閥門位置檢測——電感式傳感器將取代機(jī)械開關(guān)|資料

　　編者語：在流程工業(yè)中，閥門和驅(qū)動器用于液體流動的控制和轉(zhuǎn)移。越來越多的工廠工程師希望在控制系統(tǒng)中得到閥門、龍頭及驅(qū)動器當(dāng)下位置的反饋信號。通常這種信號由內(nèi)置于開關(guān)盒中的接近傳感器，或直接安裝在驅(qū)動器或手動閥門上的雙傳感器來獲取。本文深入探討在現(xiàn)場和市場新趨勢中應(yīng)用的傳感器類型。

　　標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)狀

　　行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對于技術(shù)的發(fā)展而言利弊共存。一方面，它限制了創(chuàng)造性，但另一方面他們又確保了不同制造商的設(shè)備具備兼容性。VDE / VDI3845標(biāo)準(zhǔn)要求了諸多事項(xiàng)后，規(guī)定了氣動驅(qū)動器與所連接設(shè)備之間的重要機(jī)械連接。該標(biāo)準(zhǔn)包括了對安裝孔的定義：30×80mm和30×130mm。安裝桿的高度為20、30和50mm。對于安裝桿直徑，則沒有固定的標(biāo)準(zhǔn)，所以在雙傳感器的應(yīng)用中，用戶必須特別注意。

　　開關(guān)盒

　　“開關(guān)盒”通常描述在一個(gè)封閉盒中傳感器、凸輪和連接器的集成。傳感器和氣動執(zhí)行器通過它實(shí)現(xiàn)機(jī)械連接。該解決方案旨在避免傳感器在周邊環(huán)境中的暴露或受到影響，同時(shí)能夠使用標(biāo)準(zhǔn)傳感器（見上圖）。在這些標(biāo)準(zhǔn)開關(guān)盒中，典型內(nèi)置以下傳感器：

　　圓柱型傳感器，典型長度為40mm；

　　槽形傳感器；

　　矩形V3風(fēng)格傳感器（類似于微動開關(guān)）；

　　雙傳感器，結(jié)構(gòu)緊湊置于一個(gè)盒中；

　　印刷電路板解決方案。

　　開關(guān)盒被用作終端設(shè)備來連接閥位傳感器和電磁閥。編碼的連接器以及必要的LED指示燈已經(jīng)置于電路板上。電路板的尺寸適合大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)盒子。

　　開放式解決方案

　　“開放式解決方案”規(guī)定了自動閥或手動閥上的雙傳感器安裝。兩個(gè)電感式傳感器疊加安裝于一個(gè)外殼中，精確顯示了閥門的開關(guān)位置。

　　該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)考慮了VDE / VDI 3845標(biāo)準(zhǔn)。這些傳感器由兩個(gè)90°垂直安裝于“圓盤”上的不銹鋼目標(biāo)觸發(fā)。圓盤本身通過一個(gè)螺絲釘安裝在執(zhí)行器上。

　　除了體積小巧，組裝簡單，我們還發(fā)現(xiàn)以下優(yōu)點(diǎn)：

　　傳感器外殼上的圓形安裝孔（非槽形）可避免由于錯(cuò)誤的安裝距離或運(yùn)動而導(dǎo)致的碰撞或震動引起的維修。

　　兩個(gè)開關(guān)元件（圓盤）可以適應(yīng)多種不同的氣動執(zhí)行器。惟一需要做出的選擇是安裝模式，例如： 30×80mm或30×130mm。

　　不銹鋼的目標(biāo)物已經(jīng)設(shè)計(jì)在圓盤上。

　　4個(gè)LED燈表明該傳感器的輸出情況，電源有無和電磁閥輸出狀態(tài)。

　　雙傳感器的檢測區(qū)域足夠狹窄，因而不會產(chǎn)生擠壓點(diǎn)導(dǎo)致操作人員受傷，或冰塊、灰塵形成的堵塞。

　　電磁閥的接線，可經(jīng)過傳感器進(jìn)行布線，現(xiàn)場無需單獨(dú)電纜。

　　電感式傳感器與機(jī)械開關(guān)

　　在所有的工業(yè)領(lǐng)域中，機(jī)械開關(guān)曾經(jīng)一度是各種控制問題的方案首選，而如今的方法已今非昔比，傳感器毋庸置疑為首選。因?yàn)閭鞲衅鞯墓ぷ魉俣群涂煽啃缘膬?yōu)勢十分明顯：

　　全固態(tài)，因此無磨損或誤差修改；

　　快速輸出開關(guān)狀態(tài)；

　　磁滯和重復(fù)性可以比機(jī)械設(shè)備更多的進(jìn)行電子定義；

　　無焊接或輸出端腐蝕；

　　很少或根本不受堵塞或濕度的影響；

　　無觸點(diǎn)抖動（輸出回波）；

　　大多數(shù)傳感器切換時(shí)有LED顯示。使得維護(hù)和調(diào)試更簡單，快捷。

　　通常，一個(gè)電感式傳感器的平均壽命大大超過機(jī)械開關(guān)。事實(shí)上，過去很多機(jī)械開關(guān)都用于閥門反饋是由于低廉的價(jià)格，同時(shí)也因?yàn)槲覀冊谑褂瞄_關(guān)時(shí)極性問題不需要考慮。通過現(xiàn)代技術(shù)，倍加福已經(jīng)成功地將傳感器推向市場，消除了機(jī)械式開關(guān)僅有的一點(diǎn)優(yōu)勢。

