淺談開(kāi)關(guān)量信號隔離器在水泥廠(chǎng)的應用-安科瑞 蔣靜

摘要：在水泥廠(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程中，需要皮帶與提升機進(jìn)行運輸物料，回轉下料器進(jìn)行投放物料。其中涉及大量電動(dòng)機相關(guān)的機械運動(dòng)，對這些機械運動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行檢測，可以及時(shí)發(fā)現問(wèn)題避免造成事故。針對機械位置檢測，通常使用接近開(kāi)關(guān)完成。接近開(kāi)關(guān)輸出的信號是濕接點(diǎn)信號，并且具有一定的開(kāi)關(guān)頻率。通常情況下接近開(kāi)關(guān)直接連接控制器，但是在諸如水泥廠(chǎng)、鋼鐵廠(chǎng)、化工廠(chǎng)之類(lèi)的工業(yè)場(chǎng)景，設備較多造成電磁環(huán)境復雜，信號容易受到干擾影響監測質(zhì)量。在接近開(kāi)關(guān)與控制器之間加裝信號隔離器，可以有效過(guò)濾大多數干擾信號，保證整個(gè)系統的穩定性。

關(guān)鍵詞：信號隔離器；接近開(kāi)關(guān)；電動(dòng)機；信號干擾

0、概述

接近開(kāi)關(guān)分為電容式接近開(kāi)關(guān)與電感式接近開(kāi)關(guān)。其中電感式接近開(kāi)關(guān)的主要工作原理是內部產(chǎn)生高頻變磁場(chǎng)，磁場(chǎng)經(jīng)由感應面釋放。當金屬物體接近感應面時(shí)，會(huì )產(chǎn)生漩渦電流，檢測到該信號，接近開(kāi)關(guān)會(huì )把它轉換成開(kāi)關(guān)量信號輸出?？刂破骺梢酝ㄟ^(guò)接近開(kāi)關(guān)輸出的周期性開(kāi)關(guān)信號，換算出對應物體的速度。根據上述功能與應用，水泥廠(chǎng)在生產(chǎn)工藝中，將接近開(kāi)關(guān)安裝在皮帶與提升機尾輪中監測對應的速度，避免出現打滑的情況。將接近開(kāi)關(guān)安裝回轉下料器中，檢測速度可以避免其機械結構卡死導致電動(dòng)機燒毀情況，由此可見(jiàn)速度監測在這些場(chǎng)景中有較為重要的作用。在許多工業(yè)場(chǎng)景中，例如：水泥廠(chǎng)、鋼鐵廠(chǎng)、化工廠(chǎng)等等?，F場(chǎng)環(huán)境復雜，干擾源眾多，影響信號傳輸質(zhì)量，甚至造成相關(guān)設備損壞。使用信號隔離器可以有效避免上述風(fēng)險，保障系統穩定運行。

1、NAMUR型接近開(kāi)關(guān)

NAMUR型接近開(kāi)關(guān)是一種常見(jiàn)的無(wú)源兩線(xiàn)制傳感器，需要外部給其提供8V DC的電壓才能正常工作，回路電流≤1.2mA認為開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，電流≥2.1mA則認為開(kāi)關(guān)閉合。因為NAMUR型接近開(kāi)關(guān)的特性，不方便將其直接接入控制器中，需要在其與控制器之間安裝信號隔離器，信號隔離器可以將NAMUR信號轉換成繼電器或者晶體管信號給控制器，完成信號連接。NAMUR型接近開(kāi)關(guān)的至大開(kāi)關(guān)頻率通?？蛇_到2000Hz，可以在某些場(chǎng)景中進(jìn)行速度監測。機械式繼電器的開(kāi)關(guān)頻率遠遠達不到上述需求并滿(mǎn)足相關(guān)應用，所以需要選擇晶體管輸出的信號隔離器，晶體管的開(kāi)關(guān)頻率可以滿(mǎn)足相應的需求。

接近開(kāi)關(guān)測量轉速示意圖

在轉輪上設置一個(gè)金屬物體，可以被NAMUR型接近開(kāi)關(guān)感應到。接近開(kāi)關(guān)完成一個(gè)開(kāi)關(guān)周期，等于轉輪轉過(guò)一個(gè)周期，通過(guò)這個(gè)周期就可以計算出轉輪的速度。轉輪的速度越快，接近開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)頻率越高，也就需要匹配其頻率的信號隔離器。頻率高的信號受到干擾，不能簡(jiǎn)單在端口增加濾波電路，因為濾波電路可能會(huì )將正常的開(kāi)關(guān)頻率信號當作干擾信號過(guò)濾掉。如何保證上述信號可以準確傳輸，是一個(gè)重要的關(guān)注點(diǎn)。

2、常用解決方法

電磁干擾信號通過(guò)傳感器的外接信號線(xiàn)耦合到正常信號上，導致后端控制器接收到異常信號，造成控制器采集數據錯誤，甚至有損壞設備的風(fēng)險。 在傳感器與控制器之間安裝信號隔離器，可以有效解決上述問(wèn)題。                          

信號隔離器接入圖

開(kāi)關(guān)量輸入信號隔離器通過(guò)光耦隔離的方式將傳感器的輸出信號經(jīng)過(guò)隔離傳輸到控制器。傳感器與控制器之間形成電氣隔離，分別形成兩個(gè)獨立回路。若出現異常危險大能量信號，不能直接通過(guò)線(xiàn)纜到達控制器，保護控制器免受危險信號的影響。同時(shí)切斷了接地環(huán)路，避免接地環(huán)路拾取環(huán)境中各種干擾信號，影響信號的傳輸質(zhì)量。

3、BM100開(kāi)關(guān)量輸入信號隔離器

3.1概述

BM100開(kāi)關(guān)量輸入信號晶體管輸出信號隔離器。接收干接點(diǎn)或NAMUR型接近開(kāi)關(guān)信號，接收信號頻率≤5KHz，可以接收高頻信號。輸出晶體管(濕接點(diǎn)信號)。晶體管外接電阻性負載，驅動(dòng)電流至大40mA，不建議用于驅動(dòng)設備供電。產(chǎn)品頂部有撥碼開(kāi)關(guān)，可以根據需求令輸入與輸出同向邏輯或者是反向邏輯。同時(shí)具有故障檢測功能，檢測輸入的回路是否存在短路或斷路的情況。(NAMUR型接近開(kāi)關(guān)信號可以直接使用，干接點(diǎn)信號需要在輸入端外接電阻實(shí)現)

  BM100開(kāi)關(guān)量輸入晶體管輸出信號隔離器接線(xiàn)圖

 BM100系列開(kāi)關(guān)量輸入信號隔離器外觀(guān)圖

開(kāi)關(guān)量輸入晶體管輸出信號隔離器，通常使用在對開(kāi)關(guān)頻率要求高，負載要求低的場(chǎng)景。其可以有效過(guò)濾大多數干擾信號，并保護相關(guān)設備不受危險大能量信號的損害。輸入支持干接點(diǎn)或NAMUR型接近開(kāi)關(guān)信號，頂部有撥碼開(kāi)關(guān)支持手動(dòng)調整輸入與輸出同向或反向以及輸入端電路是否進(jìn)行短路或斷路檢測?？蛻?hù)可以根據自身實(shí)際使用情況，進(jìn)行選型與配置，保護相關(guān)系統正常穩定的運行。

編輯：安科瑞 蔣靜