接近開關(guān)在三峽船閘的應(yīng)用

程勇 延芳超 黎攀

摘 要：接近開關(guān)又稱無觸點(diǎn)行程開關(guān)，它是在船閘閘、閥門設(shè)備上廣泛應(yīng)用的傳感設(shè)備。起閘、閥門位置檢測和位置保護(hù)等作用。本文主要根據(jù)三峽船閘使用環(huán)境和功能需求，介紹接近開關(guān)選型要點(diǎn)及其在三峽船閘的應(yīng)用情況。通過接近開關(guān)的分類及選型介紹，結(jié)合船閘實(shí)際使用特點(diǎn)，總結(jié)其在船閘的應(yīng)用實(shí)踐，以期能對(duì)船閘行業(yè)接近開關(guān)運(yùn)用有一定借鑒。

關(guān)鍵詞：三峽船閘;接近開關(guān);閥門;選型

中圖分類號(hào)：U641? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006—7973（2019）08-0023-03

1 接近開關(guān)在三峽船閘的應(yīng)用環(huán)境

1.1通過應(yīng)用功能需求分類介紹

接近開關(guān)在三峽船閘閘閥門的運(yùn)用中，主要有兩種功能表現(xiàn)，分別為位置檢測和位置保護(hù)。

（1）位置檢測。三峽船閘閘閥門是由PLC控制的。通常情況下，閘閥門的動(dòng)作位置均有開終關(guān)終，閥門還有下滑位以及檢修位。只有PLC收到位置信號(hào)后，它才能控制閘閥門的停止與動(dòng)作。

（2）位置保護(hù)。為避免人字門門縫錯(cuò)位過大，三峽船閘加入了合攏檢測保護(hù)。當(dāng)人字門合攏狀態(tài)不佳，則會(huì)觸發(fā)合攏保護(hù)開關(guān)信號(hào)，船閘進(jìn)入合攏保護(hù)工藝。

1.2應(yīng)用環(huán)境要求

（1）閥門水下環(huán)境。三峽船閘輸水閥門一直處于水下動(dòng)作，所以閥門的接近開關(guān)也長期處于水下狀態(tài)。在閥門的開、關(guān)過程中，也會(huì)產(chǎn)生湍急的水流，對(duì)開關(guān)也會(huì)產(chǎn)生沖擊。

（2）閘門門體上環(huán)境。三峽船閘人字閘門長期在露天環(huán)境風(fēng)吹日曬，這樣人字門的接近開關(guān)就會(huì)經(jīng)常處于高溫、潮濕等外部環(huán)境中工作。而在人字門動(dòng)作的過程中，門體的震動(dòng)也會(huì)給開關(guān)帶來一定的影響。

閘閥門運(yùn)行需要精確的傳感信號(hào)，再加上外部惡劣的環(huán)境，閘閥門的接近開關(guān)必須具備抗干擾、抗高溫高壓等良好性能以及高級(jí)別的防護(hù)等級(jí)。

2 接近開關(guān)的選型要點(diǎn)

2.1接近開關(guān)主要原理和類型介紹

接近開關(guān)是一種不經(jīng)過接觸電氣設(shè)備而可以動(dòng)作的限位開關(guān)。如果物體在開關(guān)的感應(yīng)距離之內(nèi)時(shí)，那么開關(guān)在沒有施加任何壓力的情況下而觸發(fā)動(dòng)作，并將開關(guān)量信號(hào)傳遞到PLC中來控制電氣設(shè)備的運(yùn)行。接近開關(guān)的動(dòng)作性能穩(wěn)定可靠，響應(yīng)頻率快，抗干擾能力強(qiáng)，使用壽命長，同時(shí)也具有防水、防震、耐腐蝕等特點(diǎn)。

由于接近開關(guān)的安裝方式、輸出信號(hào)方式、感應(yīng)原理等不同，所以接近開關(guān)的一般分類方法會(huì)有很多種。常用的分類方法為按感應(yīng)原理分類，主要有電感式、電容式、霍爾式等。

