磁致位移传感器在拦焦车上的应用

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摘要：安钢焦化厂五炼焦车间新建七米焦炉拦焦车上的取门系统、导焦栅在位置检测 、速度控制方面采用了磁致位移传感器控制系统。该系统以磁致位移传感器为核心，结合计算机与plc及液压技术，实现了更精确的控制和自动化程度的提高。满足了七米焦炉的工艺要求。

关键词：传感器 拦焦车 液压

中图分类号：TP2 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）02-0109-01

1 概述

磁致伸缩位移（液位）传感器（MTS），通过内部非接触式的测控技术精确地检测活动磁环的绝对位置来测量被检测产品的实际位移值的，由于作为确定位置的活动磁环和敏感元件并无直接接触，因此传感器可应用在极恶劣的工业环境中，不易受油渍、溶液、尘埃或其它污染的影响。此外，传感器采用了高科技材料和先进的电子处理技术，因而它能应用在高温、高压和高振荡的环境中。传感器输出信号为绝对位移值，即使电源中断、重接，数据也不会丢失，更无须重新归零。由于敏感元件是非接触的，就算不断重复检测，也不会对传感器造成任何磨损，可以大大地提高检测的可靠性和使用寿命。

2 工作原理

磁致伸缩位移传感器，是利用磁致伸缩原理、通过两个不同磁场相交产生一个应变脉冲信号来准确地测量位置的。测量元件是一根波导管，波导管内的敏感元件由特殊的磁致伸缩材料制成的。测量过程是由传感器的电子室内产生电流脉冲，该电流脉冲在波导管内传输，从而在波导管外产生一个圆周磁场，当该磁场和套在波导管上作为位置变化的活动磁环产生的磁场相交时，由于磁致伸缩的作用，波导管内会产生一个应变机械波脉冲信号，这个应变机械波脉冲信号以固定的声音速度传输，并很快被电子室所检测到。

由于这个应变机械波脉冲信号在波导管内的传输时间和活动磁环与电子室之间的距离成正比，通过测量时间，就可以高度精确地确定这个距离。由于输出信号是一个真正的绝对值，而不是比例的或放大处理的信号，所以不存在信号漂移或变值的情况，更无需定期重标。

3 电气连接

电气连接我们采用的是大连华锐公司的总线变换仪表，型号为EM542-01，EM542-01总线变换仪表为数字式绝对长度测量系统的一部分，在磁致伸缩测量位置变化原理下操作，该模块安装在标准导轨上，用来连接最多四个START/STOP位移传感器，每个传感器通过6芯屏蔽电缆连接到模块对应的端子上，注意极性，不能接反。该模块产生启动脉冲，通过检测与来自传感器的停止脉冲的时间差来测量位置值，并且将此值传送到PROFIBUS系统。

EM542-01的操作电压为：DC24V，并且进行保护防止过电流，模块接口适合与现场总线直接相连，并按照PROFIBUS-DP规格书EN50170进行设计。协议结构符合OSI模块（ISO7498）。这些总线模块提供诊断和监控的功能，通过图形工具向系统提供数据。

4 系统操作

模块EM542-01设计为智能PROFIBUS-DP从站。由PROFIBUS主站完成配置和诊断。在GSD基础上使用配置工具，整合的传感器系统操作非常简单。PROFIBUS接口由SIEMENS ASIC SPC3构成。允许波特率范围9600bps-12mbps，自动搜索传送及快速的系统响应时间。

对于操作，位移传感器必须与模块相连；模块需要24V DC电源连接，数据传送通过RS485标准连接到总线中；需要的终端电阻能够通过前部面板的滑动开关控制。

4.1 系统参数

4.1.1 地址设置

EM542-01模块需要单一的从站地址。从站地址的设置由模块前面板的组合开关完成。按照PROFIBUS标准，地址开关从3到99可选。当地址小于3时，将由总线模块自动更换为3。

4.1.2 LED状态显示

传感器和总线模块的状态及设备内部的状态（参数化及配置的逻辑操作）在模块的LED中显示。

4.1.3 磁致位移传感器（MTS）的校准

尽管传感器在出厂前已经校准，但根据现场实际情况还需进行零点和量程的标定，即传感器所在的液压缸的初始位置，根据工艺要求液压缸在动作过程中分几个位置区间，在指定的区间内液压缸需要加速或者减速，液压缸的终点位置等。我们以导焦栅为例，说一下其校准过程，首先我们需要对导焦栅油缸的MTS读取值进行取整和平衡值处理，以获得实际油缸行程。把拦焦车开到指定位置，打开STEP7程序，双击打开导焦栅功能FC611，并建立在线连接以获得实时动态监控。把操作方式切换成机旁模式，放下头尾焦盘，点动导焦栅前进按钮，行程以现场实际情况为准，结合油缸的最大行程，通过改动功能块FC2611上的PID608的数值，可以得到与实际要求接近的MTS当前数值。然后进入数据块DB611中，设定导焦栅的前限和后限，加速区和减速区等，设好后，保存并下载到PLC中。

4.2 临时性改造

近期，我厂的9号拦焦车在使用过程中，导焦栅油缸前密封区出现了大量的泄露，经检查发现是油缸杆出现了较大的磨损所致，必须予以更换，但是该备件周期比较长，现存的备件是不带MTS的普通油缸，由于焦炉生产的紧迫性和泄露可能引发的安全事故，必需在短时间内处理这一问题。经车间和工段的现场观察和分析研究，决定用普通油缸临时代替，指导思想是：由于原程序的复杂性和精确性，我们需要稍加改动原有程序（临时性），以保证程序的衔接和整体运行：解决好DB数据块的调用问题和PLC输出比例阀的控制问题，以便以后随时恢复MTS控制。我们根据六米焦炉的维护经验，把两个图尔克NI75型接近开关安装在导焦栅附近比较合理的位置作为其前限和后限，控制线经继电器过渡，把继电器的动作信号传给导焦栅机旁操作箱内的ET200M站内的备用输入点上，通过PROFIBUS DP网络与主站建立通信，在FC611程序块中，把原来的前后限的输入地址替换为ET200站上的所用的备用点的地址，根据程序的设计理念和现场试验把PID608的强制值设为DW#16#00061a80，这样就实现了导焦栅的动作控制，经生产检验，较好的满足了生产的需求。

5 结语

本系统结合PLC、工控机、HMI设备的互联及控制技术完成对油缸动作行程的检测和定位，同时运用SIEMENS STEP7和WINCC V7软件实现了操作的可视化和实时动态监控，而且可通过程序中的DB数据块对位置进行适时柔性调整，及时满足现场生产的要求。MTS的应用，明显使现场的各种限位减少了，减少了因限位故障而造成的故障点，减轻了维修人员的劳动量，相比于传统的设备操作模式和维护模式，自动化程度得到了很大的提高。

参考文献

[1]刘美俊.西门子S7系列PLC的应用与维护.北京：机械工业出版社，2008.（255-410）.

[2]宋文绪，杨帆.传感器与检测技术.北京：高等教育出版社，2004.（150-330）.