淺談大冷床輥道的檢測

摘要：輥道是鋼棒傳輸?shù)闹匾獋鲃硬考?，由于長時間在系統(tǒng)環(huán)境下運(yùn)行，輥道可能因?yàn)檩S承斷裂，電機(jī)堵轉(zhuǎn)等原因?qū)е路钦９ぷ?。從而產(chǎn)生擦傷等問題。現(xiàn)擬采用PLC和一些元器件及時發(fā)現(xiàn)這類問，具有定位準(zhǔn)確，維護(hù)方便等特點(diǎn)。

1 概述

我公司一軋鋼分廠的大冷床輸入側(cè)輥道原本是通過空開通斷來檢測電機(jī)有沒有運(yùn)行。把10-15個左右的空開串聯(lián)起來形成一個回路后接入PLC，然后通過WINCC畫面顯示出來。以F箱為單位，一共有12個箱子。全部正常運(yùn)行效果為12個箱子在畫面上都為綠色。一旦其中一個空開跳，則這個對應(yīng)的F箱跳紅色。這樣的效果只能顯示以F箱為單位，不能判斷具體是哪個電機(jī)。其次是只能看電機(jī)，不能看輥?zhàn)?，萬一地輥和電機(jī)中間的聯(lián)軸器脫開了，也無法判斷。

問題：在當(dāng)前這個系統(tǒng)下經(jīng)常會碰到機(jī)械聯(lián)軸器脫開了，畫面上顯示為綠色，操作工不知道，點(diǎn)檢員點(diǎn)檢時一看電機(jī)是轉(zhuǎn)的，也忽視掉了，造成這個地輥成了三無地帶，直到哪天擦傷了或者徹底堵轉(zhuǎn)了，才去檢查到。造成嚴(yán)重的擦傷不說，恢復(fù)起來還費(fèi)勁，本來是小問題：加點(diǎn)油、連下軸就能恢復(fù)的，卻要換地輥。造成熱停費(fèi)時，重新更換地輥還費(fèi)力。針對現(xiàn)存在問題，我構(gòu)思了一種結(jié)構(gòu)簡單、操作簡便、檢測效率高的輥道檢測系統(tǒng)。主要目的有三個：

1. 首先應(yīng)該對地輥進(jìn)行檢測，而不是電動機(jī)，這樣才是最直接有效的。

2. 其次要讓人一眼看出有問題的地方，到底是哪個地輥出現(xiàn)了問題。

3. 要及時的通知到人，不要有問題了，人家也不知道。

從這三個目的出發(fā)，開始對輥道檢測系統(tǒng)進(jìn)行構(gòu)架

一、硬件方面：先從材料方面著手。

1. 定制一個180*80*50的柜子。

2. 硬件方面SIEMENS 24V，40A電源一個。

3. SIEMENS 6ES7 315-2AH14-0AB0 CPU模塊1個。

4. SIEMENS 6ES7 321-1BL00-0AA0 數(shù)字量輸入模塊5個。

5. SIEMENS 6ES7 322-1BH01-0AA0 數(shù)字量輸出模塊1個。

6. SIEMENS 6AV2 124-0GC01-0AX0 HMI觸摸屏1塊。

7. 40A 施耐德雙P空開1個。

8. 16A 施耐德單P空開5個。

9. 10A 施耐德單P空開12個

10.保險端子若干，接線端子若干，24V繼電器若干。

11.8MM接近開關(guān)130個左右。擋片和支架各130個左右。

12.1*3的電纜若干米。

13.Profibus電纜1.5米。DPS插頭2個。

開始著手簡單的安裝

1. 測量地輥與電機(jī)之間的距離，預(yù)先做好支架和擋片，放好電纜。裝好接近開關(guān)和擋片。如圖（1）

圖（1）

圖（2）現(xiàn)場柜子

2柜內(nèi)的結(jié)構(gòu)大致如圖（2）

2.1 第一行為CPU、數(shù)字量輸入和數(shù)字量輸出模塊、DC24V/40A電源。

2.2 第二行為總電源開關(guān)、分列24V電源開關(guān)、保險端子等。

2.3第三行為報警24 V繼電器（用來控制現(xiàn)場220V帶燈報警器和操作臺24V聲光蜂鳴器）、變頻器端使能繼電器信號，用來控制現(xiàn)場柜內(nèi)的繼電器，通過繼電器的通斷，來決定地輥何時開始檢測。

