電感型接近開關(guān)在皮帶機欠速檢測中的應(yīng)用

◎ 申 鵬

（日照港裕廊股份有限公司，山東 日照 276826）

港口作為水陸交通的集結(jié)點和樞紐處，是工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品和外貿(mào)進出口物資的集散地，為了提高生產(chǎn)效率、降低運輸成本、提高服務(wù)質(zhì)量，港口功能劃分越來越趨向于專業(yè)化、自動化。作為大宗散貨專業(yè)碼頭的重要組成部分，皮帶輸送機（簡稱皮帶機）因其連續(xù)化、大運量的作業(yè)特點，在散貨裝卸過程中發(fā)揮著極其重要的作用。為了實現(xiàn)皮帶機工作流程的自動化，提高作業(yè)效率，降低機損故障，通常會配套建設(shè)PLC自動控制系統(tǒng)，通過保護開關(guān)及程序邏輯判斷，實現(xiàn)皮帶機運行過程中的自動保護。皮帶機保護開關(guān)一般分為急停、跑偏、欠速、堵料、張緊和撕裂等，本文基于電感型接近開關(guān)工作特性，針對“欠速”保護開關(guān)的設(shè)計與應(yīng)用等內(nèi)容進行了探討。

1 電感型接近開關(guān)

電感型接近開關(guān)是用于非接觸檢測金屬物體的一種方式，當金屬物體移向或移出接近開關(guān)時，信號會自動變化，從而達到檢測的目的。

如圖1所示，電感式接近開關(guān)由LC振蕩電路、信號觸發(fā)器和開關(guān)放大器組成。

圖1 電感型接近開關(guān)及工作原理圖

振蕩電路的線圈產(chǎn)生高頻交變磁場，該交變磁場通過傳感器的傳感表面釋放。當金屬材料接近感應(yīng)表面并達到感應(yīng)距離時，金屬靶中會產(chǎn)生渦流，這會使振蕩衰減甚至停止振動。振蕩器的振蕩和停止振蕩的變化由后置放大電路處理，并轉(zhuǎn)換成開關(guān)信號，從而觸發(fā)驅(qū)動控制裝置以達到非接觸檢測的目的[1]。

電感型接近開關(guān)是在霍爾效應(yīng)原理的基礎(chǔ)上，采用集成包裝和組裝技術(shù)制成，在實際應(yīng)用中可以輕松地將磁性輸入信號轉(zhuǎn)換為電信號，具有抗干擾、非接觸、低功耗、使用壽命長和響應(yīng)頻率高等特點，它可以在各種惡劣的環(huán)境中可靠地工作，并滿足實際工業(yè)應(yīng)用中易于操作和可靠性的要求。

2 皮帶輸送機

皮帶輸送機結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。皮帶輸送機使用環(huán)形柔性輸送帶作為材料承載和牽引部件，圍繞著驅(qū)動滾筒和改向滾筒。驅(qū)動滾筒和輸送帶之間的摩擦力用于拖動輸送帶和物料，使其運行。它可以運輸各種散裝物料以及各種紙箱，包裝袋和其他重量輕的單件物品，其具有結(jié)構(gòu)簡單、便于維護、能耗較小和使用成本低等特點，用途廣泛。

圖2 皮帶輸送機結(jié)構(gòu)簡圖

皮帶機在運行過程中，受過載、打滑等因素影響，帶速低于額定轉(zhuǎn)速時，稱之為“欠速”。當發(fā)生欠速故障時，如不能及時停機，極易發(fā)生驅(qū)動滾筒與皮帶嚴重磨損，造成皮帶斷裂，甚至引發(fā)火災(zāi)，危害極大。

3 設(shè)計思路

（1）皮帶能帶動改向滾筒產(chǎn)生一個同步轉(zhuǎn)速。在皮帶機的額定帶速下，輸送帶能帶動皮帶機的改向滾筒產(chǎn)生一個同步的轉(zhuǎn)速。當皮帶機發(fā)生欠速時，帶速降低，改向滾筒的轉(zhuǎn)速也將降低。

