淺談模擬量傳感器與開關(guān)量傳感器在本鋼2#連退機(jī)組的應(yīng)用

劉國(guó)瑞

摘要：在本鋼冷軋廠2#連退機(jī)組運(yùn)行過程中，PLC系統(tǒng)需要從現(xiàn)場(chǎng)采集大量數(shù)據(jù)來判斷機(jī)械設(shè)備的狀態(tài)信息，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械設(shè)備的控制。在這個(gè)過程中，就需要大量的模擬量傳感器與開關(guān)量傳感器來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集以及對(duì)機(jī)械設(shè)備的控制。

關(guān)鍵詞：模擬量傳感器;開關(guān)量傳感器;步進(jìn)梁;液位計(jì)

開關(guān)量和模擬量是電力系統(tǒng)中，接觸最多的概念，不論是學(xué)習(xí)PLC，還是學(xué)習(xí)繼電保護(hù)，都涉及到這兩種輸入輸出方式。本鋼冷軋2#連退機(jī)組在建設(shè)過程中選用了大量的模擬量傳感器與開關(guān)量傳感器來實(shí)現(xiàn)機(jī)組的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，但是通過五年多的時(shí)間檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)部分傳感器在選型上存在不適用的情況，不僅浪費(fèi)備件成本，更給產(chǎn)線的穩(wěn)定運(yùn)行帶來隱患。

一、模擬量與開關(guān)量

1.1模擬量與模擬量傳感器

模擬量在PLC系統(tǒng)中有著非常廣泛的應(yīng)用，特別是在過程控制系統(tǒng)中。模擬量是指一些連續(xù)變化的物理量，如電壓、電流、壓力、速度、流量等信號(hào)量，模擬信號(hào)是幅度隨時(shí)間連續(xù)變化的信號(hào)，通常電壓信號(hào)為0～10V，電流信號(hào)為4～20mA，可以用PLC的模擬量模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，其經(jīng)過抽樣和量化后可以轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。比如溫度，壓力，濕度，流量，轉(zhuǎn)速，電流，電壓，距離，扭矩等等等等。

模擬量傳感器發(fā)出的是連續(xù)信號(hào)，用電壓、電流、電阻等表示被測(cè)參數(shù)的大小。比如溫度傳感器、壓力傳感器等都是常見的模擬量傳感器。

1.2開關(guān)量與開關(guān)量傳感器

開關(guān)量為通斷信號(hào)，無源信號(hào)，電阻測(cè)試法為電阻0或無窮大;主要指開入量和開出量，是指一個(gè)裝置所帶的輔助觸點(diǎn)，譬如電機(jī)的溫控器所帶的繼電器的輔助觸點(diǎn)（電機(jī)超溫后變位）、閥門凸輪開關(guān)所帶的輔助觸點(diǎn)（閥門開關(guān)后變位），接觸器所帶的輔助觸點(diǎn)（接觸器動(dòng)作后變位）、熱繼電器（熱繼電器動(dòng)作后變位），這些點(diǎn)一般都傳給PLC，電源一般是由PLC或綜保裝置提供的，自己本身不帶電源，所以叫無源開關(guān)量接點(diǎn)，也叫PLC的開關(guān)量。也可以是有源信號(hào)，專業(yè)叫法是階躍信號(hào)，就是0或1，可以理解成脈沖量，多個(gè)開關(guān)量可以組成數(shù)字量。

開關(guān)量傳感器一般是針對(duì)輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的狀態(tài)來定義：

根據(jù)輸出信號(hào)定義的種類在我們遇見的系統(tǒng)中較多一些，比如液位開關(guān)傳感器，溫度開關(guān)傳感器，壓力開關(guān)傳感器等。物理信號(hào)開關(guān)量傳感器或者也可以稱做越限報(bào)警器;這類型傳感器的輸出都是繼電器信號(hào)。開關(guān)量傳感器發(fā)出的信號(hào)是接點(diǎn)信號(hào)，有斷開和閉合兩種狀態(tài)，比如液位傳感器開關(guān)就是一種常見的開關(guān)量傳感器.當(dāng)液位傳感器低于設(shè)定值時(shí)，液位傳感器開關(guān)斷開（或閉合）;當(dāng)液位傳感器高于設(shè)定值時(shí)，開關(guān)閉合（或斷開）。