3. 現(xiàn)場每10-15個電機(jī)放一個端子箱。里面放帶指示燈的保險端子。用來連接現(xiàn)場的接近開關(guān)，萬一向現(xiàn)場電纜短路，可直觀看出來。

二、軟件方面：

1. 用STEP7進(jìn)行硬件組態(tài)

2. PLC編程：

2.1當(dāng)輥道變頻器運(yùn)行后，我們靠接近開關(guān)來檢測地輥是否運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.2當(dāng)有報警后我們選擇繼續(xù)檢測，還是不檢測。這里做了一個可選擇。

2.3還有就是消音復(fù)位信號。

3 觸摸屏畫面制作和變量編寫

用博圖軟件硬件組態(tài)

3.1. 創(chuàng)建項(xiàng)目 創(chuàng)建名稱為PLC_HMI

3.2 添加PLC添加一個PLC到項(xiàng)目中

3.3 添加HMI，添加一個HMI到項(xiàng)目中，不根據(jù)HMI設(shè)備向?qū)гO(shè)置，點(diǎn)取消 ，然后確定 ，這樣子就添加了一個觸摸屏HMI

3.4 組態(tài)連接，點(diǎn)擊電機(jī)控制-HMI_1-設(shè)備組態(tài)-PROFINET接口。查看修改IP地址 要保證和PLC統(tǒng)一局域網(wǎng)內(nèi)。

查看HMH_1文件夾中 “連接”，查看連接情況

3.5 HMI變量的分類 PLC_1PLC變量中 “默認(rèn)變量”添加變量。設(shè)置系統(tǒng)和時鐘存儲器

3.6. HMI變量的生成與屬性設(shè)置

HMI_1HM1變量中 “默認(rèn)變量表” 添加變量

3.7創(chuàng)建根畫面

HMl_1-畫面-畫面1 并將畫面1修改為根畫面

點(diǎn)擊右邊工具箱開始準(zhǔn)備創(chuàng)建觸摸屏畫面

4 制作主畫面：

4.1圖中每個小方框代表一個地輥。正常為黑色，如果報警則整個小窗口為紅色。另外每個小方框內(nèi)右上角的小圓圈用來顯示地輥是否投入檢測，灰色為未投入檢測，綠色為投入檢測。大冷床輸入側(cè)輥道大概為130個左右。

4.2右下角的報警消音為復(fù)位按鈕，處理完故障后按此按鈕可以消音并恢復(fù)成正常檢測狀態(tài)。

5.編寫變量（運(yùn)轉(zhuǎn)檢測信號、報警切除信號、報警信號、輥道運(yùn)行信號，采集周期為1秒。太快會增加CPU負(fù)擔(dān)。）

6.設(shè)計報警小窗口并編寫好對應(yīng)地址和顏色。

6.1 畫面輥道運(yùn)行信號為綠色，不運(yùn)行為灰色。

6.2 畫面運(yùn)轉(zhuǎn)檢測信號綠色閃爍為：正常運(yùn)行。不閃爍為：未檢測到信號。這里我們來重點(diǎn)來說下重要的檢測元件：接近開關(guān)。接近開關(guān)是一種無需與運(yùn)動部件進(jìn)行機(jī)械直接接觸就可以操作的位置開關(guān)，當(dāng)物體接近開關(guān)的感應(yīng)面到動作距離時，不需要機(jī)械接觸及施加任何壓力即可使開關(guān)動作，從而驅(qū)動直流電器或給計算機(jī)（plc）裝置提供控制指令。接近開關(guān)是種開關(guān)型傳感器（即無觸點(diǎn)開關(guān)），它既有行程開關(guān)、微動開關(guān)的特性，同時具有傳感性能，且動作可靠，性能穩(wěn)定，頻率響應(yīng)快，應(yīng)用壽命長，抗干擾能力強(qiáng)等、并具有防水、防震、耐腐蝕等特點(diǎn)。產(chǎn)品有電感式、電容式、霍爾式、交、直流型。

接近開關(guān)又稱無觸點(diǎn)接近開關(guān)，是理想的電子開關(guān)量傳感器。當(dāng)金屬檢測體接近開關(guān)的感應(yīng)區(qū)域，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(yùn)動機(jī)構(gòu)的位置和行程，即使用于一般的行程控制，其定位精度、操作頻率、使用壽命、安裝調(diào)整的方便性和對惡劣環(huán)境的適用能力，是一般機(jī)械式行程開關(guān)所不能相比的。它廣泛地應(yīng)用于機(jī)床、冶金、化工、輕紡和印刷等行業(yè)。在自動控制系統(tǒng)中可作為限位、計數(shù)、定位控制和自動保護(hù)環(huán)節(jié)等。