（1）電感式的接近開關(guān)。電感式的接近開關(guān)主要有電感線圈、電容以及晶體管等電氣元器件組成的振蕩電路。在通電情況下，接近開關(guān)在電流的作用下產(chǎn)生交變磁場。如果金屬物體靠近接近開關(guān)的感應(yīng)面時(shí)，那么接近開關(guān)將會(huì)產(chǎn)生交變磁場，金屬物體產(chǎn)生渦流，從而導(dǎo)致振蕩回路斷開。高頻振蕩電路經(jīng)過放大電路處理成的開關(guān)量信號(hào)，直接送到PLC的數(shù)字量輸入模塊中，觸發(fā)驅(qū)動(dòng)控制器件，從而達(dá)到非接觸式檢測功能。工作流程如圖1所示。

（2）電容式的接近開關(guān)。電容式的接近開關(guān)主要由高頻振蕩器和放大器等兩部分組成。接近開關(guān)的檢測面和大地之間形成的電容器，是直接參與到振蕩回路中工作。如果有檢測物體接近傳感器檢測面時(shí)，那么振蕩回路中的電容量立刻發(fā)生變化，從而直接促成振蕩器發(fā)生振蕩。振蕩電路的振蕩和停振這兩個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換成的電信號(hào)，直接通過放大器進(jìn)行信號(hào)處理，然后再轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制的開關(guān)量信號(hào)。工作原理圖如圖2所示。

（3）霍爾接近開關(guān)。當(dāng)一塊通有電流的金屬薄片垂直地放在磁場中時(shí)，薄片的兩端就會(huì)產(chǎn)生電位差，這就是霍爾效應(yīng)。兩端具有的電位差值就是霍爾電勢U，它的表達(dá)式為U=K﹒B/d﹒I，其中K為霍爾系數(shù)，B為磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度，d為薄片的厚度，I為薄片中通過的電流。

2.2接近開關(guān)的選型原則與要求

在接近開關(guān)的選用與安裝中，開關(guān)的檢測距離和設(shè)定距離、工作環(huán)境等是我們考慮的必要因素。

（1）檢測距離：是指當(dāng)檢測體按某種平行方式移動(dòng)時(shí)，從開關(guān)動(dòng)作到開關(guān)瞬間不動(dòng)作時(shí)測得的空間距離。

（2）設(shè)定距離：是指接近開關(guān)在工作中的設(shè)定距離。被測物體與接近開關(guān)之間的安裝距離一般均小于額定動(dòng)作距離，這樣才能保證開關(guān)的工作性能可靠。實(shí)際工作中，我們?cè)诎惭b后還會(huì)通過調(diào)試，找到開關(guān)最佳的設(shè)定距離，才會(huì)將開關(guān)緊固。

（3）接近開關(guān)的安裝方式：一般有齊平式和非齊平式兩種安裝方式，如下圖3、4所示。

齊平式安裝：齊平式安裝又稱埋入式安裝，它的外觀直接表現(xiàn)是接近開關(guān)的表面是和安裝的金屬物體是在同一表面上，這樣開關(guān)就不容易被碰壞，但是這種安裝方式將會(huì)導(dǎo)致開關(guān)的靈敏度很低。

非齊平式安裝：非齊平式安裝又稱非埋入式安裝，外觀表現(xiàn)是接近開關(guān)的感應(yīng)頭再安裝支架上露出一定高度，這樣有效提高了開關(guān)的靈敏度，但是極易造成開關(guān)的碰擦。

（4）響應(yīng)頻率：是指接近開關(guān)在1秒內(nèi)閉合與斷開的最大次數(shù)。

（5）輸出形式：NPN型和PNP型的輸出形式。為了接近開關(guān)在工作使用中具有高效的性能，我們應(yīng)該根據(jù)檢測物和檢測距離的需求，對(duì)比選用不同類型的接近式傳感器。在選型中我們應(yīng)遵循以下兩條原則：①渦流式接近開關(guān)和電容式接近開關(guān)是一般工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中的最佳選擇，主要是因?yàn)楣S生產(chǎn)環(huán)境對(duì)接近開關(guān)的要求很低，并且開關(guān)的性能也比較高效。如果檢測物體是金屬物體時(shí)，一般就選用電感式接近開關(guān)，因?yàn)檫@種開關(guān)的性價(jià)比高。不僅價(jià)格比較低，而且抗干擾性強(qiáng)，響應(yīng)頻率高。②電容式接近開關(guān)一般是用在被檢查對(duì)象為為金屬的物體，比如木材，玻璃等。雖然這種開關(guān)的響應(yīng)頻率低，但是其穩(wěn)定性非常好。