Les interrupteurs et les boutons mécaniques répondent aux exigences de conception critiques

Par Bill Giovino

Avec la contribution de Rédacteurs nord-américains de Digi-Key

Les écrans tactiles et les commutateurs à membrane sont utiles pour les panneaux de commande extra-plats et visuels. Toutefois, certaines applications exigent que les concepteurs mettent l'accent sur la sécurité, la facilité d'accès, la commutation de tensions ou de courants élevés, une configuration connue à la mise sous tension, ou la robustesse. Dans de telles situations, les boutons et les interrupteurs mécaniques sont souvent une solution idéale, mais les concepteurs doivent faire preuve de prudence dans leurs choix.

Il existe de nombreux types d'interrupteurs mécaniques, dont la forme, le style, la taille, la fonction, les capacités de puissance et le comportement mécanique varient. Cet article vise à aider les concepteurs à faire le tri dans les paramètres de sélection et à comprendre comment appliquer au mieux les derniers dispositifs.

Quel interrupteur, quel bouton ?

Pour déterminer l'interrupteur le mieux adapté, il convient de déterminer les exigences du système. Pour trouver l'interrupteur mécanique adapté à votre application, vous devez d'abord identifier le format d'interrupteur répondant aux besoins physiques et ergonomiques. Puis, vous devez choisir un interrupteur qui présente les spécifications électriques et environnementales appropriées pour le format choisi.

Arrêt d'urgence

Un exemple de sécurité évident est le bouton d'arrêt d'urgence. Bon nombre de systèmes industriels doivent absolument présenter un gros bouton rouge ou orange avec les mots « Arrêt d'urgence » écrits en grosses lettres bien visibles. Ce bouton doit être placé de façon évidente, offrir un accès et une activation faciles, et présenter une rétroaction tactile claire pour confirmer la commutation. Le non-respect de ces critères peut s'avérer dangereux dans certains environnements industriels.

Pour cette application, le bouton-poussoir d'arrêt d'urgence Lumotast 16 de RAFI USA est une excellente solution. Ce bouton NO (normalement ouvert) est un gros bouton de type champignon à la forme conique familière (Figure 1). Lorsqu'un opérateur appuie sur ce bouton, les deux contacts en argent se connectent, se verrouillent et restent en contact, même lorsque l'opérateur retire sa main. Pour réinitialiser le bouton en position ouverte, la tête bombée doit être tournée dans un sens ou dans l'autre.

Image du bouton d'arrêt d'urgence Lumotast 16 de RAFI USA

Figure 1 : Le bouton d'arrêt d'urgence Lumotast 16 de RAFI USA est simple à installer et s'adapte facilement dans un orifice de montage standard de 16,2 mm. (Source de l'image : RAFI)

Le Lumotast 16 peut prendre en charge jusqu'à 6 A et 250 W, et est conçu pour un fonctionnement haute fiabilité. La conception interne de l'interrupteur présente trois contacts redondants en parallèle. Ainsi, lorsqu'un ensemble de contacts ne parvient pas à se connecter, les deux autres garantissent l'arrêt d'urgence. Pour fournir la confirmation visuelle d'une connexion, l'interrupteur est câblé de façon à allumer une lumière rouge lorsqu'il est activé. La partie avant offre une protection IP67, lui permettant ainsi de convenir à la plupart des environnements industriels difficiles.

Avec son bouton d'un diamètre de 30 mm, le Lumotast 16 est assez gros pour être utilisé dans les panneaux de commande industriels. Il est également assez petit pour être implémenté dans des boîtes de commande portables.

Pour installer le Lumotast 16, assurez-vous tout d'abord que vous disposez d'un dégagement d'une profondeur de 18 mm pour le montage, sous l'emplacement où l'interrupteur sera situé. Percez un orifice de montage de 16,2 mm. Placez l'anneau jaune avec l'inscription « Arrêt d'urgence » en lettres noires au-dessus de l'orifice de montage. Placez ensuite l'interrupteur Lumotast 16 dans l'orifice de montage et fixez-le à l'aide de l'écrou de blocage inclus. Les fils sont à connecter aux deux cosses fendues mâles standard à connexion rapide, sur la face inférieure.

