Jste zde

Kapacitní dotyková tlačítka pro průmyslové rozvaděče a stroje

Antonín Vojáček, 4. Leden 2016 - 0:00

Kapacitní dotyková tlačítka se postupně stávají alternativou k běžným mechanickým tlačítkům. Zvláště pak v aplikacích vyžadujících vysokou mechanickou odolnost nebo vysoký stupeň krytí mohou být pro konstruktéra stroje velmi zajímavým a funkčním řešením.

Co je kapacitní dotykové tlačítko?

Kapacitní dotykové tlačítko je ovládací dvoustavový spínač typu zapnuto / vypnuto ovládaný nikoliv silovým stiskem aktivujícím mechanický spínací mechanismus, ale nesilovým dotykem či případně jen přiblížením ke snímací plošce. Tlačítko využívá měření změny kapacity způsobené přiblížením elektricky vodivého předmětu, tedy i lidské kůže.

Tlačítko přitom může vypadat a plnit všechny běžné a stejné funkce jako klasická mechanická tlačítka. Obecně mohou být vyrobena v různých geometrických tvarech, včetně nejpoužívanějšího kruhového, v libovolných barvách, mohou obsahovat různé pikrogramy, být v nepodsvíceném i podsvíceném provedení s LED. Možná jsou též provedení s braillovým písmem pro handicapované osoby. Někteří výrobci dotyková tlačítka vyrábějí i ve stejných rozměrech jako standardizované mechanické tlačítko, tedy například v kulatém pouzdře pro vestavný otvor panelu o průměru 22 mm.

Možnosti použití kapacitního dotykového tlačítka v průmyslu

Kapacitní dotyková tlačítka mohou být použita jako ovládací tlačítka na stacionárních i mobilních strojích a zařízeních i jako odolnější náhrada za mechanická tlačítka. Typickými příklady jsou START a STOP tlačítka pro aktivaci / deaktivaci nebo pro otevírání / zavírání vrat, jako ovládací tlačítka na mobilních strojích a přívěsných vozících.

Protože ve své konstrukci neobsahují žádné pohyblivé mechanické prvky a jde jen o čistě elektronický systém, tak ve srovnání s mechanickými spínači nemají žádné opotřebení. Jejich životnost tedy nezávisí na četnosti používání (množství stisků), ale pouze jen na životnosti (degradaci) materiálu obalu tlačítek a vnitřních intergovaných obvodů, což je v řádu deseti a více let (v závislosti na okolním prostředí).

Nepřítomností mechanických pohyblivých částí v tlačítku lze navíc velmi snadno vyrobit i kompletní prachu, vodě i vzduchu neprodyšné provedení s krytím až IP69k odolné proti mytí tlakovou vodou a s venkovní úpravou i pro použití ve velmi čistých dezinfikovaných prostorách (např. v potravinářské průmyslu a zdravotnictví).

Dotyková tlačítka IFM řady KT5xxx

Velký sortiment různých průmyslových dotykových tlačítek do panelů a různých rozvaděčových skříních lze nalézt v nabídce německé společnosti IFM.

Základní nabídku IFM lze pak rozdělit na dvě kategorie:

Statická dotyková tlačítka - mají systém statického elektronického vyhodnocení dotyku, tzn. že detekují ruce a objekty trvale, tedy tak dlouho, dokud je snímací plocha aktivována.
Dynamická dotyková tlačítka - mají systém dynamického elektronického vyhodnocení dotyku, tzn. že detekují jen krátkodobou změnu kapacity, tedy např. přibližující se lidskou ruku.

Příklady provedení pouzder i připojovacích kabelů dotykových tlačítek IFM KT5xxx.

Statická dotyková tlačítka (například typy IFM KT5005, KT5006, KT5012, KT5013, KT5305, KT5105) detekují ruce a objekty dokonce i přes sklo, kde je aktivní (snímací) plocha zakryta. To poskytuje např. ochranu proti vandalismu. Elektrický výstup tlačítka je pak sepnutý trvale během jeho aktivace nebo u provedení s bistabilním principem vyhodnocení se výstup při aktivaci střídavě přepíná mezi stavem zapnuto a vypnuto. Zde stačí pro zapnutí a vypnutí snímače pouze krátký, letmý dotek.

