开关量传感器经典故障浅析

张新涛

【摘 要】本文通过对开光量传感器中的接近开关、光电开关、行程开关的结构和经典故障进行分析，提出故障原因和预防方法。

【关键词】开光量传感器；经典故障；故障原因；预防方法

0.概述

在现代化钢铁企业里，开光量传感器大量使用，尤其是接近开关：钢厂大量使用电感式接近开关，用于检测接近的金属物体；光电开关：钢厂使用最多的是标准对射型光电开关，用于检测生产线上是否有钢坯或带钢通过；行程开关：用于检测移动物体如小车的行程位置，本文对单杆行程开关进行研究。

1.接近开关经典故障剖析和预防

1.1电感型接近开关工作原理

接近开关通电后，通过高频振荡器使线圈发出高频磁场，铁和吕等金属材质的被检测物体接近磁场时，表面产生涡电流，涡电流又引发反向的感应磁场，振荡器受到反向的感应磁场影响，逐渐减弱并停止振荡，通过振荡器振荡信号的有无，控制输出ON/OFF。

1.2接近开关经典故障

酸轧轧机接近开关使用易福门2线交直流两用型接近开关，电源为220VAC，检测距离10mm，PLC输入模块使用日立的数字量输入模块，220ACV输入。正常使用一段时间后，部分位置的档铁靠近接近开关时，极限尾部工作指示灯变换动作正常，但PLC远程数字量输入模块输入点动作状态无变换，PLC程序监控中也无反应。

1.3接近开关故障原因

电感式接近开关电源使用交直流两用型时，一般为20V～270V，属于宽电压范围，一般工业上电压为24V或220V，当电压较低时，能够正常动作。日立PLC开光量输入模块，输入电压范围230V-175V左右，低于电压范围时，无法驱动模块内部点动作。由于接近开关端子箱位于轧机牌坊上，虽然做了密封，但是乳化液蒸汽还是能够顺着接近开关保护线管内部钻到端子箱内部，在端子和端子箱体内部凝露积水。端子受潮后，原来220V电压漏电到165-170V，此时的电压可使接近开关正常动作，但返回PLC输入模块的170V电压无法驱动输入模块，导致PLC不能检测到接近开关的状态。

1.4接近开关故障预防

对于潮湿位置（比如轧机，乳化液或水蒸气较大）安装的接近开关应选用带有防水功能开关，端子盒位于潮湿环境较近或接近水源的，常用防潮处理方法有：（1）使用不锈钢材质端子盒，防止水或水蒸气腐蚀端子盒；（2）端子盒立面安装，有效防止锁紧螺丝处进水；（3）对于蒸汽环境安装的端子盒，盒盖和极限进端子盒端口采用密封处理；（4）乳化液蒸气或潮气较大（比如轧机）位置，可将干燥压缩风引入端子盒，使端子盒内产生负压，阻止蒸汽进入。

2.光电开关经典故障剖析和预防

2.1标准对射型光电开关工作原理及特点

对射型光电开关发射器和接收器位于独立的两个客体中，发射器发送的光直接被接收器接收，如果物体遮住了光束，开光功能将触发。对射型光电开关具有稳定性高，能量强，远距离检测等特点，但光轴对合比较困难。

2.2光电开关经典问题

钢厂光电开关多半安装在生产线两侧或生产线上下，一般发射器与接收器相距2米-3.5米，在实际使用中，光电开关故障率最高的问题是接收器信号的闪断或突然丢失，调节光轴对正时间较长，且调整后的精度无法判定。

2.3光电开关问题原因

对射型光电开关发射器和接收器的轴线对正与距离和两个器件的位置偏差有绝对关系，经过验证胡得到它们之间的关系，关系表见表2-1，说明图见图2-1：

图2-1

表2-1 对射型光电开关发送器和接收器检测距离和偏差关系表

表1说明，如果发射器不动，接收器轴线调整到一定范围内，即可接收到信号，使本体上的工作指示灯点亮和信号输出。当调节后偏差位于偏差内临界时，光电开关安装支架轻微的振动将导致信号丢失；但支架振动停止时，信号恢复稳定。

2.4光电开关故障预防

光电开关的调整工作应该在检修时进行，并使用一些辅助工具进行轴线对正，垂直安装可以利用吊线的方法，平行安装和倾斜安装可以使用激光手电辅助进行轴线对正，这时不推荐使用拉线方法，因为此时稳定性不强。无论使用何种方法，要保证辅助工具与发射器和接收器本体保持平行，否则调整没有意义。找正后，对光电开关支架地脚进行防松固定。

3.行程开关经典故障和预防

3.1滚轮驱动杆型行程开关安装特点和构造

滚轮驱动杆型属于行程开关的通用型开关，此种开关一般安装在机械行程的终端，起到碰触后停车作用，可在具有油污、腐蚀地点安装。滚轮驱动杆型行程开关的结构见图3-1。

3.2行程开关经典故障

按照说明书描述，行程开关的动作次数为30000次，但有些部位使用的行程开关使用次数到达10000次左右，行程开关的弹簧就已失效，动作后不能正常回弹。更换后，使用10000次左右，行程开关弹簧再次失效无法使用。而其它位置行程开关已正常使用20000次。

3.3行程开关故障原因

通用型行程开关动作接近行程为45度，滚轮大小一般为17.4mm-17.5mm，从图3-2可知，驱动杆动作45度时，滚轮上表面与驱动杆在原位时滚轮的中心点在同一水平线。如果撞铁与行程开关在初始位置接触时，撞铁的下表面低于行程开关滚轮的中心点，见图3-3，相撞后设备没有立即停止（比如设置了延时停止，或机械行程停止有延迟），滚轮驱动杆受压超出45度的接近行程，到达过行程区域，使驱动杆弹簧受损。在驱动杆初始位置，撞铁下表面低于滚轮中心点多少，受压后过行程即为多少。长此以往，必将降低行程开关的使用寿命。

3.4行程开关故障预防

滚轮驱动杆的接近行程为45度，动作位置大约在接近行程的1/2左右，及滚轮的1/4位置。所以调整通用型滚轮驱动杆型行程开关时，撞铁的下表面应该在滚轮的1/4-1/2位置为宜。

4.结论

开关量传感器是实现冶金自动化的重要组成部分，也是事故发生最多的元件，此篇文章只是分析了一些比较特别的故障，还有许多故障原因比较容易查找的例子，再次不在一一列举，通过对现场自动化设备的研究分析，可避免许多设备故障的重复发生，有利于我们对设备的有效掌握，也有利于提高维护人员的维护水平。

【参考文献】

[1]2回路限位开WL 2013.欧姆龙自动化（中国）有限公司.

[2]接近开关产品选型手册2010.上海倍加福工业自动化贸易有限公司.

[3]光电传感器产品选型手册2010.上海倍加福工业自动化贸易有限公司.

[4]易福门电子有限公司产品目录.易福门公司.