二、實(shí)例介紹

2.1出口步進(jìn)梁

出口步進(jìn)梁式輸送機(jī)安裝在在出口鋼卷處理區(qū)，由兩個(gè)相連的部分組成，一個(gè)帶3個(gè)鞍座，一個(gè)帶4個(gè)鞍座（共7個(gè)）。步進(jìn)梁從鋼卷接管鞍座拾取鋼卷并將它們移動(dòng)到鋼卷秤、鋼卷打捆機(jī)機(jī)，并進(jìn)一步移動(dòng)到起重機(jī)拾取位置。在步進(jìn)梁工作過程中，在降低位置，步進(jìn)梁通過比例閥和液壓橫動(dòng)缸向后移動(dòng)。通過激光距離傳感器（*01BS/LS1）控制快速/慢速切換，并在終端位置后極限停止（*01SBE1）。然后步進(jìn)梁抬起鋼卷。然后，步進(jìn)梁將在提升位置向前移動(dòng)，通過激光距離傳感器（*01BS/LS1）快速/慢速切換并在終端位置前極限停止（*01SBE2）。降低后，所有鋼卷都向前移動(dòng)了一個(gè)鞍座。對(duì)于打捆機(jī)，步進(jìn)梁必須在降低位置向后移動(dòng)到中間位置。通過激光距離傳感器（*01BS/LS1）快速/慢速切換并停在中間位置（*01BS/LS1）。等待打捆機(jī)執(zhí)行打捆動(dòng)作，待打捆完成后，步進(jìn)梁方可開始執(zhí)行下一次循環(huán)動(dòng)作。

在最初的設(shè)計(jì)中，在控制步進(jìn)梁上下前后移動(dòng)的過程中，由于兩段步進(jìn)梁相連，前后移動(dòng)設(shè)計(jì)了一個(gè)激光測(cè)距傳感器和前后兩個(gè)極限限位。升降動(dòng)作兩段梁分別采用了兩個(gè)距離傳感器和兩組上下極限限位。在生產(chǎn)過程中，由于步進(jìn)梁動(dòng)作頻繁，導(dǎo)致固定距離傳感器的螺絲經(jīng)常松動(dòng)，同時(shí)步進(jìn)梁下方加裝了安全護(hù)網(wǎng)，非常不方便日常點(diǎn)檢工作。因此，產(chǎn)線出現(xiàn)過因?yàn)椴竭M(jìn)梁距離傳感器損壞而導(dǎo)致的停機(jī)故障。故障分析的過程中，發(fā)現(xiàn)測(cè)量提升距離的距離傳感器在實(shí)際控制中并沒有太大的作用，步進(jìn)梁只有上升極限位與下降極限為兩個(gè)位置，所以用上升位極限開關(guān)與下降位極限開關(guān)再結(jié)合部分延時(shí)控制就可以完美替代距離傳感器的作用，在改造之后的五年時(shí)間，步進(jìn)梁穩(wěn)定運(yùn)行，再未出現(xiàn)過電氣控制故障。改造后不僅提升了產(chǎn)線運(yùn)行的穩(wěn)定性，同時(shí)又節(jié)省了一部分的備件費(fèi)用，由于步進(jìn)梁距離傳感器及模塊均為外方進(jìn)口備件，備件價(jià)值合計(jì)約8萬元左右。同時(shí)參考步進(jìn)梁，對(duì)出口鋼卷運(yùn)輸車也進(jìn)行了類似的改造，由于原理相同，就不再進(jìn)行介紹，改造后同樣大幅降低出口鋼卷運(yùn)輸車故障率，基本降低為0。

2.2出口液壓系統(tǒng)

