一种新型接近开关测速仪的设计

杨超武，包勇超，李 文，王文学，梅瑾烨

(1.中国重型机械研究院股份公司， 陕西 西安 710032；2.攀钢集团西昌钢钒有限公司，四川 西昌 615000；3.日照钢铁控股集团公司，山东 日照 276806)

0 前言

目前在电机、减速机输入(输出)的速度检测中，一般采用安装编码器的形式进行跟踪计算，但是由于减速机属于非标产品，现场使用的减速机的减速比往往和理论设计存在差异。为了实现快速的检测到减速机输出端的速度，并给控制系统提供可靠准确的信息，顺利的完成设备初期的安装调试，提高工作效率，本文讨论了一种简单、可靠、实用的转速测量方法。

1 实际问题

根据冶金设备的生产和运转特性，编码器在使用过程中对外部环境要求比较高，尤其是在比较大的电气系统中，有时会出现电气信号衰减和干扰，进而影响测量数据的准确性和可靠性。

减速机的减速比往往和理论设计存在差异，在设备调试初期，不能快速得到减速机的实际减速比，而且随着电压、电流的变化，电机的转速也出现波动；同时在使用过程中编码器的维护成本较高，维护工人的劳动工作强度也较大。

为了克服上述问题，并满足工程领域的使用要求，本文将根据生产实际并结合国内某钢铁企业的实践提出一种新的检测手段，从而实现通过机械结构结合电气控制系统为机械设备提供精准的速度性能参数。

2 设计思路

2.1 设计原理

根据接近开关单位时间内读取的减速机输出端脉冲信号计算出减速机输出端的机械转速，并计算出输出端的线速度，从而实现为控制系统提供精确的数据参数。如果将接近开关的安装形式设计成可移动式或手持式的结构，那么就可以实现若干组电机减速机输出的跟踪、检测和监控。

2.2 设备组成

该测量仪主要由接近套圈、套圈固定螺钉、开关安装支架、接近开关等部分组成如图1所示。为了实现快速、方便、准确检测电机减速机输出端法兰处的机械转速，通过固定在减速机输出端法兰上的接近套圈2与接近开关6的配合，根据接近开关单位时间内读取的脉冲信号计算出减速机输出端法兰的机械转速，并计算出法兰端输出到连接辊道(或机构)的线速度，为控制系统提供精确的数据参数。

图1 接近开关测速仪主要组成

2.3 实施方案

接近套圈上设计一定数量的缺口，将接近套圈用沉头螺钉固定在减速机输出端的法兰上，接近开关安装布置在侧面。当接近套圈随着减速机输出端的法兰旋转时，每一个缺口通过接近开关时，接近开关产生(记录)一个脉冲(信号)，产生的脉冲数与设计的缺口数量相同时，表示减速机输出法兰旋转一周。根据记录单位时间内的脉冲(信号)数计算出减速机输出端的转速及驱动辊道的线速度。

在检测之前，将接近套圈2通过沉头螺钉3安装在减速机输出法兰4上；将接近开关支架5固定在减速机底座上及减速机法兰的侧面；调整接近开关6感应面与接近套圈最外圈的距离L，使接近开关6在接近套圈2(图2)的凸台处可以感应并产生信号，在接近套圈2缺口处接近开关6不能感应并产生信号。

当电机带动减速机旋转时接近套圈2在减速机输出法兰4的带动下旋转，当接近套圈上的一个凸台经过接近开关6时，接近开关产生(记录)一个信号，缺口经过接近开关时，记录信号完成，形成一个图3所示的脉冲(信号)记录。根据接近开关所记录单位时间内的脉冲(信号)数量，通过计算机程序计算出减速机的输出转速和减速机输出法兰所驱动的辊子(或机构)的角速度及线速度，为控制系统提供精确的数据参数。

在接近套圈的设计中，D2、D3的尺寸则根据接近开关的选型确定。当然为了适应不同精度的检测要求，接近套圈2设计成不同数量的缺口。例如：假设接近套圈上布置n个缺口，那么接近开关记录n个脉冲时，表示减速机输出端的法兰旋转一周。

图2 接近套圈

图3 脉冲信号示意图(接近套圈展开示意图)

3 使用效果

在项目实施过程中，变频器和逻辑控制器PLC之间通过通讯电缆进行数据交互。测速用接近开关通过电缆与PLC的数字量输入通道连接，在电机运转过程中，接近开关发出的脉冲信号被PLC通过高频率数字量输入通道采集并记录，PLC通过设定的公式程序，计算得出减速机输出端的实际转速，将测量结果反馈回变频器。根据两者出现的速度差值，即时调整传动电机的转速，使得整个传动系统实现速度闭环控制。

4 结束语

通过以上的分析和对该项目的设计与实施，证明这种设计思路是可行而且有效的。不仅为机械设备中电机减速机输端速度的测量，提供一种简单、可靠的思路和方法，为控制系统提供精确可靠的数据参数。尤其是在若干组设备同时需要动态(精确)控制并保证输出速度一致的情况下，结合变频电机的特点，形成动态跟踪和闭环控制，保证输出速度平稳，即使随着电压、电流的变化，电机的转速出现波动的情况下，也可以即时为控制系统提供准确的信号，进而稳定生产流程并提高产品质量；同时避免了编码器在使用过程中对外部环境要求比较高，尤其是在比较大的电气系统中，有时会出现电气信号衰减和干扰的缺点；而且接近开关具有工作可靠、寿命长、功耗低、重复定位精度高、操作频率高以及适应恶劣的工作环境等特点，无需专门的采集模块，大大的降低了电气控制成本，使得现场维护方便，提高了电机运行的作业率，减少了维护工人的劳动工作量。

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