一種新型接近開關(guān)測速儀的設(shè)計

楊超武，包勇超，李 文，王文學(xué)，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(tuán)西昌鋼釩有限公司，四川 西昌 615000；3.日照鋼鐵控股集團(tuán)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(jìn)行跟蹤計算，但是由于減速機屬于非標(biāo)產(chǎn)品，現(xiàn)場使用的減速機的減速比往往和理論設(shè)計存在差異。為了實現(xiàn)快速的檢測到減速機輸出端的速度，并給控制系統(tǒng)提供可靠準(zhǔn)確的信息，順利的完成設(shè)備初期的安裝調(diào)試，提高工作效率，本文討論了一種簡單、可靠、實用的轉(zhuǎn)速測量方法。

1 實際問題

根據(jù)冶金設(shè)備的生產(chǎn)和運轉(zhuǎn)特性，編碼器在使用過程中對外部環(huán)境要求比較高，尤其是在比較大的電氣系統(tǒng)中，有時會出現(xiàn)電氣信號衰減和干擾，進(jìn)而影響測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。

減速機的減速比往往和理論設(shè)計存在差異，在設(shè)備調(diào)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(zhuǎn)速也出現(xiàn)波動；同時在使用過程中編碼器的維護(hù)成本較高，維護(hù)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(lǐng)域的使用要求，本文將根據(jù)生產(chǎn)實際并結(jié)合國內(nèi)某鋼鐵企業(yè)的實踐提出一種新的檢測手段，從而實現(xiàn)通過機械結(jié)構(gòu)結(jié)合電氣控制系統(tǒng)為機械設(shè)備提供精準(zhǔn)的速度性能參數(shù)。

2 設(shè)計思路

2.1 設(shè)計原理

根據(jù)接近開關(guān)單位時間內(nèi)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(zhuǎn)速，并計算出輸出端的線速度，從而實現(xiàn)為控制系統(tǒng)提供精確的數(shù)據(jù)參數(shù)。如果將接近開關(guān)的安裝形式設(shè)計成可移動式或手持式的結(jié)構(gòu)，那么就可以實現(xiàn)若干組電機減速機輸出的跟蹤、檢測和監(jiān)控。

2.2 設(shè)備組成

該測量儀主要由接近套圈、套圈固定螺釘、開關(guān)安裝支架、接近開關(guān)等部分組成如圖1所示。為了實現(xiàn)快速、方便、準(zhǔn)確檢測電機減速機輸出端法蘭處的機械轉(zhuǎn)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(guān)6的配合，根據(jù)接近開關(guān)單位時間內(nèi)讀取的脈沖信號計算出減速機輸出端法蘭的機械轉(zhuǎn)速，并計算出法蘭端輸出到連接輥道(或機構(gòu))的線速度，為控制系統(tǒng)提供精確的數(shù)據(jù)參數(shù)。

圖1 接近開關(guān)測速儀主要組成

2.3 實施方案

接近套圈上設(shè)計一定數(shù)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(guān)安裝布置在側(cè)面。當(dāng)接近套圈隨著減速機輸出端的法蘭旋轉(zhuǎn)時，每一個缺口通過接近開關(guān)時，接近開關(guān)產(chǎn)生(記錄)一個脈沖(信號)，產(chǎn)生的脈沖數(shù)與設(shè)計的缺口數(shù)量相同時，表示減速機輸出法蘭旋轉(zhuǎn)一周。根據(jù)記錄單位時間內(nèi)的脈沖(信號)數(shù)計算出減速機輸出端的轉(zhuǎn)速及驅(qū)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(guān)支架5固定在減速機底座上及減速機法蘭的側(cè)面；調(diào)整接近開關(guān)6感應(yīng)面與接近套圈最外圈的距離L，使接近開關(guān)6在接近套圈2(圖2)的凸臺處可以感應(yīng)并產(chǎn)生信號，在接近套圈2缺口處接近開關(guān)6不能感應(yīng)并產(chǎn)生信號。

當(dāng)電機帶動減速機旋轉(zhuǎn)時接近套圈2在減速機輸出法蘭4的帶動下旋轉(zhuǎn)，當(dāng)接近套圈上的一個凸臺經(jīng)過接近開關(guān)6時，接近開關(guān)產(chǎn)生(記錄)一個信號，缺口經(jīng)過接近開關(guān)時，記錄信號完成，形成一個圖3所示的脈沖(信號)記錄。根據(jù)接近開關(guān)所記錄單位時間內(nèi)的脈沖(信號)數(shù)量，通過計算機程序計算出減速機的輸出轉(zhuǎn)速和減速機輸出法蘭所驅(qū)動的輥子(或機構(gòu))的角速度及線速度，為控制系統(tǒng)提供精確的數(shù)據(jù)參數(shù)。

在接近套圈的設(shè)計中，D2、D3的尺寸則根據(jù)接近開關(guān)的選型確定。當(dāng)然為了適應(yīng)不同精度的檢測要求，接近套圈2設(shè)計成不同數(shù)量的缺口。例如：假設(shè)接近套圈上布置n個缺口，那么接近開關(guān)記錄n個脈沖時，表示減速機輸出端的法蘭旋轉(zhuǎn)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(jìn)行數(shù)據(jù)交互。測速用接近開關(guān)通過電纜與PLC的數(shù)字量輸入通道連接，在電機運轉(zhuǎn)過程中，接近開關(guān)發(fā)出的脈沖信號被PLC通過高頻率數(shù)字量輸入通道采集并記錄，PLC通過設(shè)定的公式程序，計算得出減速機輸出端的實際轉(zhuǎn)速，將測量結(jié)果反饋回變頻器。根據(jù)兩者出現(xiàn)的速度差值，即時調(diào)整傳動電機的轉(zhuǎn)速，使得整個傳動系統(tǒng)實現(xiàn)速度閉環(huán)控制。

4 結(jié)束語

通過以上的分析和對該項目的設(shè)計與實施，證明這種設(shè)計思路是可行而且有效的。不僅為機械設(shè)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(tǒng)提供精確可靠的數(shù)據(jù)參數(shù)。尤其是在若干組設(shè)備同時需要動態(tài)(精確)控制并保證輸出速度一致的情況下，結(jié)合變頻電機的特點，形成動態(tài)跟蹤和閉環(huán)控制，保證輸出速度平穩(wěn)，即使隨著電壓、電流的變化，電機的轉(zhuǎn)速出現(xiàn)波動的情況下，也可以即時為控制系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的信號，進(jìn)而穩(wěn)定生產(chǎn)流程并提高產(chǎn)品質(zhì)量；同時避免了編碼器在使用過程中對外部環(huán)境要求比較高，尤其是在比較大的電氣系統(tǒng)中，有時會出現(xiàn)電氣信號衰減和干擾的缺點；而且接近開關(guān)具有工作可靠、壽命長、功耗低、重復(fù)定位精度高、操作頻率高以及適應(yīng)惡劣的工作環(huán)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(xiàn)場維護(hù)方便，提高了電機運行的作業(yè)率，減少了維護(hù)工人的勞動工作量。

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