电感型接近开关在皮带机欠速检测中的应用

◎ 申 鹏

（日照港裕廊股份有限公司，山东 日照 276826）

港口作为水陆交通的集结点和枢纽处，是工农业产品和外贸进出口物资的集散地，为了提高生产效率、降低运输成本、提高服务质量，港口功能划分越来越趋向于专业化、自动化。作为大宗散货专业码头的重要组成部分，皮带输送机（简称皮带机）因其连续化、大运量的作业特点，在散货装卸过程中发挥着极其重要的作用。为了实现皮带机工作流程的自动化，提高作业效率，降低机损故障，通常会配套建设PLC自动控制系统，通过保护开关及程序逻辑判断，实现皮带机运行过程中的自动保护。皮带机保护开关一般分为急停、跑偏、欠速、堵料、张紧和撕裂等，本文基于电感型接近开关工作特性，针对“欠速”保护开关的设计与应用等内容进行了探讨。

1 电感型接近开关

电感型接近开关是用于非接触检测金属物体的一种方式，当金属物体移向或移出接近开关时，信号会自动变化，从而达到检测的目的。

如图1所示，电感式接近开关由LC振荡电路、信号触发器和开关放大器组成。

图1 电感型接近开关及工作原理图

振荡电路的线圈产生高频交变磁场，该交变磁场通过传感器的传感表面释放。当金属材料接近感应表面并达到感应距离时，金属靶中会产生涡流，这会使振荡衰减甚至停止振动。振荡器的振荡和停止振荡的变化由后置放大电路处理，并转换成开关信号，从而触发驱动控制装置以达到非接触检测的目的[1]。

电感型接近开关是在霍尔效应原理的基础上，采用集成包装和组装技术制成，在实际应用中可以轻松地将磁性输入信号转换为电信号，具有抗干扰、非接触、低功耗、使用寿命长和响应频率高等特点，它可以在各种恶劣的环境中可靠地工作，并满足实际工业应用中易于操作和可靠性的要求。

2 皮带输送机

皮带输送机结构图如图2所示。皮带输送机使用环形柔性输送带作为材料承载和牵引部件，围绕着驱动滚筒和改向滚筒。驱动滚筒和输送带之间的摩擦力用于拖动输送带和物料，使其运行。它可以运输各种散装物料以及各种纸箱，包装袋和其他重量轻的单件物品，其具有结构简单、便于维护、能耗较小和使用成本低等特点，用途广泛。

图2 皮带输送机结构简图

皮带机在运行过程中，受过载、打滑等因素影响，带速低于额定转速时，称之为“欠速”。当发生欠速故障时，如不能及时停机，极易发生驱动滚筒与皮带严重磨损，造成皮带断裂，甚至引发火灾，危害极大。

3 设计思路

（1）皮带能带动改向滚筒产生一个同步转速。在皮带机的额定带速下，输送带能带动皮带机的改向滚筒产生一个同步的转速。当皮带机发生欠速时，带速降低，改向滚筒的转速也将降低。

（2）接近开关能检测运动的金属物是否到位。接近开关在正常工作状态下，能够检测其工作范围内金属物体的运动情况，并实时输出开关信号。

（3）根据改向滚筒与接近开关的工作特点，将两者结合，设计成欠速开关。根据接近开关的工作方式，在改向滚筒圆周上安装金属检测物，滚筒边上安装接近开关，通过检测滚筒上运动着的金属检测物，来对皮带机欠速实施检测，如图3所示。

图3 欠速开关设计图

4 方案论证

以日照港裕廊股份有限公司皮带机运行参数为参照依据。由于电感型接近开关具有响应频率高的特点，当皮带机以额定带速（3.1 m·s-1）运转时，输送带带动改向滚筒产生一个同步的转速（1.6 r·s-1），金属检测物会以相同的周期（0.625 s·r-1）在接近开关监测范围内出现，接近开关将输出一个连续的电信号（高电平），画成时序图，如图4所示。

图4 检测信号时序图

通过分析时序图发现，金属检测物转动一个周期所用的时间是高、低电平出现时间之和。当皮带机发生欠速时，金属检测物无论是在高电平输出位置上，还是在低电平输出位置上，停留的时间都会延长。

通过PLC编写检测程序，只需要对同一周期里高电平和低电平的输出时间进行测算，即可实现对改向滚筒转速的实时监控，即对皮带机带速的检测，从而及时发现皮带机欠速，保护停机。

5 改造应用

在论证分析的基础上，通过接近开关选型，以日照港裕廊股份有限公司皮带机为改造对象，采用NI15-G30SK-AP6X型接近开关实施改造。

5.1 开关安装

根据NI15-G30SK-AP6X型接近开关的外形尺寸、工作要求以及安装现场实际情况，设计安装支架及金属检测体，如图5所示。并根据设计要求，对欠速开关实施安装，如图6。

图5 安装支架及金属检测体结构图（单位：mm）

图6 欠速开关安装实物图

5.2 开关接线

接近开关安装接线如图7所示。

5.3 检测程序编写

通过PLC编程软件，编写检测程序，并与皮带机自动保护程序进行对接，实现保护联动控制，如图8所示。

图7 接近开关接线图

图8 PLC检测程序图

5.4 效果检测

改造完成后，对皮带机进行模拟欠速试验，根据PLC程序所接收到的接近开关发出的实际数据（高电平70 ms、低电平350 ms，PLC对高低电平时间的检测有一定滞后），对PLC检测程序微调，达到了预期目标。

6 结语

随着工业计算机技术的飞速发展，自动检测和自动控制技术已显示出强大的优势。越来越多的接近开关广泛应用于自动控制系统中，通过正确的理解和选型，实现液位、速度、零件尺寸和数量的检测与控制等，作为在自动控制系统中获取信息的重要元素。对其进行筛选，可用于不同场景下的二次开发和应用，以实现更多，更丰富的功能[2]。