光電式接近開關(guān)在起重機(jī)械行程限位上的運(yùn)用

摘 要：光電式接近開關(guān)有無(wú)機(jī)械磨損，靈敏度高，動(dòng)作可靠，壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，可直接取代起重機(jī)械中有觸點(diǎn)、易磨損、壽命短的行程開關(guān)。本文就對(duì)光電式接近開關(guān)原理、分類、特點(diǎn)及使用進(jìn)行詳細(xì)介紹。

關(guān)鍵詞：光電式接近開關(guān)；行程限位；檢測(cè)距離

1 概述

多年來(lái)起重機(jī)械因行程限位失效，造成運(yùn)行機(jī)構(gòu)撞擊、金屬結(jié)構(gòu)變形，甚至造成嚴(yán)重事故的現(xiàn)象屢見(jiàn)不鮮。這是因?yàn)闄C(jī)械式限位開關(guān)的金屬傳動(dòng)部件長(zhǎng)年暴露在外，受周邊環(huán)境侵蝕，易發(fā)生故障。如限位開關(guān)的開關(guān)臂軸與軸孔因缺油而銹蝕，無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)；限位開關(guān)的開關(guān)臂在扳動(dòng)后不能自動(dòng)復(fù)位，運(yùn)行機(jī)構(gòu)無(wú)法正常第二次運(yùn)行；因安全尺變形，無(wú)法使限位開關(guān)動(dòng)作；因限位開關(guān)的進(jìn)線孔不密封，造成潮氣侵入，使其內(nèi)部的電氣觸點(diǎn)氧化，造成觸點(diǎn)接觸不良；限位開關(guān)內(nèi)部的回位彈簧因銹蝕變形，失去原有作用，造成觸點(diǎn)接觸不良及不能自動(dòng)復(fù)位。

因接觸式限位開關(guān)有如上缺陷，如果采用非接觸式限位開關(guān)，就能避免上述缺陷。經(jīng)對(duì)比分析，選擇了用接近開關(guān)來(lái)代替接觸式限位開關(guān)。

接近開關(guān)是一種毋需與運(yùn)動(dòng)部件進(jìn)行機(jī)械接觸而可以操作的位置開關(guān)，又稱無(wú)觸點(diǎn)接近開關(guān)，是理想的電子開關(guān)量傳感器。當(dāng)檢測(cè)體接近開關(guān)的感應(yīng)區(qū)域，不需要機(jī)械接觸及施加任何壓力，開關(guān)就能無(wú)接觸，無(wú)壓力、無(wú)火花、迅速發(fā)出電氣指令，準(zhǔn)確反應(yīng)出運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的位置和行程。

2 接近開關(guān)特點(diǎn)

與接觸式限位開關(guān)相比，接近開關(guān)具有以下特點(diǎn)：

2.1 非接觸檢測(cè)，不影響被測(cè)物的運(yùn)行工況；

2.2 不產(chǎn)生機(jī)械磨損和疲勞損傷，工作壽命長(zhǎng)；

2.3 響應(yīng)快，一般響應(yīng)時(shí)間可達(dá)幾毫秒或幾十毫秒；

2.4 采用全密封結(jié)構(gòu)，防潮、防塵性能較好，工作穩(wěn)定性強(qiáng)；

2.5 無(wú)觸點(diǎn)、無(wú)火花、無(wú)噪音，適用于要求防爆的場(chǎng)合；

2.6 輸出信號(hào)大，易于與計(jì)算機(jī)或可編程控制器（PLC）等接口；

2.7 體積小，安裝、調(diào)整方便。

3 接近開關(guān)原理及分類

接近開關(guān)根據(jù)原理不同，可以分為以下幾種：

3.1 渦流式接近開關(guān)

這種開關(guān)有時(shí)也叫電感式接近開關(guān)。它是利用導(dǎo)電物體在接近這個(gè)能產(chǎn)生電磁場(chǎng)接近開關(guān)時(shí)，使物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流。這個(gè)渦流反作用到接近開關(guān)，使開關(guān)內(nèi)部電路參數(shù)發(fā)生變化，由此識(shí)別出有無(wú)導(dǎo)電物體移近，進(jìn)而控制開關(guān)的通或斷。這種接近開關(guān)所能檢測(cè)的物體必須是導(dǎo)電體。

3.2 電容式接近開關(guān)

這種開關(guān)的測(cè)量通常是構(gòu)成電容器的一個(gè)極板，而另一個(gè)極板是開關(guān)的外殼。這個(gè)外殼在測(cè)量過(guò)程中通常是接地或與設(shè)備的機(jī)殼相連接。當(dāng)有物體移向接近開關(guān)時(shí)，不論它是否為導(dǎo)體，由于它的接近，總要使電容的介電常數(shù)發(fā)生變化，從而使電容量發(fā)生變化，使得和測(cè)量頭相連的電路狀態(tài)也隨之發(fā)生變化，由此便可控制開關(guān)的接通或斷開。這種接近開關(guān)檢測(cè)的對(duì)象，不限于導(dǎo)體，可以絕緣的液體或粉狀物等。

3.3 霍爾接近開關(guān)