Résistance au vandalisme

La protection contre le vandalisme est une autre utilisation importante des boutons-poussoirs mécaniques. Les interrupteurs antivandalisme doivent être capables de résister aux tentatives délibérées visant à casser l'interrupteur, comme des coups de marteau répétés, ou aux tentatives d'arrachement de l'interrupteur.

Pour les applications antivandalisme, E-Switch propose l'interrupteur à bouton-poussoir lumineux, unipolaire bidirectionnel (SPDT) résistant au vandalisme PVA3H2B0SS3R1. Il s'agit d'un interrupteur de 2 A, 36 VCC répertorié IP65. Il présente un anneau lumineux RVB et son format extra-plat lui permet de mieux résister au vandalisme (Figure 2).

Image du PVA3 d'E-Switch avec un encadrement rouge lumineux

Figure 2 : PVA3 d'E-Switch avec un encadrement rouge lumineux. Il est monté sur le panneau de façon quasi encastrée, ce qui le rend ainsi plus résistant au vandalisme que les interrupteurs avec des profils plus hauts. (Source de l'image : E-Switch)

Cet interrupteur offre un montage quasi encastré dans un panneau avec une découpe de 16 mm. Assurez-vous que lors de l'installation, un dégagement suffisant est laissé pour la connexion aux contacts en dessous. Il s'agit d'un interrupteur SPDT à quatre contacts, avec trois contacts LED supplémentaires pour l'éclairage RVB avec une mise à la terre commune. Cela représente un total de huit connexions à établir en dessous du panneau. Organisez la configuration du panneau afin que toutes les connexions puissent être facilement réalisées sans avoir à plier les fils.

Le panneau de montage peut varier de 1 à 8 mm d'épaisseur. Toutefois, les panneaux plus épais offrent une meilleure protection contre le vandalisme.

Sélectionnez la configuration PVA3 adaptée à votre application : contact à action momentanée ou à verrouillage. Activez l'interrupteur en appuyant sur l'actionneur. Un actionneur plat, encastré dans le corps de l'interrupteur, indique que le bouton est actif. Lorsque l'actionneur est en position haute, le bouton est inactif.

Pour fournir une rétroaction visuelle sur l'état de l'interrupteur, utilisez des signaux de microcontrôleur ou de contrôleur logique programmable (PLC) pour allumer les LED rouges, vertes et bleues présentes dans l'anneau. Pour générer des couleurs personnalisées, connectez les LED à des sorties à modulation de largeur d'impulsion à partir d'un microcontrôleur ou d'un PLC.

Pour une résistance accrue au vandalisme, cette série d'interrupteurs offre un choix de finitions en nickel ou en acier inoxydable pour l'actionneur et le corps.

Lecture de la configuration au démarrage

Parfois, les interrupteurs ne sont pas destinés au contrôle utilisateur, mais plutôt au développement ou à la configuration en arrière-plan. Même si la mémoire EEPROM ou Flash peut fournir une solution de stockage non volatile pouvant être lue au démarrage, il est parfois nécessaire que la configuration soit visuellement confirmée avant de mettre le système sous tension. Depuis des années, pour ces situations, les développeurs font confiance au commutateur DIP à 8 positions populaire, comme le modèle A6FR-8101 d'Omron Electronics (Figure 3).

Image de la série A6FR de commutateurs DIP d'Omron

Figure 3 : La série A6FR de commutateurs DIP à actionneurs courts d'Omron, également appelés commutateurs de type piano, présente un montage traversant sur une prise ou une carte à circuit imprimé. (Source de l'image : Omron)

Ces commutateurs DIP sont utilisés lorsque la configuration du système ou les paramètres d'amorçage doivent être définis avant la mise sous tension du système. Alors que les commutateurs DIP peuvent être repositionnés avec les doigts, la pointe d'un stylo permet un contrôle simplifié. Ces commutateurs sont disponibles avec des actionneurs courts ou longs, et peuvent être montés sur une prise DIP à 16 broches ou soudés directement sur une carte à circuit imprimé. Contrairement aux précédentes versions de commutateurs DIP, le modèle A6FR utilise deux contacts à glissière pour garantir des connexions make/break haute fiabilité. Ces commutateurs DIP fournissent des caractéristiques de 25 mA à 24 VCC, adaptées aux circuits numériques.

