一種新型接近開關測速儀的設計

楊超武，包勇超，李 文，王文學，梅瑾燁

(1.中國重型機械研究院股份公司， 陜西 西安 710032；2.攀鋼集團西昌鋼釩有限公司，四川 西昌 615000；3.日照鋼鐵控股集團公司，山東 日照 276806)

0 前言

目前在電機、減速機輸入(輸出)的速度檢測中，一般采用安裝編碼器的形式進行跟蹤計算，但是由于減速機屬于非標產品，現場使用的減速機的減速比往往和理論設計存在差異。為了實現快速的檢測到減速機輸出端的速度，并給控制系統提供可靠準確的信息，順利的完成設備初期的安裝調試，提高工作效率，本文討論了一種簡單、可靠、實用的轉速測量方法。

1 實際問題

根據冶金設備的生產和運轉特性，編碼器在使用過程中對外部環境要求比較高，尤其是在比較大的電氣系統中，有時會出現電氣信號衰減和干擾，進而影響測量數據的準確性和可靠性。

減速機的減速比往往和理論設計存在差異，在設備調試初期，不能快速得到減速機的實際減速比，而且隨著電壓、電流的變化，電機的轉速也出現波動；同時在使用過程中編碼器的維護成本較高，維護工人的勞動工作強度也較大。

為了克服上述問題，并滿足工程領域的使用要求，本文將根據生產實際并結合國內某鋼鐵企業的實踐提出一種新的檢測手段，從而實現通過機械結構結合電氣控制系統為機械設備提供精準的速度性能參數。

2 設計思路

2.1 設計原理

根據接近開關單位時間內讀取的減速機輸出端脈沖信號計算出減速機輸出端的機械轉速，并計算出輸出端的線速度，從而實現為控制系統提供精確的數據參數。如果將接近開關的安裝形式設計成可移動式或手持式的結構，那么就可以實現若干組電機減速機輸出的跟蹤、檢測和監控。

2.2 設備組成

該測量儀主要由接近套圈、套圈固定螺釘、開關安裝支架、接近開關等部分組成如圖1所示。為了實現快速、方便、準確檢測電機減速機輸出端法蘭處的機械轉速，通過固定在減速機輸出端法蘭上的接近套圈2與接近開關6的配合，根據接近開關單位時間內讀取的脈沖信號計算出減速機輸出端法蘭的機械轉速，并計算出法蘭端輸出到連接輥道(或機構)的線速度，為控制系統提供精確的數據參數。

圖1 接近開關測速儀主要組成

2.3 實施方案

接近套圈上設計一定數量的缺口，將接近套圈用沉頭螺釘固定在減速機輸出端的法蘭上，接近開關安裝布置在側面。當接近套圈隨著減速機輸出端的法蘭旋轉時，每一個缺口通過接近開關時，接近開關產生(記錄)一個脈沖(信號)，產生的脈沖數與設計的缺口數量相同時，表示減速機輸出法蘭旋轉一周。根據記錄單位時間內的脈沖(信號)數計算出減速機輸出端的轉速及驅動輥道的線速度。

在檢測之前，將接近套圈2通過沉頭螺釘3安裝在減速機輸出法蘭4上；將接近開關支架5固定在減速機底座上及減速機法蘭的側面；調整接近開關6感應面與接近套圈最外圈的距離L，使接近開關6在接近套圈2(圖2)的凸臺處可以感應并產生信號，在接近套圈2缺口處接近開關6不能感應并產生信號。

當電機帶動減速機旋轉時接近套圈2在減速機輸出法蘭4的帶動下旋轉，當接近套圈上的一個凸臺經過接近開關6時，接近開關產生(記錄)一個信號，缺口經過接近開關時，記錄信號完成，形成一個圖3所示的脈沖(信號)記錄。根據接近開關所記錄單位時間內的脈沖(信號)數量，通過計算機程序計算出減速機的輸出轉速和減速機輸出法蘭所驅動的輥子(或機構)的角速度及線速度，為控制系統提供精確的數據參數。

在接近套圈的設計中，D2、D3的尺寸則根據接近開關的選型確定。當然為了適應不同精度的檢測要求，接近套圈2設計成不同數量的缺口。例如：假設接近套圈上布置n個缺口，那么接近開關記錄n個脈沖時，表示減速機輸出端的法蘭旋轉一周。

圖2 接近套圈

圖3 脈沖信號示意圖(接近套圈展開示意圖)

3 使用效果

在項目實施過程中，變頻器和邏輯控制器PLC之間通過通訊電纜進行數據交互。測速用接近開關通過電纜與PLC的數字量輸入通道連接，在電機運轉過程中，接近開關發出的脈沖信號被PLC通過高頻率數字量輸入通道采集并記錄，PLC通過設定的公式程序，計算得出減速機輸出端的實際轉速，將測量結果反饋回變頻器。根據兩者出現的速度差值，即時調整傳動電機的轉速，使得整個傳動系統實現速度閉環控制。

4 結束語

通過以上的分析和對該項目的設計與實施，證明這種設計思路是可行而且有效的。不僅為機械設備中電機減速機輸端速度的測量，提供一種簡單、可靠的思路和方法，為控制系統提供精確可靠的數據參數。尤其是在若干組設備同時需要動態(精確)控制并保證輸出速度一致的情況下，結合變頻電機的特點，形成動態跟蹤和閉環控制，保證輸出速度平穩，即使隨著電壓、電流的變化，電機的轉速出現波動的情況下，也可以即時為控制系統提供準確的信號，進而穩定生產流程并提高產品質量；同時避免了編碼器在使用過程中對外部環境要求比較高，尤其是在比較大的電氣系統中，有時會出現電氣信號衰減和干擾的缺點；而且接近開關具有工作可靠、壽命長、功耗低、重復定位精度高、操作頻率高以及適應惡劣的工作環境等特點，無需專門的采集模塊，大大的降低了電氣控制成本，使得現場維護方便，提高了電機運行的作業率，減少了維護工人的勞動工作量。

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