리미트 스위치란?
리미트 스위치 리미트 스위치는 기계 부품의 움직임이나 물체의 존재에 의해 작동되는 스위치입니다. 제어 시스템의 일부로 안전 인터록이나 특정 위치를 통과하는 물체를 감지하여 자동 시동 및 정지, 기계의 가동범위 제한, 위치 감지 등의 제어를 위해 사용합니다.
리미트 스위치는 사용 환경의 외력, 물, 기름, 가스, 먼지 등으로부터 보호하기 위해 금속 또는 수지 재질의 케이스에 마이크로 스위치를 밀폐 케이스에 내장한 것으로, 액추에이터(기계식 감지부)의 움직임에 따라 접점이 켜지고 꺼집니다.
액추에이터는 플런저식(직동식), 회전 레버, 포크 잠금 레버, 플렉시블 로드 등이 있으며, 용도와 사용 환경에 따라 다양한 형태의 제품이 있습니다.
그림 1. 액추에이터의 종류
리미트 스위치의 사용 용도
리미트 스위치의 사용 용도는 물체의 위치를 감지한 결과로 전기 회로를 켜고 끄는 것입니다.
공장의 생산라인 등 자동 제어를 하는 자동화 시스템에서는 리미트 스위치로 기계의 동작이나 위치를 감지합니다. 예를 들어, 리미트 스위치를 감지 위치에 설치하여 이상 동작 위치에서 켜지고 경보를 발령하여 기계의 작동을 정지시킵니다.
또 가까운 예로는 엘리베이터의 카고(사람이나 짐을 싣고 승강하는 운반기)가 정지 층의 제자리에 오면 리미트 스위치가 작동하여 모터를 정지시켜 카고가 정지하는 것을 들 수 있습니다.
이처럼 리미트 스위치는 자동제어 시스템 내에서 다양한 용도로 사용되고 있습니다.
리미트 스위치의 원리
기본적인 리미트 스위치는 본체, 헤드, 마이크로 스위치, 플런저, 회전축(회전 레버, 포크 락바만 해당), 액추에이터로 구성됩니다.
리미트 스위치의 원리를 회전 레버식 액추에이터의 경우로 설명하면 다음과 같습니다.
1) 피검출물이 이동하여 검출해야 할 위치로 이동합니다.
2) 액추에이터는 피검출물에 의해 밀려서 회전합니다.
그림 2. 리미트 스위치의 동작
3) 액추에이터와 고정된 회전축이 회전합니다.
4) 회전축의 캠이 플런저를 누릅니다.
5) 플런저 끝에 장착된 가동 접점이 이동합니다.
6) 가동 접점이 고정 접점과 접촉하여 전기 회로가 켜집니다.
그림 3. 리미트 스위치의 접점
리미트 스위치 선택 방법
리미트 스위치에는 많은 종류와 사양이 있으며, 기본적인 선택 요령은 다음과 같습니다.
1. 사용 환경에 따른 선택 방법
- 일반형
일반적인 환경의 실내외에서 사용하는 타입입니다. 사용 가능한 주변 온도는 -10~80℃ 정도입니다. - 내환경형
아래와 같은 특수한 환경에서 사용하는 타입입니다.
사용하는 환경의 분위기가 고온 또는 저온이 될 경우
리미트 스위치에 약품이나 기름, 물방울, 먼지가 묻습니다. - 스패터 대책형
용접 스패터가 발생합니다. - 장수명형
고내구성이 필요한 사용방법입니다. - 방폭형
사용 장소가 위험장소에서 방폭형을 사용해야 합니다.
2. 액추에이터 종류에 따른 선택 방법
사용 용도에 적합한 액추에이터의 종류를 선정합니다. 아래는 대표적인 예이며, 이외에도 여러 종류의 액추에이터가 있습니다.
- 플런저식(직동식)
- 회전 레버
- 포크 잠금 레버
- 플렉시블 로드
3. 특성에 따른 선택 방법
동작까지의 움직임(PT)
여기서 ‘동작’은 접점이 켜지고 꺼질 때까지의 각도나 거리를 나타냅니다.