Dynamická dotyková tlačítka (například typy IFM KT5001, KT5002, KT5009, KT5010, KT5011, KT5301, KT5109) pak detekují jen změnu kapacity, tedy přibližující se lidskou ruku a sepnutí jejich výstupu má vždy pevnou časovou délku 300 ms. Tak do značné míry potlačují rušení a s tím spojené poruchy způsobované např. vodou, vrstvami ledu nebo cizími tělesy. Nicméně spouštění jednorázovými nebo pracovními rukavicemi je stále možné.

V obou případech statických i dynamických tlačítek je jejich pouzdro odolné vůči olejům a dotyková plocha z materiálu Grilamid TR 90UV je odolná proti nárazům a poškrábání. Nabízí se i v provedení krytí IP 69K a s indikační LED diodou jako automatickou indikaci zpětné vazby (signalizace aktivace senzoru) nebo kterou lze ovládat samostatně. Tak mohou být použity i např. pro signalizaci stavu strojů a zařízení. Případné symboly na aktivní/snímací ploše lze vybrat samostatně při objednání a v nabídce jsou i provedení pouzdra pro přímou jednoduchou montáž do panelu / skříně s otvorem o průměru 22,5 mm díky závitu M22 x 1,5.

Z elektrického pohledu jsou všechna dotyková tlačítka IFM KT určena pro napájení stejnosměrným napětím v rozsahu 12 až 30 DC a opatřena výstupním spínacím tranzistorovým PNP kontaktem pro určený pro zatížení max. 4,8 W (při napětí 24 VDC max. proudem 200 mA). Obsahují však elektronickou ochranu proti přetížení i přepólování. Reakční doba výstupu aktivací tlačítka je 35 ms, přičemž u dynamického systému vyhodnocení je doba sepnutí pevně 300 ms. U statického vyhodnocení doba sepnutí odpovídá době aktivaci (dotyku) tlačítka nebo v případě bistabilního režimu se výstup při každé aktivaci překlopí do opačného stavu. Elektrické propojení tlačítek probíhá 3- nebo 4-vodičovým kabelem (verze bez nebo s ovládáním indikační LED) zakončený vodiči nebo kruhovým Euro konektorem.

Elektrické připojení dotykových tlačítek je velmi jednoduché a připomíná zapojení jiných snímačů detekce priblížení předmětů.

Základní parametry dotykových tlačítek IFM KT5xxxx:

Princip: detekce dotyku změnou kapacity snímací elektrody
Spínací el. výstup: DC PNP, max. zatížení 24 VDC / 200 mA
Doba zpoždění po zapnutí: 500 ms
Reakční doba: 35 ms
Napájení: 24 DC (12...30 DC), spotřeba cca 30 mA
El. připojení: 3- nebo 4-vodičový kabel
Provozní teplota: -40 až 85 °C
Indikační LED diody: červená nebo zelená
Parametr životnosti MTTF: 352 let
Materiál dotykové plochy: polyamid Grilamid TR 90UV.
Materiál pouzdra (dle konkrétního typu): polykarbonát-ABS, plast PA66 GF30, nerezová ocel (1.4404).
Stupeň krytí: IP 65 / IP 67 / IP 69K
Rozměry: dle konkrétního provedení pouzdra

Ukázka dvou základních typů provedení pouzdra, které je k dispozici jak pro verzi se statickým, tak i pro verzi s dynamickým vyhodnocením stisku.

Závěr:

Kapacitní dotyková tlačítka jsou zajímavou alternativou ke klasickým elektromechanickým tlačítkům v průmyslových strojích a zařízeních. Zatím nejsou díky své vysoké ceně cca 1500 - 3500,- Kč bez DPH jejich přímým protivníkem v běžných aplikacích. V potravinářském průmyslu, zdravotnictví či farmacii však jejich vysokou cenu vyváží jejich vysoká odolnost a možnost provedení v krytí IP69k pro potřeby tlakového nebo chemického čištění, při kterém běžná mechanická tlačítka moc dlouho nevydrží.

V budoucnu však bude jejich cena jistě rychle klesat. Myslím si, že cena cca 500,- Kč/ks by mohla "za pár let" být celkem běžná. Pak by jejich masovému nasazení již nemělo nic bránit.