出口液壓系統(tǒng)負(fù)責(zé)向出口段的閥門供油。

出口液壓站包含五個(gè)主泵，其中四個(gè)用作操作泵，一個(gè)用作備用泵。廢鋼壓機(jī)的液壓泵包含六個(gè)主泵，其中五個(gè)用作操作泵，一個(gè)用作備用泵。它們通過各自的壓力管通過壓力管線過濾器向閥座單元和液壓缸饋送。每臺(tái)泵前吸入管中的閥門必須在運(yùn)行時(shí)打開。閥門在終端位置的位置由接近開關(guān)監(jiān)控。對(duì)于無壓泵啟動(dòng)，每臺(tái)泵都有一個(gè)泄壓閥。主壓力管內(nèi)另設(shè)泄壓閥。在從液壓消耗器到油箱的回油管路中安裝了回油管路過濾器，可監(jiān)控其是否堵塞。泵通過 HMI 啟動(dòng)，而壓力釋放閥仍然關(guān)閉。因此泵開始將油送回油箱。延遲時(shí)間（t = 7 秒，在調(diào)試期間進(jìn)行調(diào)整）壓力釋放閥通電（連接到罐的管線關(guān)閉）并建立系統(tǒng)壓力。當(dāng)閥門關(guān)閉時(shí)，每個(gè)泵都由其壓力開關(guān)監(jiān)控。壓力 < 低（時(shí)間延遲大約 3 秒）將關(guān)閉泵。如果其中一臺(tái)運(yùn)行泵出現(xiàn)故障，備用泵將自動(dòng)啟動(dòng)。壓力管路過濾器和回油管路過濾器配有壓差監(jiān)控。信號(hào)無效意味著過濾器堵塞。必須在 HMI 上顯示警告。液壓系統(tǒng)的油從一個(gè)中央油箱泵出并返回到同一油箱中。油箱中的油位由液位開關(guān)監(jiān)控。Level < L 將禁止啟動(dòng)主泵。Level < LL 將停止液壓系統(tǒng)。由于出口段液系統(tǒng)包含了出口液壓站與廢鋼壓機(jī)液壓站，且由廢鋼壓機(jī)液壓站供油的設(shè)備需要的動(dòng)力比較大，動(dòng)作時(shí)對(duì)管路沖擊明顯，就導(dǎo)致液壓閥臺(tái)及液壓管路時(shí)而發(fā)生開焊，崩裂等事故，造成液壓油流失。而外方在設(shè)計(jì)調(diào)試過程中選用的液位計(jì)采用開關(guān)量控制模式，設(shè)計(jì)為四個(gè)分別對(duì)應(yīng)液位Level HH，Level H，Level L，Level LL的開關(guān)量液位計(jì)，Level < L 將禁止啟動(dòng)主泵。Level < LL 將停止液壓系統(tǒng)，Level HH，Level H，只起到顯示液位位置的作用不參與實(shí)際控制。由于液壓系統(tǒng)啟動(dòng)后，實(shí)際油位會(huì)有波動(dòng)，為了防止異常波動(dòng)導(dǎo)致液壓系統(tǒng)停止運(yùn)行，所以四個(gè)液位開關(guān)在調(diào)整位置時(shí)，需要留有一定閾值，這就導(dǎo)致當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)某個(gè)位置發(fā)生液壓油泄露事故時(shí)，HMI畫面不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，造成液壓油大量流失。針對(duì)該情況，對(duì)液位計(jì)進(jìn)行改造，由模擬量液位計(jì)替換原有開關(guān)量液位計(jì)，同時(shí)在HMI畫面添加液位實(shí)際值顯示，使操作人員能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)液位的變化。同時(shí)在程序內(nèi)根據(jù)實(shí)際液位值設(shè)定報(bào)警程序與禁止啟動(dòng)主泵連鎖，即保留了原有功能又能讓人直觀感受到油箱內(nèi)的液壓油存量。改造后，每年液壓油的消耗量大幅減少。

三、總結(jié)

從上面兩個(gè)例子中發(fā)現(xiàn)，在產(chǎn)線的調(diào)試結(jié)束以后，依然可以對(duì)產(chǎn)線進(jìn)行合理的改造。外方設(shè)計(jì)的方案并不一定是最適用的，無論是模擬量傳感器還是開關(guān)量傳感器，在選型適用過程中，都要結(jié)合產(chǎn)線實(shí)際，在保證安全前提下，選擇最經(jīng)濟(jì)，最穩(wěn)定的方案。以小見大，不單單是這兩種類型的傳感器的選擇適用上需要我們?nèi)?yōu)化，于產(chǎn)線相關(guān)的方方面面的事情都在等待我們發(fā)現(xiàn)解決，為產(chǎn)線更穩(wěn)定的運(yùn)行提供最強(qiáng)有力的保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]西馬克功能描述

[2]張學(xué)亮.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).2016