位移傳感器在熱軋生產線上的應用

摘 要：現代熱軋帶鋼生產線上，位移傳感器（以下簡稱MTS）是一種應用廣泛的電氣傳感器，用于精確測量機械位移或液壓缸運動行程，如側壓機夾送輥下壓行程，粗軋機水梁高度，精軋機階梯板位置，卷取機側導衛寬度等。本文是針對MTS傳感器在電氣控制系統中的介紹及故障的分析和處理。

關鍵詞：位移傳感器;MTS;故障處理

位移傳感器是美國MTS公司生產的一種用于精確測量機械位移或液壓缸運動位置的磁致伸縮式位移傳感器，精度最高可達1μm，當兩個不同的磁場相交時會產生一個應變脈沖信號，這兩個磁場一個來自活動磁鐵，另一個來自電子頭產生的電流脈沖，這個脈沖信號沿著傳感器內磁致伸縮材料制成的波導管，以聲音的速度運行，從產生信號的一刻到返回信號被探測到所需的時間乘以固定的聲音速度，便能準確的計算出磁鐵的位置變動。

其結構包括位置磁鐵、感應桿、電子頭和電纜，電子頭是通過內六角螺栓固定在壓力外管上的;電纜分為自帶線和外接航空插頭兩種方式連接在電子頭上。電纜中一共有六根線，分別為數據+（粉）、數據-（灰）、時鐘+（黃）、時鐘-（綠）、24V（棕）、0V（白）。

在熱軋惡劣的生產工況條件下，要求設備技術員對于電氣控制系統的位置傳感器有深刻的理解，能夠準確及時地判斷和處理，并同時具有相關設備維護經驗。

1 位置傳感器的電氣控制回路介紹

在PLC系統中，通過美國公司的TP912M模塊對 MTS傳感器進行采樣，該模塊可同時對兩個傳感器同時采樣，輸出傳感器反饋信號和狀態字。

2 MTS傳感器電氣控制系統故障描述

（1）當MTS出現故障時，通常HMI畫面有報警，此時TP912M模塊上的相應通道也會出現報警。此時，查看程序中TP912M模塊反饋的狀態字便可以判斷出故障原因。同時，還可以通過ODG（在線數據圖形）軟件，判斷MTS傳感器是否故障。示例圖中是正常狀態下MTS所反饋的位置波形，可以看出波形過渡平滑，運動過程中的斜率變化均勻。

（2）當MTS傳感器出現數據線或電源線斷線的故障，這時反饋的數值會非常大，所以在ODG的圖形中可以看到狀態1的情況。可以看出波形突然躍升，躍升后的數值非常大，最明顯的特征就是數值為瞬間上升，在波形上的反應就是呈直角上升，斜率無窮大。同時，狀態字也會產生變化，數據線斷線情況下，通道1和通道2所接傳感器狀態字會變為9216和12288;電源線斷線情況下則會變為13312和28672。

（3）當MTS傳感器出現時鐘斷線的故障，這時反饋的數值會變為0，在ODG的圖形中可以看到狀態2的情況。可以看出波形數值瞬間變為0，在波形上的反應就是呈直角變化，斜率無窮大。同時，狀態字也會產生變化，時鐘線斷線情況下，通道1和通道2所接傳感器狀態字也會變為9216和12288。

（4）無報警現象，這種情況的MTS故障沒有任何報警，由于反饋的數值錯誤，會影響設備的控制，會導致油缸運動出現異常，導致比較嚴重的后果。這種沒有報警的故障，只有通過觀察ODG圖形的變化來判斷MTS的好壞。

大體的故障波形可以分為以下兩種：

狀態3的情況時，可以看出波形在正常運動過程中突然下降（或上升）至一個固定值，之后又突然恢復到正常值，產生了一個向下凹（或向上凸）的矩形波。如果波動的時間很短，可能對設備控制影響不大，但時間長且幅值變化大的波動會對設備運動造成很大影響。以上情況可能在設備運動的一個行程中出現若干次，在波形上體現就是出現大量毛刺，同樣會對控制造成影響。

狀態4的情況時，可以看出波形在正常運動過程中突然下降（或上升）至一個固定值，之后保持不變，產生了一個直角下降（或上升）。這種情況會導致設備運動不到位，造成較大影響。

3 MTS傳感器故障原因

（1）斷線情況，從源頭到終端也就是PLC模板到現場傳感器，可能經過了多級端子箱。PLC模板接線松動、端子箱接線松動、航空插頭松動、電纜斷裂，都會導致斷線情況。

（2）電子頭損壞，電子頭內部為數字電路板，比較脆弱，一端可拆卸，通過兩個內梅花螺絲固定，端蓋下有密封圈。當密封出現問題，特別是在高濕度、強震動的情況下，電子頭比較容易出現故障。電子頭的工作電壓為直流24V，當線路出現短路或接地的情況，可能會導致電子頭電路損壞。

（3）波導桿故障，波導桿內部有磁致伸縮線，非常精密，當波導桿受到外力扭曲或者強震動，可能出現伸縮線斷裂的情況，導致無法傳遞脈沖信號。

此外，TP912M模板的故障也會導致MTS的數據反饋異常。

4 MTS傳感器故障處理方法

（1）根據上述方法判斷出接線異常時，有航空插頭的首先檢查插頭是否松動，自帶線的檢查接頭是否完好，有無損傷，其次檢查現場端子箱和PLC模板接線是否松動。如果檢查完畢故障仍然存在，則需要校線，檢查端子箱到PLC模板間的電纜是否斷線、短路或接地。

（2）如果故障仍然存在，則電子頭可能損壞，可以通過使用萬用表測量MTS六根引線之間的電阻值來判斷。一般數據+和數據-之間、時鐘+和時鐘-之間、24V和0V之間為千偶至兆歐級別，如果阻值很小，則電子頭壞，需要更換MTS傳感器。

（3）如果阻值正常，可能為波導桿故障，只有更換MTS傳感器。

作者簡介：李午辰（1990-），男，漢族，安徽馬鞍山人，本科，工程師，研究方向：鋼鐵冶金設備技術改造和維護。