Contrôle d'une tension et d'un courant élevés

Parfois, un contrôle rigoureux simple de la tension et du courant est nécessaire. Pour qu'un commutateur à membrane souple réalise un contrôle de puissance élevée, un circuit d'interface est requis (pouvant inutilement compliquer l'opération), plus particulièrement si le contrôle ne dépend d'aucun autre système. Dans ces situations, un interrupteur à bascule peut fournir un contrôle sécurisé et très fiable de la tension et du courant.

Par exemple, E-Switch propose l'interrupteur à bascule lumineux RA811C1121 (Figure 4). Il peut supporter 16 A à 125 VCA.

Image de la série RA8 d'interrupteurs à bascule d'E-Switch

Figure 4 : La série RA8 d'interrupteurs à bascule d'E-Switch présente un séparateur en plastique pour protéger les deux bornes d'un court-circuit accidentel. La série offre un vaste éventail d'options, notamment des couleurs diverses, des bornes droites ou à angle droit, ainsi que différentes configurations. (Source de l'image : E-Switch)

La série RA8 d'E-Switch requiert un orifice rectangulaire de 19 mm x 13 mm pour le montage. Les interrupteurs à bascule, offrant pourtant une utilisation facile, présentent une étape de prototypage difficile : la création d'un orifice rectangulaire sur lequel venir encliqueter l'interrupteur à bascule. L'une des techniques les plus courantes est d'utiliser un foret légèrement plus petit que la largeur de l'orifice rectangulaire, dans ce cas, 13 mm. Dessinez d'abord l'orifice rectangulaire au crayon, puis percez deux orifices adjacents dans le panneau, en faisant attention de ne pas dépasser les lignes tracées au crayon. Ensuite, utilisez une lime en métal pour réaliser l'orifice rectangulaire, tout en retirer les bords tranchants.

La série RA8 peut être utilisée dans les environnements industriels hostiles. Sa plage de températures de fonctionnement s'étend de -20°C à +85°C et son capuchon en PVC est répertorié IP54. La résistance de contact de 30 mΩ réduit la chaleur à haute tension.

Lorsque vous utilisez des interrupteurs haute tension, assurez-vous de séparer chaque connexion pour éviter les courts-circuits accidentels. La série RA8 facilite cette procédure en fournissant un séparateur en plastique pour tenir les bornes écartées les unes des autres.

Bien que le câblage de bornes à chaud soit vivement déconseillé, il est parfois impossible à éviter dans les environnements de production. Même si la série RA8 est en mesure de réduire le risque qu'un accident se produise pendant le câblage à chaud, prenez toutes les précautions nécessaires, notamment en portant des gants isolants.

Conclusion

Les interrupteurs mécaniques conviennent à certaines situations, notamment le contrôle des tensions élevées, la sécurité, la sûreté, la facilité d'accès, ou une combinaison de tout cela. Il existe de nombreuses options d'interrupteurs mécaniques, et un choix approprié peut être synonyme de tranquillité d'esprit, autant pour le concepteur que pour le client final.

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À propos de l'auteur

Bill Giovino

Bill Giovino est un ingénieur en électronique titulaire d'un BSEE de l'Université de Syracuse, et l'une des rares personnes à avoir réussi à passer de l'ingénierie de conception à l'ingénierie des applications sur le terrain et au marketing technologique.

Depuis plus de 25 ans, Bill œuvre à la promotion des nouvelles technologies devant un public technique et non technique pour de nombreuses entreprises, notamment STMicroelectronics, Intel et Maxim Integrated. Chez STMicroelectronics, Bill a contribué aux premiers succès de l'entreprise dans l'industrie des microcontrôleurs. Chez Infineon, Bill a orchestré les premiers succès de l'entreprise en matière de conception de microcontrôleurs dans l'industrie automobile américaine. En tant que consultant marketing pour son entreprise CPU Technologies, Bill a aidé de nombreuses entreprises à transformer des produits sous-performants en réussites.

Bill a été l'un des premiers à adopter l'Internet des objets, notamment en mettant la première pile TCP/IP complète sur un microcontrôleur. Bill pense que les ventes passent par l'éducation et accorde une importance croissante à une communication claire et bien écrite pour la promotion des produits en ligne. Il est modérateur du groupe populaire LinkedIn Semiconductor Sales & Marketing et parle couramment le B2E.

À propos de l'éditeur

Rédacteurs nord-américains de Digi-Key