光電式接近開關在起重機械行程限位上的運用

摘 要：光電式接近開關有無機械磨損，靈敏度高，動作可靠，壽命長等特點，可直接取代起重機械中有觸點、易磨損、壽命短的行程開關。本文就對光電式接近開關原理、分類、特點及使用進行詳細介紹。

關鍵詞：光電式接近開關；行程限位；檢測距離

1 概述

多年來起重機械因行程限位失效，造成運行機構撞擊、金屬結構變形，甚至造成嚴重事故的現象屢見不鮮。這是因為機械式限位開關的金屬傳動部件長年暴露在外，受周邊環境侵蝕，易發生故障。如限位開關的開關臂軸與軸孔因缺油而銹蝕，無法轉動；限位開關的開關臂在扳動后不能自動復位，運行機構無法正常第二次運行；因安全尺變形，無法使限位開關動作；因限位開關的進線孔不密封，造成潮氣侵入，使其內部的電氣觸點氧化，造成觸點接觸不良；限位開關內部的回位彈簧因銹蝕變形，失去原有作用，造成觸點接觸不良及不能自動復位。

因接觸式限位開關有如上缺陷，如果采用非接觸式限位開關，就能避免上述缺陷。經對比分析，選擇了用接近開關來代替接觸式限位開關。

接近開關是一種毋需與運動部件進行機械接觸而可以操作的位置開關，又稱無觸點接近開關，是理想的電子開關量傳感器。當檢測體接近開關的感應區域，不需要機械接觸及施加任何壓力，開關就能無接觸，無壓力、無火花、迅速發出電氣指令，準確反應出運動機構的位置和行程。

2 接近開關特點

與接觸式限位開關相比，接近開關具有以下特點：

2.1 非接觸檢測，不影響被測物的運行工況；

2.2 不產生機械磨損和疲勞損傷，工作壽命長；

2.3 響應快，一般響應時間可達幾毫秒或幾十毫秒；

2.4 采用全密封結構，防潮、防塵性能較好，工作穩定性強；

2.5 無觸點、無火花、無噪音，適用于要求防爆的場合；

2.6 輸出信號大，易于與計算機或可編程控制器（PLC）等接口；

2.7 體積小，安裝、調整方便。

3 接近開關原理及分類

接近開關根據原理不同，可以分為以下幾種：

3.1 渦流式接近開關

這種開關有時也叫電感式接近開關。它是利用導電物體在接近這個能產生電磁場接近開關時，使物體內部產生渦流。這個渦流反作用到接近開關，使開關內部電路參數發生變化，由此識別出有無導電物體移近，進而控制開關的通或斷。這種接近開關所能檢測的物體必須是導電體。

3.2 電容式接近開關

這種開關的測量通常是構成電容器的一個極板，而另一個極板是開關的外殼。這個外殼在測量過程中通常是接地或與設備的機殼相連接。當有物體移向接近開關時，不論它是否為導體，由于它的接近，總要使電容的介電常數發生變化，從而使電容量發生變化，使得和測量頭相連的電路狀態也隨之發生變化，由此便可控制開關的接通或斷開。這種接近開關檢測的對象，不限于導體，可以絕緣的液體或粉狀物等。

3.3 霍爾接近開關

霍爾元件是一種磁敏元件。利用霍爾元件做成的開關，叫做霍爾開關。當磁性物件移近霍爾開關時，開關檢測面上的霍爾元件因產生霍爾效應而使開關內部電路狀態發生變化，由此識別附近有磁性物體存在，進而控制開關的通或斷。這種接近開關的檢測對象必須是磁性物體。

3.4 光電式接近開關

利用光電效應做成的開關叫光電開關。將發光器件與光電器件按一定方向裝在同一個檢測頭內。當有反光面（被檢測物體）接近時，光電器件接收到反射光后便在信號輸出，由此便可\"感知\"有物體接近。

3.5 其它型式接近開關

當觀察者或系統對波源的距離發生改變時，接近到的波的頻率會發生偏移，這種現象稱為多普勒效應。聲納和雷達就是利用這個效應的原理制成的。利用多普勒效應可制成超聲波接近開關、微波接近開關等。當有物體移近時，接近開關接收到的反射信號會產生多普勒頻移，由此可以識別出有無物體接近。

4 光電式接近開關

相比其它類型的接近開關，光電式接近開關具有檢測距離長的特點，現起重機械上非接觸式限位開關多使用反射器型光電開關。

4.1 主要參數

檢測距離：是指檢測體按一定方式移動，當開關動作時測得的基準位置（光電開關的感應表面）到檢測面的空間距離。

4.2 工作原理

由振蕩回路產生的調制脈沖經反射電路后，由發光管輻射出光脈沖。當被測物體進入受光器作用范圍時，被反射回來的光脈沖進入光敏三級管。并在接收電路中將光脈沖解調為電脈沖信號，再經放大器放大和同步選通整形，然后用數字積分或RC積分方式排除干擾，最后經延時（或不延時）觸發驅動器輸出光電開關控制信號。

光電式接近開關作為橋式起重機非接觸式行程限位，將發光管和接受器（一體式）固定在端梁端部（或小車架端部），反射板固定在大車軌道端部（或小車軌道端部）對應位置，當大車（或小車）向軌道端部移動，移動到檢測距離時，接受器收到經反射板反射的光線，經傳感器，控制電路分析處理，輸出信號給相應控制回路，停止該方向運行。

5 注意事項

5.1 從行程限位動作失電到相應機構停止，需要一段時間，也需要一段減速距離，因此，在選擇光電式接近開關時，檢測距離必須大于減速距離。在平時檢驗時，已發現幾起光電式接近開關檢測距離小于減速距離，導致大車制停距離不足，撞上大車止檔事件。

5.2 強光會對光電式接近開關產生干擾，戶外或太陽光等有強光直射場所應做好遮光措施。

6 結束語

光電式接近開關作為起重機械的行程限位，避免了接觸式限位開關的劣勢，給安全生產帶來了可靠保障，并且光電式接近開關安裝方便，使起重機械在使用的可靠性、安全性及維修的方便性等方面均得到很大提高。同時給起重機械的電氣系統PLC控制的配套運用打下了良好基礎，為起重機械電氣自動化發展做好準備，

參考文獻

[1]王福綿.《起重機械技術檢驗》.北京：學苑出版社，2000

[2]鄧重一.《接近開關原理及應用》.自動化博覽，2003

作者簡介：張明華（1974，8-），寧波市特種設備檢驗研究院，工程師，研究方向：起重機械檢驗。