基于單片機控制的接近開(kāi)關(guān)在電機轉速測量中的應用

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1 引言

在工業(yè)過(guò)程實(shí)時(shí)控制中，連軸器的滑動(dòng)監測和電機轉速的檢測是非常重要的，它對電機的安全保護乃至整個(gè)裝置的平穩運行都有著(zhù)至關(guān)重要的影響。因此，一個(gè)具有高分辨率、快捷而準確的監測系統是必不可少的。隨著(zhù)單片機和傳感器技術(shù)的不斷推陳出新，特別是高性?xún)r(jià)比的單片機芯片的涌現，轉速測量和控制普遍采用了以單片機和高性能的傳感器為核心組成的數字化、智能化的系統。本文介紹了一種高精度智能儀表和接近開(kāi)關(guān)傳感器對電機轉速進(jìn)行測量以及對摩擦離合器的同速監測。

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(shí)，主p從摩擦件在一定壓力下壓緊。主動(dòng)軸轉動(dòng)時(shí)，接合面間產(chǎn)生足夠大的摩擦力，帶動(dòng)從動(dòng)軸轉動(dòng)。分離時(shí)壓緊力消失，接合面分離，摩擦力隨之消失，從動(dòng)軸不動(dòng)。摩擦離合器的工作可分為接合p正常工作和分離三個(gè)階段。在接合和分離階段，從動(dòng)摩擦件的轉速低于主動(dòng)摩擦件，會(huì )產(chǎn)生打滑現象，導致工作面發(fā)熱和磨損。在正常轉動(dòng)過(guò)程中，要求摩擦面緊密接觸，否則會(huì )造成摩擦面損壞，甚至導致生產(chǎn)事故。

現在以煉油廠(chǎng)聚丙烯造粒機為例介紹接近開(kāi)關(guān)在滑動(dòng)監測中的應用。聚丙烯擠壓造粒主電機與螺桿壓縮機連軸之間采用摩擦離合器。在開(kāi)車(chē)過(guò)程中，儀表控制電磁閥打開(kāi)，動(dòng)力風(fēng)推動(dòng)摩擦離合器結合，主電機(master)帶動(dòng)螺桿連軸器部分(slave)轉動(dòng)。螺桿壓縮機連軸經(jīng)過(guò)變速后直接控制螺桿轉速，一般情況下，電機的轉速是1000prm/m，螺桿的轉速為200prm/m。在正常生產(chǎn)過(guò)程中主電機與螺桿壓縮機連軸的同速轉動(dòng)是非常重要的。因此，在摩擦離合器的主電機和螺桿壓縮機連軸部分分別安裝了高精度的儀表，在線(xiàn)監測同速狀態(tài)和電機的轉速。儀表顯示主電機和螺桿連軸器部分的轉速，并把檢測控制信號引入plc，一旦出現滑動(dòng)，造粒機立刻停機，保護設備安全。儀表安裝如圖1所示。

3 測量原理介紹

3.1 接近開(kāi)關(guān)測量原理介紹

接近開(kāi)關(guān)選用電感式接近開(kāi)關(guān)，電感式接近開(kāi)關(guān)屬于一種有開(kāi)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(gè)能產(chǎn)生電磁場(chǎng)的振蕩感應頭時(shí)，使物體內部產(chǎn)生渦流。這個(gè)渦流反作用于接近開(kāi)關(guān)，使接近開(kāi)關(guān)振蕩能力衰減，內部電路的參數發(fā)生變化，由此識別出有無(wú)金屬物體接近，進(jìn)而控制開(kāi)關(guān)的通或斷。電感式接近開(kāi)關(guān)由三大部分組成：振蕩器、開(kāi)關(guān)電路及放大輸出電路。振蕩器產(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng)。當金屬目標接近這一磁場(chǎng)，并達到感應距離時(shí)，在金屬目標內產(chǎn)生渦流，從而導致振蕩衰減，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換成開(kāi)關(guān)信號，觸發(fā)驅動(dòng)控制器件，從而達到非接觸式之檢測目的。檢測原理如圖2。

3.2 轉數測量

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(zhù)連軸同步旋轉，在轉軸的側面各安裝一個(gè)接近開(kāi)關(guān)，當接近開(kāi)關(guān)正對這檢測金屬塊時(shí)，接近開(kāi)關(guān)輸出側發(fā)出脈沖翻轉信號，電機的轉速與脈沖周期成反比，脈沖方波信號周期越長(cháng)，轉速越慢。周期與電機的轉速有以下關(guān)系：

式中：n為電機轉速;p為電機轉一圈的脈沖數;t為輸出方波信號周期。根據公式即可計算出直流電機的轉速。對于一個(gè)轉速檢測系統來(lái)說(shuō)，其關(guān)鍵在于能夠使測速結果在整個(gè)轉速范圍內的準確性和分辨率為最佳并滿(mǎn)足快速的動(dòng)態(tài)響應要求。主電機與螺桿壓縮機連軸兩側的脈沖信號同時(shí)輸入儀表設備。儀表在顯示各自轉速的同時(shí)，比較脈沖差，并根據安全生產(chǎn)和保護設備的需要，設備聯(lián)鎖保護信號輸入plc。如果兩路脈沖數量差別比較大(造粒機組設定每秒鐘脈沖差大于7個(gè))，那控制儀表就認為是滑動(dòng)，儀表輸出控制信號給plc控制造粒機停機，并在控制盤(pán)上發(fā)出聲光報警。

3.3 儀表選型

造?；瑒?dòng)監測儀表選用德國愛(ài)福門(mén)(ifm)monitor fs-2控制儀表，計數頻率高達400hz(脈沖長(cháng)度最小值》1.2ms)，掃描速度非?？?，與現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。所以高速旋轉的電機速度測量不能用plc和dcs。以單片機為核心的控制儀表非常適合高速運行電機速度的測量。ifm電感式接近開(kāi)關(guān)可靠性高、抗干擾能力強、測量速度快。與機械開(kāi)關(guān)相比，電感式傳感器具有完美的先決條件：無(wú)接觸和無(wú)磨損的工作方式及高的開(kāi)關(guān)頻率和開(kāi)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(wú)接觸地檢測所有的金屬。

4 滑動(dòng)檢測過(guò)程

在機組開(kāi)機后，儀表電磁閥通電，儀表動(dòng)力風(fēng)推動(dòng)摩擦離合器結合。電機啟動(dòng)運行，并傳動(dòng)螺桿壓縮機運行?；瑒?dòng)檢測儀表及時(shí)監測主電機及螺桿壓縮機連軸的同速轉動(dòng)情況，并把控制節點(diǎn)信號輸入plc做停機條件。造粒主電機轉數一般為1000prm/m，即為33個(gè)脈沖/秒(一個(gè)軸上兩個(gè)檢測塊)，儀表時(shí)刻檢測離合器兩側的轉數，當兩側脈沖信號差每秒大于7個(gè)的時(shí)候，控制儀表節點(diǎn)斷開(kāi)，輸入plc的信號消失，造粒機組連鎖停車(chē)。在檢測過(guò)程中，儀表能同時(shí)顯示電機側和螺桿壓縮機連軸側的轉數。并能按儀表掃面速度及時(shí)刷新。

5 結束語(yǔ)

利用接近開(kāi)關(guān)和高精度的檢測儀表組成的在線(xiàn)檢測系統，頻率響應快、抗干擾能力強。在電機轉速測量和滑動(dòng)監測中得到廣泛的應用。能準確的監測電機的運行狀態(tài)，起到保護設備作用。