光電式接近開關(guān)在起重機械行程限位上的運用

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

關(guān)鍵詞：光電式接近開關(guān)；行程限位；檢測距離

1 概述

多年來起重機械因行程限位失效，造成運行機構(gòu)撞擊、金屬結(jié)構(gòu)變形，甚至造成嚴(yán)重事故的現(xiàn)象屢見不鮮。這是因為機械式限位開關(guān)的金屬傳動部件長年暴露在外，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，無法轉(zhuǎn)動；限位開關(guān)的開關(guān)臂在扳動后不能自動復(fù)位，運行機構(gòu)無法正常第二次運行；因安全尺變形，無法使限位開關(guān)動作；因限位開關(guān)的進(jìn)線孔不密封，造成潮氣侵入，使其內(nèi)部的電氣觸點氧化，造成觸點接觸不良；限位開關(guān)內(nèi)部的回位彈簧因銹蝕變形，失去原有作用，造成觸點接觸不良及不能自動復(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)對比分析，選擇了用接近開關(guān)來代替接觸式限位開關(guān)。

接近開關(guān)是一種毋需與運動部件進(jìn)行機械接觸而可以操作的位置開關(guān)，又稱無觸點接近開關(guān)，是理想的電子開關(guān)量傳感器。當(dāng)檢測體接近開關(guān)的感應(yīng)區(qū)域，不需要機械接觸及施加任何壓力，開關(guān)就能無接觸，無壓力、無火花、迅速發(fā)出電氣指令，準(zhǔn)確反應(yīng)出運動機構(gòu)的位置和行程。

2 接近開關(guān)特點

與接觸式限位開關(guān)相比，接近開關(guān)具有以下特點：

2.1 非接觸檢測，不影響被測物的運行工況；

2.2 不產(chǎn)生機械磨損和疲勞損傷，工作壽命長；

2.3 響應(yīng)快，一般響應(yīng)時間可達(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；

2.5 無觸點、無火花、無噪音，適用于要求防爆的場合；

2.6 輸出信號大，易于與計算機或可編程控制器（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)有時也叫電感式接近開關(guān)。它是利用導(dǎo)電物體在接近這個能產(chǎn)生電磁場接近開關(guān)時，使物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流。這個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，由此識別出有無導(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)的測量通常是構(gòu)成電容器的一個極板，而另一個極板是開關(guān)的外殼。這個外殼在測量過程中通常是接地或與設(shè)備的機殼相連接。當(dāng)有物體移向接近開關(guān)時，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)檢測的對象，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，開關(guān)檢測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)的檢測對象必須是磁性物體。

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檢測頭內(nèi)。當(dāng)有反光面（被檢測物體）接近時，光電器件接收到反射光后便在信號輸出，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)對波源的距離發(fā)生改變時，接近到的波的頻率會發(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，接近開關(guān)接收到的反射信號會產(chǎn)生多普勒頻移，由此可以識別出有無物體接近。

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)具有檢測距離長的特點，現(xiàn)起重機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)

檢測距離：是指檢測體按一定方式移動，當(dāng)開關(guān)動作時測得的基準(zhǔn)位置（光電開關(guān)的感應(yīng)表面）到檢測面的空間距離。

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)被測物體進(jìn)入受光器作用范圍時，被反射回來的光脈沖進(jìn)入光敏三級管。并在接收電路中將光脈沖解調(diào)為電脈沖信號，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（或不延時）觸發(fā)驅(qū)動器輸出光電開關(guān)控制信號。

光電式接近開關(guān)作為橋式起重機非接觸式行程限位，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）對應(yīng)位置，當(dāng)大車（或小車）向軌道端部移動，移動到檢測距離時，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，輸出信號給相應(yīng)控制回路，停止該方向運行。

5 注意事項

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

5.2 強光會對光電式接近開關(guān)產(chǎn)生干擾，戶外或太陽光等有強光直射場所應(yīng)做好遮光措施。

6 結(jié)束語

光電式接近開關(guān)作為起重機械的行程限位，避免了接觸式限位開關(guān)的劣勢，給安全生產(chǎn)帶來了可靠保障，并且光電式接近開關(guān)安裝方便，使起重機械在使用的可靠性、安全性及維修的方便性等方面均得到很大提高。同時給起重機械的電氣系統(tǒng)PLC控制的配套運用打下了良好基礎(chǔ)，為起重機械電氣自動化發(fā)展做好準(zhǔn)備，

參考文獻(xiàn)

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

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

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