基于單片機(jī)控制的接近開關(guān)在電機(jī)轉(zhuǎn)速測量中的應(yīng)用

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1 引言

在工業(yè)過程實(shí)時控制中，連軸器的滑動監(jiān)測和電機(jī)轉(zhuǎn)速的檢測是非常重要的，它對電機(jī)的安全保護(hù)乃至整個裝置的平穩(wěn)運(yùn)行都有著至關(guān)重要的影響。因此，一個具有高分辨率、快捷而準(zhǔn)確的監(jiān)測系統(tǒng)是必不可少的。隨著單片機(jī)和傳感器技術(shù)的不斷推陳出新，特別是高性價比的單片機(jī)芯片的涌現(xiàn)，轉(zhuǎn)速測量和控制普遍采用了以單片機(jī)和高性能的傳感器為核心組成的數(shù)字化、智能化的系統(tǒng)。本文介紹了一種高精度智能儀表和接近開關(guān)傳感器對電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行測量以及對摩擦離合器的同速監(jiān)測。

2 工藝介紹

摩擦離合器是利用摩擦力傳遞扭矩的離合器。接合時，主p從摩擦件在一定壓力下壓緊。主動軸轉(zhuǎn)動時，接合面間產(chǎn)生足夠大的摩擦力，帶動從動軸轉(zhuǎn)動。分離時壓緊力消失，接合面分離，摩擦力隨之消失，從動軸不動。摩擦離合器的工作可分為接合p正常工作和分離三個階段。在接合和分離階段，從動摩擦件的轉(zhuǎn)速低于主動摩擦件，會產(chǎn)生打滑現(xiàn)象，導(dǎo)致工作面發(fā)熱和磨損。在正常轉(zhuǎn)動過程中，要求摩擦面緊密接觸，否則會造成摩擦面損壞，甚至導(dǎo)致生產(chǎn)事故。

現(xiàn)在以煉油廠聚丙烯造粒機(jī)為例介紹接近開關(guān)在滑動監(jiān)測中的應(yīng)用。聚丙烯擠壓造粒主電機(jī)與螺桿壓縮機(jī)連軸之間采用摩擦離合器。在開車過程中，儀表控制電磁閥打開，動力風(fēng)推動摩擦離合器結(jié)合，主電機(jī)(master)帶動螺桿連軸器部分(slave)轉(zhuǎn)動。螺桿壓縮機(jī)連軸經(jīng)過變速后直接控制螺桿轉(zhuǎn)速，一般情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速是1000prm/m，螺桿的轉(zhuǎn)速為200prm/m。在正常生產(chǎn)過程中主電機(jī)與螺桿壓縮機(jī)連軸的同速轉(zhuǎn)動是非常重要的。因此，在摩擦離合器的主電機(jī)和螺桿壓縮機(jī)連軸部分分別安裝了高精度的儀表，在線監(jiān)測同速狀態(tài)和電機(jī)的轉(zhuǎn)速。儀表顯示主電機(jī)和螺桿連軸器部分的轉(zhuǎn)速，并把檢測控制信號引入plc，一旦出現(xiàn)滑動，造粒機(jī)立刻停機(jī)，保護(hù)設(shè)備安全。儀表安裝如圖1所示。

3 測量原理介紹

3.1 接近開關(guān)測量原理介紹

接近開關(guān)選用電感式接近開關(guān)，電感式接近開關(guān)屬于一種有開關(guān)量輸出的位置傳感器，它由lc高頻振蕩器和放大處理電路組成，利用金屬物體在接近這個能產(chǎn)生電磁場的振蕩感應(yīng)頭時，使物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流。這個渦流反作用于接近開關(guān)，使接近開關(guān)振蕩能力衰減，內(nèi)部電路的參數(shù)發(fā)生變化，由此識別出有無金屬物體接近，進(jìn)而控制開關(guān)的通或斷。電感式接近開關(guān)由三大部分組成：振蕩器、開關(guān)電路及放大輸出電路。振蕩器產(chǎn)生一個交變磁場。當(dāng)金屬目標(biāo)接近這一磁場，并達(dá)到感應(yīng)距離時，在金屬目標(biāo)內(nèi)產(chǎn)生渦流，從而導(dǎo)致振蕩衰減，以至停振。振蕩器振蕩及停振的變化被后級放大電路處理并轉(zhuǎn)換成開關(guān)信號，觸發(fā)驅(qū)動控制器件，從而達(dá)到非接觸式之檢測目的。檢測原理如圖2。

