觸摸屏和膜片開關適用于扁平外形的可視化控制面板。但一些應用要求設計人員重視安全性、易用性、高電壓或大電流的切換、開機時的已知配置和穩健性。此類情景下，機械開關和按鈕往往成為理想的選擇，但設計人員仍需慎重選擇。

機械開關的種類很多，具有各式各樣的形狀、樣式、尺寸、功能、功率容量和機械特性。本文將幫助設計人員整理這些選擇參數，以及如何以最佳方式應用一些最新器件。

選擇哪種開關或按鈕？

要確定合適的開關，首先應確定系統要求。要尋找適合應用的機械開關，首先查找符合人體工學和物理需求的開關外形尺寸，然后選擇具有相應的電氣和環境規格且適合該外形尺寸的開關。

緊急停止

緊急停止按鈕是一個顯而易見的安全示例。許多工業系統嚴格要求必須具備大尺寸的紅色或橙色按鈕，并以大號字體、便于閱讀者辨識的形式標示文字“緊急停止”。此按鈕必須置于顯眼且易于接觸的位置，并且易于按下，具有明確的觸覺反饋，以指示開關功能是否已經完成。在一些工業環境下，不符合此標準可能非常危險。

此應用的理想解決方案之一是來自RAFI USA的Lumotast 16緊急停止按鈕。此 NO（常開型）按鈕為常見的大尺寸、圓錐蘑菇形按鈕（圖 1）。當操作員用手猛擊此按鈕時，兩個銀色的觸頭彼此連接、閂鎖并保持接觸狀態，即便在操作員松手之后也是如此。要將按鈕重置到開路位置，需要沿任一方向旋轉蘑菇頭。

圖 1：RAFI USA Lumotast 16 緊急停止按鈕的安裝非常簡單，而且可以輕松裝入標準的 16.2 毫米安裝孔中。（圖片來源：RAFI）

Lumotast 16 可處理高達 6 安電流和 250 瓦功率，專為高可靠性操作而設計。內部開關設計具有三個平行的冗余觸頭，因此，如果一組觸頭連接失敗，其他兩組觸頭可確保可靠的停止事件。為提供視覺連接確認，該開關可在激活后發出明亮的紅光。開關正面的防護等級為 IP67，因而適合大多數惡劣的工業環境。

Lumotast 16 的按鈕直徑為 30 毫米 (mm)，其尺寸既適合在工業控制面板中使用，也適合在手持式控制箱中實施。

要安裝 Lumotast 16，首先確保開關所在位置下有 18 毫米的安裝深度凈空。鉆取一個 16.2 毫米的安裝孔。將帶有黑色“緊急停止”字樣的黃色安裝孔襯圈放在安裝孔上面。然后將 Lumotast 16 開關放入安裝孔內，并用附帶的安裝環螺母加以固定。完成底面兩個標準公頭快連鏟形端子的連線。

防止人為破壞

機械按鈕的另一項重要應用是防范人為破壞。防盜壞開關必須能夠承受蓄意破壞開關構造的行為，例如反復錘擊或企圖撬開開關。

針對防盜壞應用，E-Switch開發了PVA3H2B0SS3R1SPDT 防破壞發光按鈕開關。這是一種 2 安、36 伏直流開關，防護等級達 IP65。它具有一個 RGB 照明環，其扁平的外形能夠更有效地防范破壞（圖 2）。

圖 2：帶紅色發光邊框的 E-Switch PVA3。它的安裝位置幾乎與面板平齊，因此比厚度更大的開關具有更強的防破壞性能。（圖片來源：E-Switch）

對于任何具有 16 毫米安裝孔的面板，此開關的安裝位置幾乎與面板平齊。確保安裝位置留出足夠的凈空，以便連接下面的觸頭。這是一個具有四個觸頭、三個用于 RGB 照明的額外 LED 觸頭，以及一個公共接地的 SPDT 開關。因此，面板下面需要進行共計八項連接。規劃好面板布局，以便能夠輕松完成所有連接，而不至于擠壓或彎曲連接線。