霍爾元件是一種磁敏元件。利用霍爾元件做成的開關(guān)，叫做霍爾開關(guān)。當(dāng)磁性物件移近霍爾開關(guān)時(shí)，開關(guān)檢測(cè)面上的霍爾元件因產(chǎn)生霍爾效應(yīng)而使開關(guān)內(nèi)部電路狀態(tài)發(fā)生變化，由此識(shí)別附近有磁性物體存在，進(jìn)而控制開關(guān)的通或斷。這種接近開關(guān)的檢測(cè)對(duì)象必須是磁性物體。

3.4 光電式接近開關(guān)

利用光電效應(yīng)做成的開關(guān)叫光電開關(guān)。將發(fā)光器件與光電器件按一定方向裝在同一個(gè)檢測(cè)頭內(nèi)。當(dāng)有反光面（被檢測(cè)物體）接近時(shí)，光電器件接收到反射光后便在信號(hào)輸出，由此便可\"感知\"有物體接近。

3.5 其它型式接近開關(guān)

當(dāng)觀察者或系統(tǒng)對(duì)波源的距離發(fā)生改變時(shí)，接近到的波的頻率會(huì)發(fā)生偏移，這種現(xiàn)象稱為多普勒效應(yīng)。聲納和雷達(dá)就是利用這個(gè)效應(yīng)的原理制成的。利用多普勒效應(yīng)可制成超聲波接近開關(guān)、微波接近開關(guān)等。當(dāng)有物體移近時(shí)，接近開關(guān)接收到的反射信號(hào)會(huì)產(chǎn)生多普勒頻移，由此可以識(shí)別出有無(wú)物體接近。

4 光電式接近開關(guān)

相比其它類型的接近開關(guān)，光電式接近開關(guān)具有檢測(cè)距離長(zhǎng)的特點(diǎn)，現(xiàn)起重機(jī)械上非接觸式限位開關(guān)多使用反射器型光電開關(guān)。

4.1 主要參數(shù)

檢測(cè)距離：是指檢測(cè)體按一定方式移動(dòng)，當(dāng)開關(guān)動(dòng)作時(shí)測(cè)得的基準(zhǔn)位置（光電開關(guān)的感應(yīng)表面）到檢測(cè)面的空間距離。

4.2 工作原理

由振蕩回路產(chǎn)生的調(diào)制脈沖經(jīng)反射電路后，由發(fā)光管輻射出光脈沖。當(dāng)被測(cè)物體進(jìn)入受光器作用范圍時(shí)，被反射回來(lái)的光脈沖進(jìn)入光敏三級(jí)管。并在接收電路中將光脈沖解調(diào)為電脈沖信號(hào)，再經(jīng)放大器放大和同步選通整形，然后用數(shù)字積分或RC積分方式排除干擾，最后經(jīng)延時(shí)（或不延時(shí)）觸發(fā)驅(qū)動(dòng)器輸出光電開關(guān)控制信號(hào)。

光電式接近開關(guān)作為橋式起重機(jī)非接觸式行程限位，將發(fā)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(duì)應(yīng)位置，當(dāng)大車（或小車）向軌道端部移動(dòng)，移動(dòng)到檢測(cè)距離時(shí)，接受器收到經(jīng)反射板反射的光線，經(jīng)傳感器，控制電路分析處理，輸出信號(hào)給相應(yīng)控制回路，停止該方向運(yùn)行。

5 注意事項(xiàng)

5.1 從行程限位動(dòng)作失電到相應(yīng)機(jī)構(gòu)停止，需要一段時(shí)間，也需要一段減速距離，因此，在選擇光電式接近開關(guān)時(shí)，檢測(cè)距離必須大于減速距離。在平時(shí)檢驗(yàn)時(shí)，已發(fā)現(xiàn)幾起光電式接近開關(guān)檢測(cè)距離小于減速距離，導(dǎo)致大車制停距離不足，撞上大車止檔事件。

5.2 強(qiáng)光會(huì)對(duì)光電式接近開關(guān)產(chǎn)生干擾，戶外或太陽(yáng)光等有強(qiáng)光直射場(chǎng)所應(yīng)做好遮光措施。

6 結(jié)束語(yǔ)

光電式接近開關(guān)作為起重機(jī)械的行程限位，避免了接觸式限位開關(guān)的劣勢(shì)，給安全生產(chǎn)帶來(lái)了可靠保障，并且光電式接近開關(guān)安裝方便，使起重機(jī)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(shí)給起重機(jī)械的電氣系統(tǒng)PLC控制的配套運(yùn)用打下了良好基礎(chǔ)，為起重機(jī)械電氣自動(dòng)化發(fā)展做好準(zhǔn)備，

參考文獻(xiàn)

[1]王福綿.《起重機(jī)械技術(shù)檢驗(yàn)》.北京：學(xué)苑出版社，2000

[2]鄧重一.《接近開關(guān)原理及應(yīng)用》.自動(dòng)化博覽，2003

作者簡(jiǎn)介：張明華（1974，8-），寧波市特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院，工程師，研究方向：起重機(jī)械檢驗(yàn)。