مجله جم ترونیک
لیمیت سوئیچ چیست و چه کاربردی دارد؟
در سیستمهای صنعتی، نیاز به تشخیص موقعیت، شمارش یا توقف یک دستگاه در نقطه معین، یک امر همیشگی است. برای این منظور، به قطعهای نیاز است که بتواند به صورت فیزیکی، رسیدن یک جسم به یک حد خاص را تشخیص دهد و یک فرمان الکتریکی صادر کند. اینجاست که لیمیت سوئیچ وارد عمل میشود. این قطعات الکترومکانیکی به عنوان حسگرهای تماسی، وظیفه مهم کنترل حد و وضعیت را بر عهده دارند. در این نوشته به این میپردازیم که لیمیت سوئیچ چیست و چه ساختار و کاربردی دارد.
لیمیت سوئیچ چیست؟
لیمیت سوئیچ چیست؟ به زبان ساده، یک کلید الکترومکانیکی است که برای فعال شدن به نیروی فیزیکی یک جسم خارجی نیاز دارد. این قطعه را میتوان در دسته سنسورهای تماسی طبقهبندی کرد؛ یعنی برخلاف سنسورهای مجاورتی که حضور جسم را از فاصله تشخیص میدهند، لیمیت سوئیچ باید حتما با جسم مورد نظر (هدف) برخورد فیزیکی داشته باشد. نامگذاری این قطعه به «سوئیچ حد» یا «سوئیچ محدود کننده» (Limit Switch) نیز دقیقا به همین وظیفه اصلی آن، یعنی تشخیص یک «حد» در حرکت دستگاه، اشاره دارد.
زمانی که یک قطعه متحرک در ماشین، مانند بازوی ربات، درب، یا بخشی از نوار نقاله، به عملگر (Actuator) لیمیت سوئیچ برخورد میکند، نیروی مکانیکی وارد شده باعث تغییر وضعیت کنتاکتهای الکتریکی درون سوئیچ میشود. این تغییر وضعیت (از حالت نرمال باز به بسته، یا از نرمال بسته به باز) یک سیگنال الکتریکی به مدار کنترل ارسال میکند که میتواند منجر به توقف موتور، روشن شدن یک چراغ هشدار، یا شروع یک فرایند جدید شود. با وجود ظهور سنسورهای الکترونیکی، لیمیت سوئیچها به دلیل ساختار مقاوم، سادگی و قابلیت اطمینان بالا، همچنان جایگاه ثابتی در اتوماسیون صنعتی دارند.
کاربرد لیمیت سوئیچ
رایجترین کاربرد لیمیت سوئیچ، همانطور که از نامش پیدا است، محدود کردن بازه حرکت اجسام است. در هر سیستمی که نیاز به توقف دقیق یک قطعه متحرک در ابتدا یا انتهای مسیرش باشد، میتوان از این قطعات استفاده کرد. به عنوان مثال، در دربهای اتوماتیک پارکینگ، دو لیمیت سوئیچ مشخص میکنند که درب در حالت کاملا باز یا کاملا بسته چه زمانی باید متوقف شود. همچنین در آسانسورها برای تشخیص طبقات و حد نهایی حرکت کابین از آنها استفاده میشود.
دیگر کاربرد لیمیت سوئیچ، شمارش اقلام است. تصور کنید در یک خط تولید، محصولات از روی یک نوار نقاله عبور میکنند. با هر بار برخورد محصول به اهرم یک لیمیت سوئیچ، یک پالس الکتریکی به شمارنده ارسال میشود و تعداد کالای عبوری ثبت میگردد. در صنایع سنگینتر، کاربرد لیمیت سوئیچ اهمیت بیشتری پیدا میکند؛ در دستگاههایی مانند ماشینهای تراش خودکار (CNC)، ماشینهای برش، جرثقیلها و بالابرها، این سوئیچها به عنوان قطعکنندههای ایمنی عمل میکنند تا از حرکت بیش از حد مجاز دستگاه و آسیب به تجهیزات یا اپراتور جلوگیری کنند. در جکهای هیدرولیک نیز برای تنظیم حد بالا و پایین باز شدن جک استفاده میشوند.
همچنین برای خرید تک سوئیچ با قیمت مناسب کلیک کنید.
اجزای لیمیت سوئیچ
یک لیمیت سوئیچ استاندارد صنعتی از چند بخش اصلی تشکیل شده است که با هماهنگی هم، نیروی فیزیکی را به سیگنال الکتریکی تبدیل میکنند. شناخت این اجزا به درک بهتر نحوه عملکرد لیمیت سوئیچ کمک میکند. اگرچه طراحیهای گوناگونی وجود دارد، اما چهار بخش اصلی در اکثر آنها مشترک است. این قطعات معمولا در یک محفظه مقاوم فلزی یا رزینی (سوئیچ کیس) قرار میگیرند تا از مکانیزم داخلی در برابر گرد و غبار، رطوبت و ضربات محیط صنعتی محافظت کنند.
