжки винтов, хотя выбор клемм должен соответствовать стандарту проводки производителя панели.

Необходимо подтвердить диапазон рабочих температур, при которых машина работает в холодильном или морозильном цехе, рядом с термоусадочным туннелем или в зоне горячего розлива. Уплотнения затвердевают при низких температурах, и при каждом цикле прогрева образуется конденсат, поэтому температуру и материал уплотнения следует учитывать совместно.

7. Кнопки с подсветкой

Кнопки с подсветкой отображают состояние и действие на одной панели — кнопка, сбрасывающая ошибку, также показывает, что ошибка существует. Типичные варианты использования на упаковочных машинах: готовность машины, запущен цикл, требуется сброс, активен ручной режим, защитная решетка открыта.

Стили освещения:

• Кольцевая подсветка — видна под углом; цвет головки остается читаемым, когда подсветка выключена.
• Точечное освещение — компактное, с меньшим визуальным весом, подходит для панелей с высокой плотностью размещения.
• Полная подсветка лица — максимальная видимость на расстоянии, полезна на длинных конвейерных линиях.

Подбирайте светодиод под цепь управления, а не только под источник питания

Это распространенная, но дорогостоящая ошибка. Машина, питаемая от сети переменного тока 230 В, часто использует схему управления на 24 В постоянного тока, и в этом случае для подсвечиваемой кнопки нужен светодиод на 24 В постоянного тока , а не на 230 В. Спереди они выглядят одинаково.

Перед оформлением заказа подтвердите заказ:

1. Номинальное напряжение светодиода, переменный или постоянный ток.
2. Встроенный резистор или светодиод без резистора
3. Полярность, где это применимо
4. Внутренняя схема светодиода и схема подключения.

Технические характеристики светодиода и номинальные параметры контактов являются отдельными параметрами для одного и того же устройства.

8. Монтажные размеры и пространство на панели

22 мм — один из наиболее распространенных размеров в промышленном оборудовании, предлагающий самый широкий выбор контактных блоков, модулей ламп, защитных кожухов и табличек с надписями. Это практичная отправная точка для большинства упаковочных панелей, но она не является автоматически подходящей для каждой машины.

Помимо диаметра отверстия, необходимо уточнить диапазон толщины панели, глубину установки с задней стороны, включая расположение контактных блоков и радиус изгиба проводки, расстояние между центрами контактов и требования к защите от проворачивания. Зачастую именно пространство с задней стороны является ограничивающим фактором, определяющим точный размер.

9. Металл или пластик?

Оба варианта являются допустимыми для упаковочного оборудования, и правильный ответ обычно зависит от расположения, а не от типа машины.

Металл (нержавеющая сталь, алюминий, латунь) подходит для открытых рабочих мест оператора, мест, подверженных физическим ударам от продукции или тележек, для компактного дизайна машин и — при наличии соответствующего класса прочности — для сложных влажных условий. Антивандальные версии подходят для линий, работающих без присмотра. Стоимость выше, а вариантов цвета головки обычно меньше.

Пластик (ПА, ПК, АБС) подходит для многопозиционных панелей, где важна стоимость за позицию, обеспечивает полный спектр цветов приводов, необходимых для цветовой кодировки, легче и обладает электроизоляционными свойствами, а также предлагает самый широкий выбор вариантов с подсветкой и табличек с обозначениями. Некоторые марки пластика подвержены воздействию растворителей и сильнодействующих чистящих средств.

Пластик не обязательно означает более низкое качество. Распространенное решение – использование пластика для основных функций оператора, где важна цветовая кодировка, и нержавеющей стали для зон, подверженных мойке, и открытых подвесных пультов управления.

10. Аварийный останов — это отдельная функция безопасности

Стандартная красная кнопка не должна заменять устройство аварийной остановки. Аварийные выключатели являются специализированными компонентами безопасности, для которых существуют свои требования в соответствии со стандартом EN ISO 13850 и соответствующими разделами IEC 60947-5.

К характеристикам устройств аварийного останова относятся:

• Красный приводной элемент на желтом фоне , предназначенный исключительно для этой цели.
• Грибовидный или пальмовый привод , размеры которого позволяют управлять им без особой точности.
• Фиксация осуществляется с преднамеренным ручным разблокированием — поворотом, потягиванием или ключом.
• Прямое размыкание контактов с нормально замкнутым контуром, благодаря чему контакты механически раздвигаются, даже если они приварены. Это характеристика, которую чаще всего упускают на этапе заказа, и она указана на контактном блоке.
• Постоянная доступность и беспрепятственный доступ с рабочих мест операторов.
• Освобождение устройства само по себе не должно приводить к перезагрузке машины.

Схема контактов, архитектура защитного реле или защитного ПЛК, категория остановки и требуемый уровень производительности в соответствии со стандартом ISO 13849-1 определяются на основе оценки рисков машины, а не из каталога компонентов. На длинных упаковочных линиях следует заранее планировать места аварийной остановки: на подающем участке, на рабочем месте оператора, на разгрузочном участке и в каждой точке, куда оператор может дотянуться, чтобы устранить затор.

См. также: Кнопки аварийной остановки · Крышки аварийной остановки

11. Конструкция с учетом оператора

Даже технически исправный переключатель может создавать некачественный интерфейс.

