分析纺织用接近开关
摘 要:介绍了纺织用接近开关的分类、电力论文范文原理及应用,对电感式、霍尔式及光电式接近开关的原理、参数、使用注意事项和选用原则进行了详细的说明,并给出了接近开关在纺织中的使用案例。
关键词:纺织 接近开关 原理 选用接近
开关是一种无需与运动部件进行机械接触就可以进行检测的位置开关,当物体接近开关的感应面并达到动作距离时,这种接近开关不需要机械接触和施加任何压力即可动作,从而驱动执行机构或给采集装置提供信号,它本质上是一种位置传感器。纺织用接近开关除广泛用于纺织机械的行程控制、转速测量外,还在一些情况下用于检测断条、断纱的发生。作为一种开关型传感器,它既有行程开关、微动开关的特性,且动作可靠,性能稳定,频率响应快,使用寿命长,抗干扰能力强,并具有重复定位精度高、无机械磨损、无火花、无噪音、防水、防震、耐腐蚀等特点[1]。它全密封的封装形式,也基本上杜绝了纺织厂飞花对它的影响,因而,纺织用接近开关的应用正越来越广泛。这里系统介绍了它的分类、原理、选用及应用中的注意事项。
1 纺织用接近开关的分类及原理根据接近开关对物体“感知”方法的不同,并针对目前纺织行业用接近开关的现状,列举如下三类,其他类型接近开关在纺织上应用较少,这里不作讨论。
1·1 电感式接近开关这种开关也叫涡流式接近开关,如图1所示。它由LC主频振荡、检波、放大、触发及输出等组成。振荡器产生一个交变磁场,当金属物体(检测体)接近这一磁场(开关感应面),并达到相应的感应距离时,便会在金属检测体内产生涡流,而这个涡流反作用于接近开关,使开关振荡能力衰减,导致内部电路参数发生变化,从而使振荡衰减,直至停振。振荡器振荡及停振的变化被后级放大电路处理转换成开关信号,触发驱动控制器件,由此识别出有无金属物件的接近,进而控制开关的通或断。这种接近开关所能检测的物体必须是导电体。图1 电感式接近开关原理框图
1·2 霍尔接近开关霍尔元件是一种磁敏元件,利用霍尔元件做成的开关,叫做霍尔开关。霍尔接近开关的原理如图2所示,当磁性物件移近霍尔开关时,开关检测面上的霍尔元件因产生霍尔效应而使开关内部电路状态发生变化,由此识别附近有磁性物体存在,进而控制开关的接通或断开。这种接近开关的检测对象必须是磁性物体,如不是磁性物体,则需在检测物上固装小磁钢。图2 霍尔接近开关原理框图
1·3 光电式接近开关利用光电效应做成的开关叫光电开关。它是利用被检测物体对调制的红外光束遮光或反射,由同步回路选通,来检测物体的有或无,从而产生开关量输出的传感器。图3为光电式接近开关的原理图,一般由发射器和接收器组成。根据发射器和接收器是否一体,分为3种。(1)漫反射。该接近开关是将发射器与接收器为号,此种开关适用于被检测物体的表面光亮或其反光率较高的场合,检测距离较近。图3 光电式接近开关原理框图(2)镜反射。工作方式同上,适用于被检测物体表面光亮较差的场所,用专用反射镜来反射其发出的光束。(3)对射型光电开关。此种开关发射器与接收器分离,一般适用于检测距离较远的场所。
2 接近开关参数
2·1 安装方式分为埋入式和非埋入式两种类型。埋入式的接近开关在安装上为齐平安装型,可与安装的物件形成同一表面;非埋入式的接近开关则需把感应头露出,以达到其长检测距离的目的。
2·2 输出状态分为常开(NO,即Normal Open)和常闭(NC,即Normal Close)两种类型。当无检测物体时,常开型的接近开关所接通的负载,由于接近开关内部的输出晶体管的截止而不工作;当检测到物体时,晶体管导通,负载得电工作。常闭型反之。
2·3 输出形式分NPN二线、NPN三线、NPN四线、PNP二线、PNP三线、PNP四线、DC二线、AC二线等几种常用的形式输出。输出形式与输出状态一起决定接近开关的接线方式,使用时应加以注意。如某产品型号规格标为“NPN NO”,它代表该接近开关为NPN常开型。
2·4 检测距离又叫动作距离,是指被检测物体按一定方式移动时,从基准位置(接近开关的感应表面)到开关动作时测得的基准位置到检测面的空间距离。额定动作距离指接近开关动作距离的标称值,即规定条件下的测得值。设定距离接近开关在实际工作中整定的距离,一般为额定动作距离的0·8倍。
2·5 回差距离某些产品说明书上又叫应差距离。如图4所示,回差距离指检测物体移近开关基准感应面开关动作点和检测体移开接近开关时复位点之间的距离。一般回差应不大于有效动作距离的20%,但回差距离并不是越小越好,回差在具体使用中的意义:在自动控制中,如接近开关用于限位,由于机械安装尺寸的误差,总会产生一些抖动,如开关不设定回差区域,则在检测体到达开关翻转的临界位置时,由于抖动,会发生有时接通有时断开的现象,从而会产生多次的误触发信号;如带动继电器,将会使继电器连续产生吸合与释放,但开关设定一定的回差量,则会对抖动不起响应作用,就会有效地避免误动作和继电器吸放现象。图4 回差距离示意图