در جدول زیر، اجزای اصلی یک لیمیت سوئیچ تشریح شدهاند:
| نام قطعه | وظیفه اصلی | توضیحات |
| عملگر (Actuator) | بخش متحرک خارجی | اولین قسمتی است که با جسم برخورد میکند. در انواع مختلفی مانند اهرمی، غلتکی یا پیستونی وجود دارد. |
| بدنه یا کاور سوئیچ (Cover) | پوشش محافظ آببندی | معمولا یک پوشش لاستیکی است که از نفوذ رطوبت و گرد و غبار به اتصالات داخلی جلوگیری میکند. |
| سوئیچ داخلی (Built-in Switch) | مکانیزم اصلی تغییر وضعیت | نیروی دریافتی از عملگر را به کنتاکتهای الکتریکی منتقل کرده و باعث قطع یا وصل مدار میشود. |
| سوئیچ کِیس (Switch Case) | محفظه اصلی | بدنه مقاوم (معمولا فلزی) که تمام اجزای داخلی را برای مقاومت در شرایط سخت صنعتی در بر میگیرد. |
جنس این اجزا بسته به محیط استفاده متفاوت است. برای مثال، در محیطهای مرطوب مانند چاه آسانسور، از فولاد ضد زنگ استفاده میشود تا از زنگزدگی جلوگیری شود. در محیطهای با مواد شیمیایی، ممکن است از تیغههای مسی برای مقاومت در برابر خوردگی استفاده گردد.
نحوه عملکرد لیمیت سوئیچ
نحوه عملکرد لیمیت سوئیچ کاملا بر پایه یک فرایند مکانیکی استوار است. این فرایند در چند مرحله اتفاق میافتد. در حالت عادی (موقعیت اولیه)، عملگر سوئیچ در حالت استراحت قرار دارد و هیچ نیرویی به آن وارد نمیشود. کنتاکتهای داخلی نیز در وضعیت نرمال خود هستند (کنتاکت نرمال باز یا NO، قطع است و کنتاکت نرمال بسته یا NC، وصل است).
زمانی که یک جسم متحرک (مانند یک جعبه روی نوار نقاله) به عملگر سوئیچ (مثلا یک اهرم غلتکی) برخورد میکند، به آن نیروی فیزیکی وارد میکند. این نیرو باعث حرکت عملگر میشود. حرکت عملگر، از طریق یک پیستون داخلی، به مکانیزم سوئیچ داخلی منتقل میشود. وقتی حرکت عملگر به «نقطه عملیاتی» (Operating Point) میرسد، فنر داخلی سوئیچ به سرعت وضعیت کنتاکتها را معکوس میکند.
به عبارت دیگر، عملکرد لیمیت سوئیچ در این لحظه رخ میدهد: کنتاکت NC که وصل بود، قطع میشود و کنتاکت NO که قطع بود، وصل میگردد. این تغییر وضعیت، سیگنال الکتریکی مورد نیاز را به سیستم کنترل ارسال میکند. پس از عبور جسم و برداشته شدن نیرو از روی عملگر، مکانیزم فنری داخلی، عملگر را به «نقطه آزاد» (Release Point) بازمیگرداند و کنتاکتها فورا به حالت اولیه خود برمیگردند. این کارکرد لیمیت سوئیچ که مبتنی بر قطع و وصل سریع (Snap-action) است، دقت و اطمینان بالایی را فراهم میکند.
همچنین جهت خرید کلید کلنگی از جم ترونیک کلیک کنید.
انواع لیمیت سوئیچ
لیمیت سوئیچها بر اساس شکل و نوع «عملگر» خود دستهبندی میشوند. نوع عملگر تعیین میکند که سوئیچ چگونه و با چه نوع حرکتی از جانب جسم هدف، فعال خواهد شد. انتخاب نوع درست عملگر برای کاربرد لیمیت سوئیچ در یک سیستم، بسیار مهم است. برخی از رایجترین انواع لیمیت سوئیچ در صنعت عبارتند از مدلهای اهرمی، غلتکی و پیستونی.
علاوه بر اینها، میکروسوئیچها نیز وجود دارند. میکروسوئیچ در واقع یک نسخه بسیار کوچکتر از لیمیت سوئیچ استاندارد است که بیشتر در مدارهای کنترلی و فضاهای بسیار محدود به کار میرود. این مدلها به نیروی فیزیکی بسیار کمی برای فعالسازی نیاز دارند. درک تفاوت انواع لیمیت سوئیچ به انتخاب قطعه مناسب برای هر کاربرد کمک شایانی میکند.
