冷轧机中使用的位置传感器的工作原理和维护方法
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[摘 要]随着市场对不锈钢带材厚度及表面质量的要求不断提高，冷轧机要生产出高质量的不锈钢产品必然要求高科技、高精度的控制方式，因此对于轧机辊缝位置控制的要求也必须严格。用于测量辊缝位置的位移传感器是整个辊系控制的关键。而且对位移传感器工作原理的了解，有助于我们维护机组从而提高控制精度，提高工作效率。
[关键词]高精度；位置传感器；维护
中图分类号：TG333.72 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）41-0384-01
1、两种位置传感器的比较
对于德国SUNDWIG轧机使用的两种位移传感器分别为MTS-Temposonics的位移传感器和Heidenhain的位移传感器，这两种位移传感器适用于多种场合。它们的控制精度高，维护难度大因此作为重点了解。
MTS-Temposonics的位移传感器又叫磁致伸缩位移传感器，它是由应用外壳（内置电子模块）、不锈钢压力外管（内置波导管）和位置磁铁组成。因为传感器利用非接触技术监察着活动磁铁的位移，即磁铁和传感器并无直接接触，因此传感器在极恶劣的环境下，如油滞、尘埃或其他的污染环境下并不构成问题。磁致伸缩指一些金属（如铁或镍），在磁场作用下具有伸缩能力，磁致伸缩的效果是非常细微的。一般的镍铁合金是30ppm，但现在已设计出更新的物质，将磁致伸缩的效果提升至1500ppm以上。磁致伸缩的原理并不复杂，它利用两个不同磁场相交时产生一个应变脉冲信号（Strain Pulse），然后计算这个被探测所需的时间周期，从而换算出准确的位置。相对于我们所使用位置传感器这两个磁场一个来自活动磁铁，另一个则来自自由传感器头的电子部件产生的电流脉冲。这个电流脉冲沿着传感器内以磁致伸缩材料制造的导波管以声音的速度运行。当两个磁场相交时，导波管发生磁致伸缩现象，产生一个应变脉冲。它很快便被电子头的感测电路探测到。从发出信号到收到信号所用的时间乘以固定的声音速度，我们便能准确的计算出磁铁的位置变动。这个过程是连续不断的，所以每当活动磁铁被带动时，新的位置很快就会被感测出来。输出信号是一个真正的绝对值，不需要再放大或处理也不需要定期重标。因为它简单准确且方便的计算方法，所以使用在多种场合。在SUNDWIG 20辊轧机的轧制线调整、中间辊串动、凸度调节、穿带导板和钢卷小车的抬升都使用的是该传感器，不同型号的传感器测量行程在25-7600mm之间.
它提供多种输出模式，现场总线的CANbus、Interbus、Profibus-DP等。传感器的组网方式有两种，分别为D63和D52，我们使用D63双接头方式。
1.2.1 Heidenhain位置传感器的工作原理
Heidenhain的位置传感器又叫密闭式光栅尺，它是由铝外壳（内有标尺）、扫描单元和安装块组成。因为传感器采用影响测量原理，简单说就是采用投射光产生信号：两个具有相同刻线周期的光栅：刻线盘和扫描掩膜相对运动。扫描掩膜的载体材料是透光的，标尺载体的光栅同样也透在透光的材料上。如果平行光束通过一个光栅则在一定的距离内投影成明/暗区。如果两个光栅相对运动时，则通过的光线被调制：如果空隙重叠，则光线通过；如果刻线位于空隙上，则是阴影。光电元件将这些光强变换成正弦行的电信号。采用这种扫描方式即便带尺上有一些污染但对各组信号的光强影响相同相对来讲测量误差较小，所以该光栅尺的刻线周期一般不小于20μM，因此每条光刻条纹位置必须准确而且均匀一致。在标尺上每50MM有一个参考标记作为坐标，由磁条选择标准设置。因此一个信号周期内的位置偏差，由扫描质量和光栅尺的信号周期来决定，一个信号周期内的相对位置误差，在整个测量长度上最大不会超过信号周期的2%。它的最大移动速度120M/MIN，工作电源为5V，输出为正弦波。因为测量非常准确且抗干扰性强所以用在压下控制中，测量四个液压缸的行程。
1.2.2压缩空气
因为光栅尺的保护等级比较高（IP64），所以采用内部通入压缩空气使之内外产生压力差从而起到防止内部进入污染物的目的。压缩空气必须先通过一个微型过滤器进行过滤，每个光栅尺需要的压缩空气流量为7至10升/分，允许压力在0.6至1bar范围。
1.2.3转换器
它的作用是把光栅尺输出的正弦波转换为方波。可以通过调节其内部的拨码来改变位移速度。
2、两种传感器的日常维护
了解了它们的的工作原理，无非是使我们对这两种常见位置传感器的日常维护“有法可依”，下面就分别来介绍。
2.1磁制伸缩位移传感器的维护
它的关键部位在磁区，虽然它是永磁的不用定期更换，但是千万要避免碰撞。SUNDWIG所使用的该类型传感器外面都套有金属保护罩，用来防碰撞。值得注意的是一定要把传感器和电缆的接线插头进行防油保护，虽然传感器本身的抗干扰能力强，但如果插头进油会大大缩短传感器的使用寿命，并且影响数据传输的可靠性。因此要定期打开保护罩除油，并且检查电缆插头保护效果。如果传感器不输出或输出不对，它可能出现的故障原因及处理方法：
a.线路问题；
b.供电不对或反向供电，电源不稳；
c.磁铁受破坏；
d.信号不稳定，接地不对；
e.外来电子干扰，检查电缆绝缘；
2.2 密闭式光栅尺的维护
因为光栅尺装在外部，它的扫描单元本身就是在移动，因此无保护罩保护。它的传感器本身更容易遭到碰撞，电缆插头更容易进油，所以日常维护比较难。我们要经常检查压缩空气的压力、流量是否符合标准，电缆插头是否进油，若要有油就要除净。因为传感器上的电缆要移动，所以要经常检查电缆是否有损坏。光栅尺的控制精度很高，这就要求有更高性能的电缆。电缆屏蔽层一定要好，否则干扰信号会影响数据的准确性并且会影响转换器、输入板和脉冲触发板的使用寿命。如果在HMI中出现报警，可按以下方式进行排查：
故障原因：1、磁尺；2、现场电缆；3、电气室电缆4、转发器；5、电压分配器
3、结束语
设备的控制精度越高对位移传感器的要求也更高，因此维护起来也越有难度。每种传感器自身的防护等级都是比较高的，但为什么位置传感器还比较容易损坏，原因就在于对它设备的维护不够。电缆插头、电缆和转换器这些都是比较容易忽略的地方，往往它们才是造成传感器损坏的原因。插头进油、电缆屏蔽被破坏、转换器性能不良都可能造成位置传感器损坏，因此在以后的机组维护中不但要经常性的做传感器保护，还要经常检查这些附属设备的性能和工作状态，这样才能真正的维护好位置传感器。