（2）接近開關(guān)能檢測運動的金屬物是否到位。接近開關(guān)在正常工作狀態(tài)下，能夠檢測其工作范圍內(nèi)金屬物體的運動情況，并實時輸出開關(guān)信號。

（3）根據(jù)改向滾筒與接近開關(guān)的工作特點，將兩者結(jié)合，設(shè)計成欠速開關(guān)。根據(jù)接近開關(guān)的工作方式，在改向滾筒圓周上安裝金屬檢測物，滾筒邊上安裝接近開關(guān)，通過檢測滾筒上運動著的金屬檢測物，來對皮帶機欠速實施檢測，如圖3所示。

圖3 欠速開關(guān)設(shè)計圖

4 方案論證

以日照港裕廊股份有限公司皮帶機運行參數(shù)為參照依據(jù)。由于電感型接近開關(guān)具有響應(yīng)頻率高的特點，當皮帶機以額定帶速（3.1 m·s-1）運轉(zhuǎn)時，輸送帶帶動改向滾筒產(chǎn)生一個同步的轉(zhuǎn)速（1.6 r·s-1），金屬檢測物會以相同的周期（0.625 s·r-1）在接近開關(guān)監(jiān)測范圍內(nèi)出現(xiàn)，接近開關(guān)將輸出一個連續(xù)的電信號（高電平），畫成時序圖，如圖4所示。

圖4 檢測信號時序圖

通過分析時序圖發(fā)現(xiàn)，金屬檢測物轉(zhuǎn)動一個周期所用的時間是高、低電平出現(xiàn)時間之和。當皮帶機發(fā)生欠速時，金屬檢測物無論是在高電平輸出位置上，還是在低電平輸出位置上，停留的時間都會延長。

通過PLC編寫檢測程序，只需要對同一周期里高電平和低電平的輸出時間進行測算，即可實現(xiàn)對改向滾筒轉(zhuǎn)速的實時監(jiān)控，即對皮帶機帶速的檢測，從而及時發(fā)現(xiàn)皮帶機欠速，保護停機。

5 改造應(yīng)用

在論證分析的基礎(chǔ)上，通過接近開關(guān)選型，以日照港裕廊股份有限公司皮帶機為改造對象，采用NI15-G30SK-AP6X型接近開關(guān)實施改造。

5.1 開關(guān)安裝

根據(jù)NI15-G30SK-AP6X型接近開關(guān)的外形尺寸、工作要求以及安裝現(xiàn)場實際情況，設(shè)計安裝支架及金屬檢測體，如圖5所示。并根據(jù)設(shè)計要求，對欠速開關(guān)實施安裝，如圖6。

圖5 安裝支架及金屬檢測體結(jié)構(gòu)圖（單位：mm）

圖6 欠速開關(guān)安裝實物圖

5.2 開關(guān)接線

接近開關(guān)安裝接線如圖7所示。

5.3 檢測程序編寫

通過PLC編程軟件，編寫檢測程序，并與皮帶機自動保護程序進行對接，實現(xiàn)保護聯(lián)動控制，如圖8所示。

圖7 接近開關(guān)接線圖

圖8 PLC檢測程序圖

5.4 效果檢測

改造完成后，對皮帶機進行模擬欠速試驗，根據(jù)PLC程序所接收到的接近開關(guān)發(fā)出的實際數(shù)據(jù)（高電平70 ms、低電平350 ms，PLC對高低電平時間的檢測有一定滯后），對PLC檢測程序微調(diào)，達到了預(yù)期目標。

6 結(jié)語

隨著工業(yè)計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，自動檢測和自動控制技術(shù)已顯示出強大的優(yōu)勢。越來越多的接近開關(guān)廣泛應(yīng)用于自動控制系統(tǒng)中，通過正確的理解和選型，實現(xiàn)液位、速度、零件尺寸和數(shù)量的檢測與控制等，作為在自動控制系統(tǒng)中獲取信息的重要元素。對其進行篩選，可用于不同場景下的二次開發(fā)和應(yīng)用，以實現(xiàn)更多，更豐富的功能[2]。