3.2 轉(zhuǎn)數(shù)測量

在摩擦離合器前后軸上都有兩塊檢測金屬塊，檢測金屬塊也跟著連軸同步旋轉(zhuǎn)，在轉(zhuǎn)軸的側(cè)面各安裝一個接近開關(guān)，當(dāng)接近開關(guān)正對這檢測金屬塊時，接近開關(guān)輸出側(cè)發(fā)出脈沖翻轉(zhuǎn)信號，電機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖周期成反比，脈沖方波信號周期越長，轉(zhuǎn)速越慢。周期與電機(jī)的轉(zhuǎn)速有以下關(guān)系：

式中：n為電機(jī)轉(zhuǎn)速;p為電機(jī)轉(zhuǎn)一圈的脈沖數(shù);t為輸出方波信號周期。根據(jù)公式即可計算出直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速。對于一個轉(zhuǎn)速檢測系統(tǒng)來說，其關(guān)鍵在于能夠使測速結(jié)果在整個轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的準(zhǔn)確性和分辨率為最佳并滿足快速的動態(tài)響應(yīng)要求。主電機(jī)與螺桿壓縮機(jī)連軸兩側(cè)的脈沖信號同時輸入儀表設(shè)備。儀表在顯示各自轉(zhuǎn)速的同時，比較脈沖差，并根據(jù)安全生產(chǎn)和保護(hù)設(shè)備的需要，設(shè)備聯(lián)鎖保護(hù)信號輸入plc。如果兩路脈沖數(shù)量差別比較大(造粒機(jī)組設(shè)定每秒鐘脈沖差大于7個)，那控制儀表就認(rèn)為是滑動，儀表輸出控制信號給plc控制造粒機(jī)停機(jī)，并在控制盤上發(fā)出聲光報警。

3.3 儀表選型

造?；瑒颖O(jiān)測儀表選用德國愛福門(ifm)monitor fs-2控制儀表，計數(shù)頻率高達(dá)400hz(脈沖長度最小值》1.2ms)，掃描速度非?？?，與現(xiàn)在工控主流大型控制器相比有很大的優(yōu)勢，例如plc的掃描速度為一般為650ms/次，最快達(dá)到50ms/次，dcs掃描速度一般為1秒/次，最快為200ms/次。所以高速旋轉(zhuǎn)的電機(jī)速度測量不能用plc和dcs。以單片機(jī)為核心的控制儀表非常適合高速運(yùn)行電機(jī)速度的測量。ifm電感式接近開關(guān)可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、測量速度快。與機(jī)械開關(guān)相比，電感式傳感器具有完美的先決條件：無接觸和無磨損的工作方式及高的開關(guān)頻率和開關(guān)精度。此外，它們抗震蕩、防止灰塵和潮濕。電感式傳感器可以無接觸地檢測所有的金屬。

4 滑動檢測過程

在機(jī)組開機(jī)后，儀表電磁閥通電，儀表動力風(fēng)推動摩擦離合器結(jié)合。電機(jī)啟動運(yùn)行，并傳動螺桿壓縮機(jī)運(yùn)行?；瑒訖z測儀表及時監(jiān)測主電機(jī)及螺桿壓縮機(jī)連軸的同速轉(zhuǎn)動情況，并把控制節(jié)點(diǎn)信號輸入plc做停機(jī)條件。造粒主電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)一般為1000prm/m，即為33個脈沖/秒(一個軸上兩個檢測塊)，儀表時刻檢測離合器兩側(cè)的轉(zhuǎn)數(shù)，當(dāng)兩側(cè)脈沖信號差每秒大于7個的時候，控制儀表節(jié)點(diǎn)斷開，輸入plc的信號消失，造粒機(jī)組連鎖停車。在檢測過程中，儀表能同時顯示電機(jī)側(cè)和螺桿壓縮機(jī)連軸側(cè)的轉(zhuǎn)數(shù)。并能按儀表掃面速度及時刷新。

5 結(jié)束語

利用接近開關(guān)和高精度的檢測儀表組成的在線檢測系統(tǒng)，頻率響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)。在電機(jī)轉(zhuǎn)速測量和滑動監(jiān)測中得到廣泛的應(yīng)用。能準(zhǔn)確的監(jiān)測電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，起到保護(hù)設(shè)備作用。