開關(guān)量信號(hào)隔離器在水泥廠的應(yīng)用

安科瑞 劉邁

　　摘要：在水泥廠生產(chǎn)過程中，需要皮帶與提升機(jī)進(jìn)行運(yùn)輸物料，回轉(zhuǎn)下料器進(jìn)行投放物料。其中涉及大量電動(dòng)機(jī)相關(guān)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，對(duì)這些機(jī)械運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題避免造成事故。針對(duì)機(jī)械位置檢測(cè)，通常使用接近開關(guān)完成。接近開關(guān)輸出的信號(hào)是濕接點(diǎn)信號(hào)，并且具有一定的開關(guān)頻率。通常情況下接近開關(guān)直接連接控制器，但是在諸如水泥廠、鋼鐵廠、化工廠之類的工業(yè)場(chǎng)景，設(shè)備較多造成電磁環(huán)境復(fù)雜，信號(hào)容易受到干擾影響監(jiān)測(cè)質(zhì)量。在接近開關(guān)與控制器之間加裝信號(hào)隔離器，可以有效過濾大多數(shù)干擾信號(hào)，保證整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

　　關(guān)鍵詞：信號(hào)隔離器；接近開關(guān)；電動(dòng)機(jī)；信號(hào)干擾

　　0：概述

　　接近開關(guān)分為電容式接近開關(guān)與電感式接近開關(guān)。其中電感式接近開關(guān)的主要工作原理是內(nèi)部產(chǎn)生高頻變磁場(chǎng)，磁場(chǎng)經(jīng)由感應(yīng)面釋放。當(dāng)金屬物體接近感應(yīng)面時(shí)，會(huì)產(chǎn)生漩渦電流，檢測(cè)到該信號(hào)，接近開關(guān)會(huì)把它轉(zhuǎn)換成開關(guān)量信號(hào)輸出。控制器可以通過接近開關(guān)輸出的周期性開關(guān)信號(hào)，換算出對(duì)應(yīng)物體的速度。根據(jù)上述功能與應(yīng)用，水泥廠在生產(chǎn)工藝中，將接近開關(guān)安裝在皮帶與提升機(jī)尾輪中監(jiān)測(cè)對(duì)應(yīng)的速度，避免出現(xiàn)打滑的情況。將接近開關(guān)安裝回轉(zhuǎn)下料器中，檢測(cè)速度可以避免其機(jī)械結(jié)構(gòu)卡死導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)燒毀情況，由此可見速度監(jiān)測(cè)在這些場(chǎng)景中有較為重要的作用。在許多工業(yè)場(chǎng)景中，例如：水泥廠、鋼鐵廠、化工廠等等。現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，干擾源眾多，影響信號(hào)傳輸質(zhì)量，甚至造成相關(guān)設(shè)備損壞。使用信號(hào)隔離器可以有效避免上述風(fēng)險(xiǎn)，保障系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

　　1：NAMUR型接近開關(guān)

　　NAMUR型接近開關(guān)是一種常見的無源兩線制傳感器，需要外部給其提供8V DC的電壓才能正常工作，回路電流≤1.2mA認(rèn)為開關(guān)斷開，電流≥2.1mA則認(rèn)為開關(guān)閉合。因?yàn)镹AMUR型接近開關(guān)的特性，不方便將其直接接入控制器中，需要在其與控制器之間安裝信號(hào)隔離器，信號(hào)隔離器可以將NAMUR信號(hào)轉(zhuǎn)換成繼電器或者晶體管信號(hào)給控制器，完成信號(hào)連接。NAMUR型接近開關(guān)的最大開關(guān)頻率通常可達(dá)到2000Hz，可以在某些場(chǎng)景中進(jìn)行速度監(jiān)測(cè)。機(jī)械式繼電器的開關(guān)頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到上述需求并滿足相關(guān)應(yīng)用，所以需要選擇晶體管輸出的信號(hào)隔離器，晶體管的開關(guān)頻率可以滿足相應(yīng)的需求。