　　用于閥位檢測的傳感器

　　選擇正確的傳感器可按以下4個(gè)簡單步驟實(shí)現(xiàn)：

　　步驟1：開關(guān)盒或還是開放式解決方案？

　　權(quán)衡上述優(yōu)勢與缺點(diǎn)，做出選擇。您可能需要開關(guān)盒的保護(hù)，或開放式解決方案的簡單便捷。大多數(shù)閥門供應(yīng)商都會提供兩種解決方案。你會發(fā)現(xiàn)開關(guān)盒的體積和重量都各異，數(shù)量與種類也大相徑庭。

　　步驟2：電氣定義傳感器的終端，傳感器所連接的控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)著工作過程（交流，直流，Namur等）。極為重要的一點(diǎn)是該系統(tǒng)是否在易燃易爆區(qū)域使用。我們看以下的電氣連接類型。

　　直流三線傳感器。這些傳感器在兩條供電線路外還有一條單獨(dú)的線路。第三條線路連接到PLC輸入卡或控制系統(tǒng)上的輸出端。

　　直流兩線傳感器。在這里，負(fù)載與傳感器串聯(lián)。許多傳感器都具備極性容差，即無需再關(guān)心接線的極性。因此，它與連接正常的機(jī)械開關(guān)一樣簡單。實(shí)際應(yīng)用這類傳感器，您一定要注意電路的漏電流及傳感器的電壓降。

　　帶有常開（NO）和/或常閉輸出的交流傳感器。在這里，負(fù)載與傳感器串聯(lián)。

　　交直流兩線通用傳感器。該傳感器與負(fù)載串聯(lián)。無論交流電壓或直流電壓均可連接。

　　兩線Namur傳感器，與相關(guān)本安產(chǎn)品一起，用于防爆環(huán)境（區(qū)域0，1和2）?？蓪?shí)現(xiàn)斷線及短路監(jiān)測。

　　兩線故障安全傳感器。按兩線Namur傳感器標(biāo)準(zhǔn)，但是使用滿足安全級別的隔離柵，可以達(dá)到SIL3 安全等級。

　　步驟3：連接的可能性

　　連接方式取決于最終用戶。例如，帶電纜的密封管或插頭?；瘜W(xué)和制藥領(lǐng)域傾向于選擇電纜連接，通過電纜密封管進(jìn)入盒子或傳感器。

　　步驟4：電磁閥操作

　　與開關(guān)盒一樣，使用雙傳感器也可以經(jīng)過傳感器進(jìn)行電磁閥的布線，其優(yōu)勢就在于執(zhí)行器只需要一根電纜連接。

　　最后，您必須確認(rèn)傳感器的諸多特性以確保傳感器在應(yīng)用中完美運(yùn)行。

　　類似的例子便是漏電流、電壓降，周圍環(huán)境，最大輸出電流和工作電壓。 如果可能，您可以通過選定傳感器的規(guī)格來確認(rèn)，保證在靜態(tài)電流（干擾）沖擊和振動最大值的允許范圍內(nèi)。

　　未來的發(fā)展

　　由于安裝過程經(jīng)常要適應(yīng)最新的技術(shù)發(fā)展，以提高工作效率和穩(wěn)定性，各種總線系統(tǒng)開始進(jìn)入市場。

　　開關(guān)盒和執(zhí)行器的生產(chǎn)商當(dāng)然希望加入。我們看到許多這樣的制造商已經(jīng)與傳感器制造商協(xié)商開發(fā)出了這些總線系統(tǒng)的接口。帶AS-i的開關(guān)盒便是一個(gè)很好的例子，因?yàn)檫@種總線系統(tǒng)特別適合數(shù)字信息。如果最終用戶希望使用標(biāo)準(zhǔn)傳感器，便需要合適的現(xiàn)場安裝模塊，如AS-interface，Profibus PA或基金會現(xiàn)場總線。

　　另一方面，我們也看到使用帶有Profibus或基金會現(xiàn)場總線接口的電氣執(zhí)行器和定位系統(tǒng)。顯然越來越多的公司意識到總線系統(tǒng)的優(yōu)勢，特別是帶AS-i的現(xiàn)場總線組合（如Profibus）十分多見。

　　結(jié)論：我們越來越多感受到電感式傳感器取代機(jī)械開關(guān)的趨勢。在某些市場，60%~70%裝有電感式開關(guān)的開關(guān)盒已取代了機(jī)械式開關(guān)。閥位檢測的標(biāo)準(zhǔn)化還有一段路要走。這是因?yàn)樵瓉黹_關(guān)盒設(shè)計(jì)的起點(diǎn)中機(jī)械裝配和開關(guān)技術(shù)大量混合存在著。更常見的是，最終用戶也經(jīng)常要求提供更為可靠的解決方案，著眼于開關(guān)盒的長期回報(bào)。

　　在某些行業(yè)領(lǐng)域中，開放式解決方案是一個(gè)明顯的趨勢，因?yàn)樗膬r(jià)格很接近于機(jī)械接觸的開關(guān)盒方案?，F(xiàn)在由于開放式解決方案的尺寸和成本的優(yōu)勢，在手動閥上裝配位置反饋也變得更有吸引力。

本文關(guān)鍵詞：閥門　傳感器