位移傳感器在熱軋生產(chǎn)線上的應(yīng)用

摘 要：現(xiàn)代熱軋帶鋼生產(chǎn)線上，位移傳感器（以下簡(jiǎn)稱MTS）是一種應(yīng)用廣泛的電氣傳感器，用于精確測(cè)量機(jī)械位移或液壓缸運(yùn)動(dòng)行程，如側(cè)壓機(jī)夾送輥下壓行程，粗軋機(jī)水梁高度，精軋機(jī)階梯板位置，卷取機(jī)側(cè)導(dǎo)衛(wèi)寬度等。本文是針對(duì)MTS傳感器在電氣控制系統(tǒng)中的介紹及故障的分析和處理。

關(guān)鍵詞：位移傳感器;MTS;故障處理

位移傳感器是美國MTS公司生產(chǎn)的一種用于精確測(cè)量機(jī)械位移或液壓缸運(yùn)動(dòng)位置的磁致伸縮式位移傳感器，精度最高可達(dá)1μm，當(dāng)兩個(gè)不同的磁場(chǎng)相交時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)變脈沖信號(hào)，這兩個(gè)磁場(chǎng)一個(gè)來自活動(dòng)磁鐵，另一個(gè)來自電子頭產(chǎn)生的電流脈沖，這個(gè)脈沖信號(hào)沿著傳感器內(nèi)磁致伸縮材料制成的波導(dǎo)管，以聲音的速度運(yùn)行，從產(chǎn)生信號(hào)的一刻到返回信號(hào)被探測(cè)到所需的時(shí)間乘以固定的聲音速度，便能準(zhǔn)確的計(jì)算出磁鐵的位置變動(dòng)。

其結(jié)構(gòu)包括位置磁鐵、感應(yīng)桿、電子頭和電纜，電子頭是通過內(nèi)六角螺栓固定在壓力外管上的;電纜分為自帶線和外接航空插頭兩種方式連接在電子頭上。電纜中一共有六根線，分別為數(shù)據(jù)+（粉）、數(shù)據(jù)-（灰）、時(shí)鐘+（黃）、時(shí)鐘-（綠）、24V（棕）、0V（白）。

在熱軋惡劣的生產(chǎn)工況條件下，要求設(shè)備技術(shù)員對(duì)于電氣控制系統(tǒng)的位置傳感器有深刻的理解，能夠準(zhǔn)確及時(shí)地判斷和處理，并同時(shí)具有相關(guān)設(shè)備維護(hù)經(jīng)驗(yàn)。

1 位置傳感器的電氣控制回路介紹

在PLC系統(tǒng)中，通過美國公司的TP912M模塊對(duì) MTS傳感器進(jìn)行采樣，該模塊可同時(shí)對(duì)兩個(gè)傳感器同時(shí)采樣，輸出傳感器反饋信號(hào)和狀態(tài)字。

2 MTS傳感器電氣控制系統(tǒng)故障描述

（1）當(dāng)MTS出現(xiàn)故障時(shí)，通常HMI畫面有報(bào)警，此時(shí)TP912M模塊上的相應(yīng)通道也會(huì)出現(xiàn)報(bào)警。此時(shí)，查看程序中TP912M模塊反饋的狀態(tài)字便可以判斷出故障原因。同時(shí)，還可以通過ODG（在線數(shù)據(jù)圖形）軟件，判斷MTS傳感器是否故障。示例圖中是正常狀態(tài)下MTS所反饋的位置波形，可以看出波形過渡平滑，運(yùn)動(dòng)過程中的斜率變化均勻。

（2）當(dāng)MTS傳感器出現(xiàn)數(shù)據(jù)線或電源線斷線的故障，這時(shí)反饋的數(shù)值會(huì)非常大，所以在ODG的圖形中可以看到狀態(tài)1的情況?？梢钥闯霾ㄐ瓮蝗卉S升，躍升后的數(shù)值非常大，最明顯的特征就是數(shù)值為瞬間上升，在波形上的反應(yīng)就是呈直角上升，斜率無窮大。同時(shí)，狀態(tài)字也會(huì)產(chǎn)生變化，數(shù)據(jù)線斷線情況下，通道1和通道2所接傳感器狀態(tài)字會(huì)變?yōu)?216和12288;電源線斷線情況下則會(huì)變?yōu)?3312和28672。