因?yàn)槲灰苽鞲衅骺梢愿鶕?jù)不同的原理和不同的方法做成，而不同的位移傳感器對物體的“感知”方法也不同，所以常見的接近開關(guān)有以下幾種：

（1）無源接近開關(guān)

這種開關(guān)不需要電源，通過磁力感應(yīng)控制開關(guān)的閉合狀態(tài)。當(dāng)磁 或者鐵質(zhì)觸發(fā)器靠近開關(guān)磁場時，和開關(guān)內(nèi)部磁力作用控制閉合。特點(diǎn)：不需要電源，非接觸式，免維護(hù)，環(huán)保。

（2）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。

原理：由電感線圈和電容及晶體管組成振蕩器，并產(chǎn)生一個交變磁場，當(dāng)有金屬物體接近這一磁場時就會在金屬物體內(nèi)產(chǎn)生渦流，從而導(dǎo)致振蕩停止，這種變化被后極放大處理后轉(zhuǎn)換成晶體管開關(guān)信號輸出。

特點(diǎn)：A、抗干擾性能好，開關(guān)頻率高，大于200 Hz B、只能感應(yīng)金屬。

應(yīng)用在各種機(jī)械設(shè)備上做位置檢測、計數(shù)信號拾取等。

（3）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(jī)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。

（4）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。

（5）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。

看完這些類型，我們選用現(xiàn)場渦流式接近開關(guān)比較合適（需要靠金屬片）。了解完接近開關(guān)，我們來看下接近開關(guān)里的一個很重要的參數(shù)：響應(yīng)頻率，就是開關(guān)的靈敏度。比如同樣的速度，輸送鏈上有10個樣品，或許響應(yīng)時間短的能檢測出10個，響應(yīng)時間長的只能檢測到<10個，反之響應(yīng)頻率高的，檢測出的結(jié)果越正確（響應(yīng)頻率700HZ優(yōu)于響應(yīng)頻率500HZ）。如果相應(yīng)頻率再差點(diǎn)，將會導(dǎo)致檢測信號沒有（大圓輥道速度慢的時候可以正常檢測，小圓輥道速度快的時候就就檢測不到），模板上I點(diǎn)雖然也能閃爍，但是燈光很微弱。通過不斷的實(shí)驗(yàn)和接近開關(guān)替換認(rèn)證，才發(fā)現(xiàn)是接近開關(guān)的響應(yīng)頻率不夠，導(dǎo)致頻率跟不上，現(xiàn)場輥道檢測老報警。發(fā)現(xiàn)問題后，我們選擇了頻率更高的接近開關(guān)來代替。

結(jié)論

這個輥道檢測系統(tǒng)經(jīng)過1個多月的調(diào)試，最終完成并投用生產(chǎn)了。它的原理是：操作工讓輥道運(yùn)行起來，PLC采集變頻器運(yùn)行使能，讓輥道開始檢測，現(xiàn)場接近開關(guān)檢測到信號，不停的刷新程序中繼電器的掃描時間，程序中設(shè)置10秒計數(shù)10次，也就是1秒一次，一旦有哪個地輥停轉(zhuǎn)了，檢測信號不刷新了，或者10秒累計不到10次就開始報警，報警后需要操作工人為的到現(xiàn)場檢查并復(fù)位消音（操作室只裝了蜂鳴器，沒裝復(fù)位按鈕），通過這次創(chuàng)新，讓輥道更具目視化，如圖：一旦有報警，現(xiàn)場觸摸屏上可直觀的看出17號地輥有問題，現(xiàn)場喇叭會聲光報警。操作室的蜂鳴器也會閃爍和蜂鳴?？梢蕴嵝巡?zhǔn)確地找到異常地輥。通過此次創(chuàng)新，大大減少了地輥地輥卡死而出現(xiàn)的擦傷。從2019年底至今運(yùn)行穩(wěn)定可靠，得到了操作工的一致好評。

參考文獻(xiàn)

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[2]鄧重一. 接近開關(guān)原理及其應(yīng)用[J]. 自動化博覽， 2003， 20（5）：31-34

作者介紹：陸文清（1985.10.26），性別：男;籍貫：江蘇江陰;民族：漢;學(xué)歷：本科、學(xué)士;職稱：工程師/高級技師;研究方向：電氣自動化。