در جدول زیر، انواع لیمیت سوئیچ بر اساس عملگر مقایسه شدهاند:
| نوع عملگر | شکل ظاهری | نحوه تحریک |
| پلانجر (Plunger) / فشاری | یک پیستون یا دکمه که به صورت مستقیم بیرون زده است. | جسم باید مستقیما و به صورت عمودی به نوک آن فشار وارد کند. |
| رولر (Roller) / غلتکی | یک غلتک کوچک که روی یک اهرم یا پیستون نصب شده است. | برای زمانی مناسب است که جسم از کنار یا با زاویه به سوئیچ برخورد میکند و روی آن میلغزد. |
| لِوِر (Lever) / اهرمی | یک بازوی فلزی (اهرم) با طول متغیر که در انتهای آن ممکن است غلتک باشد یا نباشد. | جسم به اهرم نیرو وارد کرده و آن را میچرخاند. حساسیت بالاتری دارد. |
| ویسکر (Whisker) / آنتنی (سوزنی) | یک میله بلند، نازک و انعطافپذیر شبیه به آنتن. | برای تشخیص اجسامی که موقعیت دقیقی ندارند؛ تماس با میله از هر جهتی آن را فعال میکند. |
مزایا و معایب لیمیت سوئیچ
لیمیت سوئیچها مانند هر تجهیز دیگری دارای نقاط قوت و ضعفی هستند که استفاده از آنها را در برخی موارد مناسب و در برخی دیگر نامناسب میسازد. بزرگترین مزیت این قطعات، مقاومت و سادگی آنها است. عملکرد لیمیت سوئیچ در محیطهای صنعتی خشن، جایی که گرد و غبار، روغن، یا لرزش وجود دارد، بسیار قابل اطمینان است. نصب آنها آسان است و به دلیل ساختار مکانیکی ساده، قیمت تمام شده پایینتری نسبت به سنسورهای الکترونیکی دارند. همچنین این سوئیچها قادرند جریانهای الکتریکی نسبتا بالایی را مستقیما قطع و وصل کنند، در حالی که بسیاری از سنسورها به رله واسط نیاز دارند. مصرف انرژی الکتریکی آنها نیز بسیار ناچیز است.
در طرف مقابل، بزرگترین عیب لیمیت سوئیچها، مکانیکی بودن و نیاز به تماس فیزیکی است. این تماس مستقیم به مرور زمان باعث فرسایش مکانیکی، هم در خود سوئیچ و هم در جسمی که با آن برخورد میکند، میشود. این استهلاک مکانیکی به این معنا است که لیمیت سوئیچها دارای عمر مفید محدودی (بر اساس تعداد قطع و وصل) هستند و نسبت به سنسورهای مجاورتی (که تماس ندارند) زودتر فرسوده میشوند. همچنین، سرعت قطع و وصل آنها محدود است و در کاربردهای بسیار سریع، شاید نتوانند به درستی عمل کنند. با این حال، به دلیل مزایایی چون قیمت، سادگی و اطمینان، همچنان به طور گسترده مورد استفاده قرار میگیرند.
برای خرید و اطلاع از قیمت میکروسوئیچ کلیک کنید.
جمع بندی
لیمیت سوئیچها، با وجود سادگی ظاهری، ابزارهای کنترلی مهمی در اتوماسیون صنعتی هستند. این قطعات با تشخیص فیزیکی حضور یا حد حرکت، فرمانهای توقف، شمارش و موقعیتیابی را صادر میکنند. انتخاب درست نوع عملگر و درک کارکرد لیمیت سوئیچ، برای اطمینان از صحت عملکرد سیستم بسیار مهم است.
جم ترونیک، به عنوان یکی از بزرگترین ارائهدهندگان انواع ماژولها، سنسورها و قطعات الکترونیک در ایران، صمیمانه از همراهی شما تا پایان این مقاله سپاسگزار است.
همچنین بخوانید: دیاک چیست؟
سوالات متداول
- لیمیت سوئیچ در چه دستگاههایی بیشتر استفاده میشود؟
این سوئیچها به طور گسترده در نوار نقالهها (برای شمارش یا توقف)، آسانسورها (تعیین موقعیت کابین)، ماشینهای تراش و برش (تعیین حد حرکت ابزار) و دربهای اتوماتیک پارکینگ (توقف در انتهای مسیر) استفاده میشوند.
- لیمیت سوئیچ چگونه میتواند باعث افزایش ایمنی در سیستمها شود؟
این قطعات به عنوان یک سیستم توقف اضطراری فیزیکی عمل میکنند. آنها اطمینان میدهند که بخشهای متحرک ماشین هرگز از محدوده ایمن خود فراتر نمیروند و به این ترتیب از آسیب به تجهیزات گرانقیمت یا اپراتور جلوگیری میکنند.
- چه عواملی میتوانند باعث خرابی یا عملکرد نادرست لیمیت سوئیچ شوند؟
شایعترین عامل، فرسودگی مکانیکی به دلیل میلیونها بار قطع و وصل است. همچنین، تجمع گرد و غبار یا کثیفی میتواند مانع حرکت صحیح عملگر شود. سیمکشی نادرست یا شل شدن اتصالات و اعمال نیروی بیش از حد به عملگر نیز باعث خرابی میشود.
- تفاوت اصلی لیمیت سوئیچ و سنسور مجاورتی چیست؟
لیمیت سوئیچ چیست؟ یک حسگر تماسی (مکانیکی) است و باید با جسم برخورد کند. سنسور مجاورتی (مانند القایی یا خازنی) یک حسگر غیرتماسی (الکترونیکی) است و حضور جسم را بدون نیاز به برخورد و از فاصله تشخیص میدهد.