（3）當(dāng)MTS傳感器出現(xiàn)時(shí)鐘斷線的故障，這時(shí)反饋的數(shù)值會(huì)變?yōu)?，在ODG的圖形中可以看到狀態(tài)2的情況?？梢钥闯霾ㄐ螖?shù)值瞬間變?yōu)?，在波形上的反應(yīng)就是呈直角變化，斜率無窮大。同時(shí)，狀態(tài)字也會(huì)產(chǎn)生變化，時(shí)鐘線斷線情況下，通道1和通道2所接傳感器狀態(tài)字也會(huì)變?yōu)?216和12288。

（4）無報(bào)警現(xiàn)象，這種情況的MTS故障沒有任何報(bào)警，由于反饋的數(shù)值錯(cuò)誤，會(huì)影響設(shè)備的控制，會(huì)導(dǎo)致油缸運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)異常，導(dǎo)致比較嚴(yán)重的后果。這種沒有報(bào)警的故障，只有通過觀察ODG圖形的變化來判斷MTS的好壞。

大體的故障波形可以分為以下兩種：

狀態(tài)3的情況時(shí)，可以看出波形在正常運(yùn)動(dòng)過程中突然下降（或上升）至一個(gè)固定值，之后又突然恢復(fù)到正常值，產(chǎn)生了一個(gè)向下凹（或向上凸）的矩形波。如果波動(dòng)的時(shí)間很短，可能對(duì)設(shè)備控制影響不大，但時(shí)間長(zhǎng)且幅值變化大的波動(dòng)會(huì)對(duì)設(shè)備運(yùn)動(dòng)造成很大影響。以上情況可能在設(shè)備運(yùn)動(dòng)的一個(gè)行程中出現(xiàn)若干次，在波形上體現(xiàn)就是出現(xiàn)大量毛刺，同樣會(huì)對(duì)控制造成影響。

狀態(tài)4的情況時(shí)，可以看出波形在正常運(yùn)動(dòng)過程中突然下降（或上升）至一個(gè)固定值，之后保持不變，產(chǎn)生了一個(gè)直角下降（或上升）。這種情況會(huì)導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)動(dòng)不到位，造成較大影響。

3 MTS傳感器故障原因

（1）斷線情況，從源頭到終端也就是PLC模板到現(xiàn)場(chǎng)傳感器，可能經(jīng)過了多級(jí)端子箱。PLC模板接線松動(dòng)、端子箱接線松動(dòng)、航空插頭松動(dòng)、電纜斷裂，都會(huì)導(dǎo)致斷線情況。

（2）電子頭損壞，電子頭內(nèi)部為數(shù)字電路板，比較脆弱，一端可拆卸，通過兩個(gè)內(nèi)梅花螺絲固定，端蓋下有密封圈。當(dāng)密封出現(xiàn)問題，特別是在高濕度、強(qiáng)震動(dòng)的情況下，電子頭比較容易出現(xiàn)故障。電子頭的工作電壓為直流24V，當(dāng)線路出現(xiàn)短路或接地的情況，可能會(huì)導(dǎo)致電子頭電路損壞。

（3）波導(dǎo)桿故障，波導(dǎo)桿內(nèi)部有磁致伸縮線，非常精密，當(dāng)波導(dǎo)桿受到外力扭曲或者強(qiáng)震動(dòng)，可能出現(xiàn)伸縮線斷裂的情況，導(dǎo)致無法傳遞脈沖信號(hào)。

此外，TP912M模板的故障也會(huì)導(dǎo)致MTS的數(shù)據(jù)反饋異常。

4 MTS傳感器故障處理方法

（1）根據(jù)上述方法判斷出接線異常時(shí)，有航空插頭的首先檢查插頭是否松動(dòng)，自帶線的檢查接頭是否完好，有無損傷，其次檢查現(xiàn)場(chǎng)端子箱和PLC模板接線是否松動(dòng)。如果檢查完畢故障仍然存在，則需要校線，檢查端子箱到PLC模板間的電纜是否斷線、短路或接地。

（2）如果故障仍然存在，則電子頭可能損壞，可以通過使用萬用表測(cè)量MTS六根引線之間的電阻值來判斷。一般數(shù)據(jù)+和數(shù)據(jù)-之間、時(shí)鐘+和時(shí)鐘-之間、24V和0V之間為千偶至兆歐級(jí)別，如果阻值很小，則電子頭壞，需要更換MTS傳感器。

（3）如果阻值正常，可能為波導(dǎo)桿故障，只有更換MTS傳感器。

作者簡(jiǎn)介：李午辰（1990-），男，漢族，安徽馬鞍山人，本科，工程師，研究方向：鋼鐵冶金設(shè)備技術(shù)改造和維護(hù)。