회전 레버, 포크 잠금 레버의 경우, 피검지 물체가 액추에이터를 회전시키는 각도가 동작까지의 움직임(각도)보다 커지도록 리미트 스위치의 설치 위치와 액추에이터의 각도를 설정해야 합니다.
플런저식 및 플렉시블 로드의 경우, 피검지 물체가 액추에이터를 누르는 거리는 동작까지의 움직임(거리)보다 커지도록 리미트 스위치의 설치 위치 및 액추에이터의 위치를 설정해야 합니다.
또한, 피검지 물체의 움직임은 액추에이터의 동작 한계 위치(TTP) 이내로 억제해야 합니다.
정격
리미트 스위치에는 각 형식별로 정격이 규정되어 있으며, 카탈로그나 사용설명서에 기재되어 있습니다. 전기회로의 사용 전원에 맞는 정격의 리미트 스위치를 선정해야 합니다.
리미트 스위치의 기타 정보
리미트 스위치의 고장과 대책
리미트 스위치의 고장의 원인은 기계 수명이나 마모에 의한 노화에 의한 경우도 있지만, 대부분은 사용법에 원인이 있다고 합니다. 도그나 액추에이터의 위치 조정 불량, 밀봉 불량 등이 이에 해당합니다.
예를 들어, 리미트 스위치의 설치 불량도 고장의 원인 중 하나입니다. 기계의 가동범위 제한을 위해 설치한 스위치가 여러 번 작동하면 위치가 점차 어긋나서 누르는 양이 부족해져 스위치가 작동하지 않는 경우가 있습니다. 이를 방지하기 위해 스위치 본체에 설정 위치 표시 장치가 부착된 제품도 있습니다. 미리 설정한 위치까지 스위치를 밀어 넣도록 프로그래밍해 두면 스위치의 위치가 다소 어긋나더라도 정상 동작을 하게 됩니다.
리미트 스위치의 작동에 사용하는 피검출물의 설계에도 주의해야 합니다. 피검출물의 절단 각도는 45도 이하가 적당하며, 45도를 초과하면 피검출물의 이동 속도에 따라 레버 샤프트에 가해지는 힘이 과도하게 커져 고장의 원인이 됩니다. 이동 속도가 빠르면 레버를 피검출물의 절단면과 평행하게 하는 것도 효과적입니다.
또한 도그에 가파른 단차가 있으면 스위치가 기준 위치로 복귀할 때 강한 충격이 가해질 수 있습니다. 스위치의 ON/OFF 전환은 가급적 부드럽게 전환될 수 있도록 설계해야 합니다.
플런저식은 플런저 부분을 O링이나 고무 다이어프램으로 밀봉하는 것과 고무 캡으로 덮는 두 가지 종류가 있습니다.
전자는 씰링 고무가 외부에 노출되어 있지 않기 때문에 공작기계 칩 등 열을 가진 이물질에 강한 반면, 모래, 칩 등 미세한 입자나 먼지 등이 플런저 슬라이딩 면에 끼는 약점이 있습니다.
후자는 모래, 칩 등 입자나 먼지가 끼지 않아 씰링 성능이 우수하지만, 공작기계 칩 등 열을 가진 이물질은 고무 캡이 녹거나 찢어질 우려가 있어 비용과 용도, 사용 장소에 따라 구분하여 사용해야 합니다.
리미트 스위치는 작동 시 플런저의 피스톤 운동에 의해 공기의 압축 및 흡입이 이루어집니다. 이 때문에 플런저를 장시간 누른 상태로 두면 리미트 스위치의 내압이 대기압과 같아져 플런저 복귀 시 대기압이 저항이 되어 플런저가 천천히 복귀하는 경우가 있습니다.
또한, 플런저나 회전축의 씰 부분에 기름이나 먼지가 쌓여 동작을 방해하여 리미트 스위치의 움직임이 나빠지는 경우도 있습니다.