2·6 动作频率在规定的一秒的时间间隔内,接近开关动作循环的次数。与之对应的概念为响应时间:接近开关检测到物体时间到接近开关出现电平状态翻转的时间之差,它与动作频率成倒数关系。若接近开关的动作频率太低而被测物又运动得太快时,接近开关就来不及响应物体的运动状态,有可能造成漏检。
2·7 重复误差它表征多次测量动作距离。其数值的离散性的大小一般为动作距离的1%~5%,离散性越小,重复定位精度越高。
3 纺织用接近开关的选用接近开关用途广泛、使用方便,在纺织上主要用于行程控制、转速测量、计数、计长、断条自停等,应根据不同的应用对象和环境选择合适的接近开关,否则不仅达不到预期的效果,反而会降低系统的合理性和可靠性,给使用和维护带来麻烦,下面将根据接近开关的不同特点,介绍一些选用原则[2]。
3·1 根据应用对象来选择行程控制与转速测量情况下,当被测对象是导电物体时,如粗纱机的机电成形装置与细纱机的前罗拉转速测定,一般都选用电感式接近开关,因为它的响应频率高、抗干扰性能好、应用范围广、价格较低。但当被测对象允许并方便安装小磁钢时,应优先选用霍尔型,因为其价格最低,如梳棉机刺辊转数测定。用于断条自停时,则一般选用光电式,如长距离检测,则需对射式,如并条机、粗纱机上的断条自停;如是短距离检测,则可应用反射式,如梳棉机断条自停、棉箱储棉量控制。
3·2 按开关频率来选用在高速测量系统中,如络筒机转速测量,要求开关频率很高,这时接近开关的开关频率必须要能满足测量要求。常用接近开关的最高开关频率是:霍尔型≤50 000 Hz、电感型≤5 000 Hz、光电型≤2 000 Hz,霍尔型最高,电感型次之,光电型最低,在高速开关系统中应首选霍尔型或电感型。
3·3 按负载接法来选用在接近开关的应用中,负载接法是非常重要的,它决定了接近开关能否与系统和负载相匹配。故选用接近开关时,应与原系统相一致,如原来采用的是NPN常开,替换时仍应用这一型号,否则需要进行逻辑转换。PNP输出型接近开关一般在PLC或计算机中用作控制指令的较多。而NPN输出型接近开关通常用于控制直流继电器的较多。若接近开关直接驱动继电器,应注意其最大输出电流是否能驱动负载[2]。
4 注意事项
4·1 接线图5 不同输出形式接近开关的接线图不同的输出形式对应不同的接线方式,如图5所示,NPN型负载应跨接在电源正极与信号输出端上,PNP型则是负载跨接在信号输出端与电源负极上。当接入PLC时,NPN型必须要求PLC的公共端接外接电源正极(即源输入形式),PNP型要求PLC的公共端接电源的负极(即漏输入形式)。同时,还应注意接近开关的输出状态是常开(NO)还是常闭(NC)。
4·2 动作频率如前所述,对于一些高速测量场合,要求动作频率较高的接近开关,否则将造成漏检。而低速场合,若用动作频率较高的开关则将增加成本和误动作的机会。
4·3 设定距离设定距离应当合适,并不是越小越好。设定距离太小,将导致被测物远离开关时仍在检测范围内,因而接近开关不动作,这一点在测速时尤其重要。
4·4 负载接近开关驱动感性负载时(如电磁继电器),应在负载两端并接入续流型二极管,否则会因感性负载长期动作时的瞬态高压脉冲影响接近开关的使用寿命。
4·5 抗干扰电感式接近开关应避免在直流磁场环境下使用,以免造成误动作。另外,很薄的金属镀膜层是检测不到的。对机器进行反复点动操作时,将导致电动机反复启动和停止,也能使附近的接近开关产生误动作。霍尔式接近开关应避免在强磁环境中工作。光电式接近开关使用时应注意避免强光源(白炽灯、太阳光),防止互相干扰,并排除背景物影响,同时应避免在粉尘较多的场合使用[3]。
5 实例目前,先进纺织机械上接近开关的使用已相当广泛,其无接触、无火花、使用寿命长的特点在实际使用中优势非常明显。另一方面,由于它使用方便,也经常被用来进行设备改造。如邯郸第四棉纺织公司用光电开关取代原来FA系列开清棉联合机上的水银开关,实现棉箱棉量监测和棉流监测,有效防止了供棉不足和轧车现象[4];安徽宣城纺织厂用电感式接近开关取代原来的行程开关,改造了A456E型粗纱机的“三自动”装置,成功解决了因行程开关故障带来的“三自动”失灵问题[5]。
6 结语
系统介绍了三类纺织用接近开关的分类、原理、选用及应用过程中的注意事项。纺织上接近开关的用途远不止行程开关所具备的行程控制及限位保护,已广泛应用于高速计数、原料及半制品检测、测速等场所。随着计算机技术、芯片制造技术和传感器技术的飞速发展,未来会涌现出更多的、功能更强大的接近开关。但无论用哪种接近开关,都应注意满足工作电压、负载电流、响应频率、检测距离、使用环境等各项指标的要求,