接近開關(guān)測(cè)量轉(zhuǎn)速示意圖

　　在轉(zhuǎn)輪上設(shè)置一個(gè)金屬物體，可以被NAMUR型接近開關(guān)感應(yīng)到。接近開關(guān)完成一個(gè)開關(guān)周期，等于轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)過一個(gè)周期，通過這個(gè)周期就可以計(jì)算出轉(zhuǎn)輪的速度。轉(zhuǎn)輪的速度越快，接近開關(guān)的開關(guān)頻率越高，也就需要匹配其頻率的信號(hào)隔離器。頻率高的信號(hào)受到干擾，不能簡(jiǎn)單在端口增加濾波電路，因?yàn)闉V波電路可能會(huì)將正常的開關(guān)頻率信號(hào)當(dāng)作干擾信號(hào)過濾掉。如何保證上述信號(hào)可以準(zhǔn)確傳輸，是一個(gè)重要的關(guān)注點(diǎn)。

　　2：常用解決方法

　　電磁干擾信號(hào)通過傳感器的外接信號(hào)線耦合到正常信號(hào)上，導(dǎo)致后端控制器接收到異常信號(hào)，造成控制器采集數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，甚至有損壞設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)。 在傳感器與控制器之間安裝信號(hào)隔離器，可以有效解決上述問題。

信號(hào)隔離器接入圖

　　開關(guān)量輸入信號(hào)隔離器通過光耦隔離的方式將傳感器的輸出信號(hào)經(jīng)過隔離傳輸?shù)娇刂破鳌鞲衅髋c控制器之間形成電氣隔離，分別形成兩個(gè)獨(dú)立回路。若出現(xiàn)異常危險(xiǎn)大能量信號(hào)，不能直接通過線纜到達(dá)控制器，保護(hù)控制器免受危險(xiǎn)信號(hào)的影響。同時(shí)切斷了接地環(huán)路，避免接地環(huán)路拾取環(huán)境中各種干擾信號(hào)，影響信號(hào)的傳輸質(zhì)量。

　　3：BM100開關(guān)量輸入信號(hào)隔離器

　　3.1概述

　　BM100開關(guān)量輸入信號(hào)晶體管輸出信號(hào)隔離器。接收干接點(diǎn)或NAMUR型接近開關(guān)信號(hào)，接收信號(hào)頻率≤5KHz，可以接收高頻信號(hào)。輸出晶體管(濕接點(diǎn)信號(hào))。晶體管外接電阻性負(fù)載，驅(qū)動(dòng)電流最大40mA，不建議用于驅(qū)動(dòng)設(shè)備供電。產(chǎn)品頂部有撥碼開關(guān)，可以根據(jù)需求令輸入與輸出同向邏輯或者是反向邏輯。同時(shí)具有故障檢測(cè)功能，檢測(cè)輸入的回路是否存在短路或斷路的情況。(NAMUR型接近開關(guān)信號(hào)可以直接使用，干接點(diǎn)信號(hào)需要在輸入端外接電阻實(shí)現(xiàn))

BM100開關(guān)量輸入晶體管輸出信號(hào)隔離器接線圖

BM100系列開關(guān)量輸入信號(hào)隔離器外觀圖

　　3.2技術(shù)參數(shù)

　　4：結(jié)束語

　　開關(guān)量輸入晶體管輸出信號(hào)隔離器，通常使用在對(duì)開關(guān)頻率要求高，負(fù)載要求低的場(chǎng)景。其可以有效過濾大多數(shù)干擾信號(hào)，并保護(hù)相關(guān)設(shè)備不受危險(xiǎn)大能量信號(hào)的損害。輸入支持干接點(diǎn)或NAMUR型接近開關(guān)信號(hào)，頂部有撥碼開關(guān)支持手動(dòng)調(diào)整輸入與輸出同向或反向以及輸入端電路是否進(jìn)行短路或斷路檢測(cè)。客戶可以根據(jù)自身實(shí)際使用情況，進(jìn)行選型與配置，保護(hù)相關(guān)系統(tǒng)正常穩(wěn)定的運(yùn)行。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2020.6.

　　[2]韓喜俊.兩線制接近開關(guān)的使用問題及解決措施.水泥,2018.No1:71-72.