• Работа в перчатках является обычным делом в холодильных камерах и пищевых помещениях. Выступающие головки, больший диаметр и достаточное расстояние между ними способствуют этому; емкостные сенсорные переключатели, как правило, являются плохим выбором, если используются толстые или мокрые перчатки.
• Предотвратите случайное срабатывание пресса, если оно непреднамеренно приводит к значительным затратам — используйте утопленные головки, защитные кольца, ограждения или элементы управления с ключом.
• Грибовидные головки следует оставлять для аварийной остановки, чтобы форма имела однозначное значение.
• Обеспечьте единообразие компоновки на всех машинах в линии. Оператору, переходящему с машины для розлива на картонажную машину, не должно приходиться заново изучать расположение панелей.
• Надписи следует выгравировать или нанести лазером. Клейкие этикетки не выдерживают мойки, а отсутствие маркировки на контрольном образце представляет опасность.

12. Пример: панель управления упаковочной машиной flow-wrapper

Представленная информация носит исключительно иллюстративный характер. Окончательная конфигурация определяется на основе электрической схемы машины и оценки рисков.

В тех случаях, когда эти элементы управления подключаются непосредственно к входам ПЛК, проверьте контактные блоки на соответствие характеристикам переключения входной платы. Для влажных помещений добавьте требуемый класс защиты IP, материал уплотнителя и материал лицевой панели.

13. Подтвердите спецификацию перед оформлением заказа

Механические характеристики — диаметр выреза · толщина панели · доступная глубина задней части · тип головки · материал корпуса · требования к защите от проворачивания

Электрические характеристики — кратковременное или постоянное включение · Конфигурация NO/NC · Максимальная контактная нагрузка · Минимальная коммутационная способность · Вход ПЛК или нагрузка катушки · Требуемый механический и электрический срок службы · Напряжение светодиода, переменный/постоянный ток, встроенный резистор, полярность · Тип клемм

Условия эксплуатации — требуемый класс защиты IP · воздействие пыли и воды · давление и температура промывки · чистящие средства и их концентрация · материал уплотнений · диапазон рабочих температур · условия вибрации

Интерфейс оператора — цветовая схема и обозначение цвета привода · Цвет светодиодов · Стиль освещения · Работа в перчатках · Текст легенды и способ маркировки

Коммерческий сегмент — необходимые сертификаты · объем и годовой спрос · маркировка на заказ · требования к кабелю или предварительной сборке

Часто задаваемые вопросы

Можно ли использовать стандартную красную кнопку в качестве аварийной остановки? Нет. Аварийный останов — это специальное защитное устройство с фиксацией, ручным разблокированием, красным приводом на желтом фоне и контактами с прямым размыканием, соответствующее стандарту EN ISO 13850. Стандартная кнопка мгновенного действия не соответствует ни одному из этих требований.

Почему кнопка работает с перебоями, хотя в норме функционирует исправно? В цепях ввода ПЛК с низким током одной из распространенных причин является повышение контактного сопротивления из-за оксидной или сульфидной пленки, поскольку тока недостаточно для образования дуги, которая в противном случае поддерживала бы чистоту контактной поверхности. Проверьте минимальную коммутационную способность контактного блока в сравнении с фактическим входным током и рассмотрите вариант с позолоченными или низковольтными контактами.

Требует ли стандарт IEC 60204-1 наличия зеленой кнопки «Пуск»? Нет. В стандарте указаны допустимые цвета для кнопок «Пуск»/«Включение»: белый, серый, черный или зеленый, при этом предпочтение отдается белому. Зеленый цвет разрешен и широко используется, но не является предпочтительным цветом стандарта. Красный цвет для кнопки «Пуск» использовать нельзя.

Какой класс защиты IP необходим для линии упаковки пищевых продуктов? Для вторичной упаковки и сухих помещений часто достаточно IP65 или IP66; для зон с интенсивным горячим промыванием под высоким давлением обычно требуется IP69K. В любом случае, помимо класса защиты IP, необходимо отдельно проверить совместимость материала уплотнения и корпуса с чистящими средствами.

Металл или пластик для зоны мойки? Чаще всего выбирают нержавеющую сталь, при этом сталь марки 316, как правило, показывает лучшие результаты, чем 304, при использовании чистящих средств, содержащих хлориды. Выбор подходящей марки зависит от используемых химикатов, их концентрации, температуры и времени воздействия на вашем трубопроводе, поэтому уточните это, сравнив с фактическим режимом очистки.

Всегда ли 22 мм — подходящий размер? Это наиболее практичный вариант по умолчанию из-за доступности комплектующих и поставок запасных частей по всему миру, но 16 мм и 19 мм подходят в тех случаях, когда пространство на панели или размеры станка не позволяют их использовать. Глубина установки сзади часто является решающим фактором.

Подтвердите вашу конфигурацию

Компания CDOE производит кнопочные переключатели, аварийные выключатели, селекторные переключатели и индикаторные лампы с 2003 года, поставляя продукцию производителям оборудования и дистрибьюторам в США, Италии, Турции, Южной Корее, Южной Африке и других странах. Продукция сертифицирована по стандартам UL, CE, RoHS, ISO 9001, TÜV, CCC и SGS.

Отправьте нам следующую информацию, и наши инженеры в течение 24 часов предложат вам конфигурацию, номера деталей и цены:

1. Тип и область применения машины
2. Размеры выреза в панели и толщина панели
3. Управляющее напряжение, а также тип подключения кнопок: к входам ПЛК или к катушкам реле.
4. Для каждой должности требуется определенная конфигурация контактов.
5. Степень защиты IP, чистящие средства и рабочая температура
6. Годовой объем и любые требования к индивидуальной настройке.

Не уверены во всех деталях? Пришлите тип оборудования и фотографию существующей панели, и мы вместе с вами все уточним.

Запросить проверку конфигурации →

Обзор: кнопочные переключатели · Металлические кнопочные переключатели · Пластиковые кнопочные переключатели · Кнопки аварийной остановки · Переключатели выбора режима работы · Индикаторы и сигнализация · Водонепроницаемые кнопочные переключатели