NPN型接近开关在桥式起重机的应用

詹志安

（广东省机械研究所，广州 510635）

0 引言

桥式起重机容易因行程限位开关失灵，导致大、小车滑出轨道，大车与大车之间发生相互碰撞，起升机构冲顶、钢丝绳拉断等，从而引起运行机构撞击、金属结构变形，甚至造成严重的起重伤害事故。

桥式起重机工作场所往往比较复杂，采用机械式行程限位开关的金属传动部件，常年在复杂的工况下工作，容易受风雨、潮湿天气侵蚀，使机械式行程限位开关内部电气老化、回位弹簧因锈蚀或长期挤压而失去原有的弹性，造成触点接触不良或者无法复位。而接近开关具有无磨损、无触点输出、使用寿命长、反应速度快、抗干扰能力强、安装灵活等优点，即使在有水或油喷溅的苛刻环境下也可以正常使用[1]。

行程限位开关对桥式起重机整体性能有很大的影响，为了进一步提高桥式起重机的整体安全性能，对采用机械式行程限位开关进行线路改造，改造后采用三线制NPN型接近开关作为桥式起重机的行程限位开关。

1 NPN型接近开关工作原理

NPN接近开关由振荡器、开关电路及放大输出电路组成，其电气原理图如图1所示[2]，其简图如图2所示。它是利用振荡的有无构成高频接近开关，有金属接近时振荡停止的电路[3]。

图1 NPN接近开关电气原理图

接通电源时，电流通过LC振谐回来产生振荡，通过L2反馈回VT2基极，VT2集电极电位高。通过R5耦合至VT3基极，VT3基极低电位不导通，那么VT4基极高电位不通，VT5不导通。VT5集电极高电位输出。

图2 NPN接近开关电气原理图简图

当有金属感应物接近时，振荡遭到破坏、L2相当于断开，VT2截止，集电极高电位。通过R5耦合至VT3基极，VT3导通，集电极低电位通过R8耦合至VT4，VT4导通，通过R12推动D2点亮，同时给VT5基极提供高电位，使VT5导通，VT5集电极低电位输出。

2 PLC选型

桥式起重机由起升机构、大车运行机构、小车运行机构3部分组成[4]，其中起升机构具有快速运行和慢速运行2种运行模式，大车运行机构、小车运行机构具有1种运行模式[5]，大车、小车、起升机构在操作的过程中，电机正反转运动。如没有增加电机或其他电器的输出的情况下，需要8个输出端子。NPN型接近开关是对大车进、后移动，小车左、右移动，起升机构上、下移动到极限位置进行限位，需要6个输入端子来进行限位控制，大车、小车做正反转运动，起升机构做快、慢速正反转运动，需要8个输入端子来控制电机的正反转，因此，在没有其他信号输入的情况下，需要14个输入端子。所以选用14输入/10输出，CPU224 DC/DC/DC，型号为6ES7 214-1AD23-0XB0的西门子PLC[6]。

3 NPN型接近开关与PLC接线

NPN型接近开关接入CPU224西门子PLC采用源型输入接法，其电流走向如图3所示，具体走向为：24 V端—COM端（1M端子）—I0.0—OUT端—NPN内部线路—0 V端。当导通时，信号输出线OUT和0 V线连接，相当于输出低电平0 V[7]。

图3 电流走向图

现对桥式起重机的大车、小车、起升机构的行程限位开关进行线路改造，改造后采用NPN型接近开关代替机械式行程限位开关。NPN1、NPN2、NPN3、NPN4、NPN5、NPN6分别为大车正转、大车反转、小车正转、小车反转、起升机构正转、起升机构反转的行程限位开关，K1、K2、K3、K4、K5、K6、K7、K8分别为大车电机正转、大车电机反转、小车电机正转、小车电机反转、起升机构快速电机正转、起升机构快速电机反转、起升机构慢速电机正转、起升机构慢速电机反转的控制线圈。SB1、SB2、SB3、SB4、SB5、SB6、SB7、SB8分别为大车电机正转、大车电机反转、小车电机正转、小车电机反转、起升机构快速电机正转、起升机构快速电机反转、起升机构慢速电机正转、起升机构慢速电机反转控制按钮。改造后的电气原理图如图4所示[8]，PLC输入输出分配表如表1所示。

图4 改造后电气原理图

表1 PLC输入输出分配表

以大车运行机构为例，大车正向运动工作流程：按下按钮SB1，大车电机正转，大车正向运动。当大车正向运动到NPN1行程限位开关时，NPN1行程限位开关导通，I0.0端子从高电平变为低电平，此时PLC内部触电动作，Q0.0输出低电平，K1线圈断开，则大车正转电机停止工作；电机反向运动工作流程：按下按钮SB2，大车电机反转，大车反向运动。当大车反向运动到到接近开关NPN2时，NPN2接近开关导通，I0.1端子从高电平变为低电平，此时PLC内部触电动作，Q0.1输出低电平，K2线圈断开，则大车反转电机停止工作。

其他运行机构的工作原理和大车运行机构的工作原理一样。

4 结束语

使用NPN型接近开关替代机械式限位开关，延长了行程限位开关的使用寿命长，同时满足在恶劣环境下工作，有利于提高桥式起重机的整体安全性能。