安裝面板的厚度可以為 1 至 8 毫米。不過，面板越厚，防破壞保護能力越強。

選擇適合應用的 PVA3 配置，包括瞬時接觸或閉鎖接觸。將致動器按入開關實體可激活開關。平致動器與開關肩部平齊表明按鈕已激活，致動器位置高出開關肩部表明按鈕未激活。

要提供開關狀態的視覺反饋，請使用微控制器或可編程邏輯控制器 (PLC) 信號來點亮指示環中的紅色、綠色和藍色 LED。要生成自定義顏色，請將 LED 連接到來自微控制器或 PLC 的脈沖寬度調制輸出。

為了進一步防止人為破壞，開關的主體和致動器還提供了鎳或不銹鋼選項。

啟動時讀取配置

有時，開關并非用戶控制所需，而是用于后臺的開發或配置。盡管 EEPROM 和閃存可以提供可在啟動時讀取的非易失性存儲，但有時在對系統通電之前，必須以視覺方式確認配置。針對這類情景，開發人員多年來一直依賴曾經非常流行的 8 位 DIP 開關，例如來自Omron Electronics的A6FR-8101（圖 3）。

圖 3：Omron 的 A6FR 系列 DIP 開關具有較短的致動器，也稱為鋼琴開關，采用通孔方式安裝到插座或 PC 板中。（圖片來源：Omron）

這些 DIP 開關適合在對系統通電之前必須設置配置或啟動參數的情形。雖然用手指便能調整 DIP 開關的位置，但用鋼筆尖頭可以更輕松地進行控制。這些開關提供了短型或長型致動器，并且可安裝到 16 針 DIP 插座，或直接焊接到 PC 板上。與較早的 DIP 開關設計不同，A6FR 采用雙滑動式觸頭，以確保高度可靠的閉合/斷開連接。這些 DIP 開關的額定值為 25 mA、24 伏直流電，因而非常適合數字電路。

高電壓和電流控制

有時需要對電壓和電流進行簡單的硬性控制。軟膜片開關若要執行高功率控制，需要一個接口電路，而這可能會增加不必要的操作復雜性，尤其當控制不依賴于其他系統時更是如此。這些情景下，搖臂開關可以提供安全的電壓和電流控制以及高可靠性。

例如，E-Switch 開發了堅固的RA811C1121發光電源搖臂開關（圖 4）。它能處理 16 安、125 伏交流電。

圖 4：E-Switch RA8 系列搖臂開關采用一個塑料分離器來保護兩個端子免于意外短路。該系列具有眾多選項，包括彩色、直式或直角端子，以及各種開關配置。（圖片來源：E-Switch）

E-Switch RA8 系列開關安裝在 19 x 13 毫米矩形孔內。盡管搖臂開關可能易于使用，但原型開發最困難的部分可能在于形成供搖臂開關卡入的矩形孔。一種常用的方法是，使用略小于矩形孔寬度的鉆頭，在本例中為 13 毫米。先用鉛筆畫一個矩形孔，然后在面板中鉆取兩個相鄰的孔，小心不要超出鉛筆線的范圍以外。下一步，用一個銼刀銼出矩形孔并消除毛刺。

RA8 可在嚴苛的工業環境中使用。其工作溫度范圍為 -20 至 +85°C，采用 PVC 蓋帽時的防護等級達 IP54。接觸電阻為 30 mΩ，最大限度減少了高壓下的熱量。

在操作高壓開關時，確保各個連接彼此分離，以免發生意外短路。RA8 通過提供塑料分離器來對端子進行物理隔離，更輕松地實現了這一點。

短接啟動非常不可取，但有時在生產環境中這是無法避免的。雖然 RA8 可以降低短接啟動期間發生意外的可能性，但仍需采取所有安全預防措施，包括佩戴絕緣手套。

總結

機械開關適合特定情景，包括滿足高壓控制、安保、安全、易用性等需求或者這些需求的組合。機械開關擁有多種選項，正確地選擇機械開關可以讓設計人員和最終客戶都能高枕無憂。