開關量信號隔離器在水泥廠的應用

安科瑞 劉邁

　　摘要：在水泥廠生產過程中，需要皮帶與提升機進行運輸物料，回轉下料器進行投放物料。其中涉及大量電動機相關的機械運動，對這些機械運動狀態進行檢測，可以及時發現問題避免造成事故。針對機械位置檢測，通常使用接近開關完成。接近開關輸出的信號是濕接點信號，并且具有一定的開關頻率。通常情況下接近開關直接連接控制器，但是在諸如水泥廠、鋼鐵廠、化工廠之類的工業場景，設備較多造成電磁環境復雜，信號容易受到干擾影響監測質量。在接近開關與控制器之間加裝信號隔離器，可以有效過濾大多數干擾信號，保證整個系統的穩定性。

　　關鍵詞：信號隔離器；接近開關；電動機；信號干擾

　　0：概述

　　接近開關分為電容式接近開關與電感式接近開關。其中電感式接近開關的主要工作原理是內部產生高頻變磁場，磁場經由感應面釋放。當金屬物體接近感應面時，會產生漩渦電流，檢測到該信號，接近開關會把它轉換成開關量信號輸出。控制器可以通過接近開關輸出的周期性開關信號，換算出對應物體的速度。根據上述功能與應用，水泥廠在生產工藝中，將接近開關安裝在皮帶與提升機尾輪中監測對應的速度，避免出現打滑的情況。將接近開關安裝回轉下料器中，檢測速度可以避免其機械結構卡死導致電動機燒毀情況，由此可見速度監測在這些場景中有較為重要的作用。在許多工業場景中，例如：水泥廠、鋼鐵廠、化工廠等等。現場環境復雜，干擾源眾多，影響信號傳輸質量，甚至造成相關設備損壞。使用信號隔離器可以有效避免上述風險，保障系統穩定運行。

　　1：NAMUR型接近開關

　　NAMUR型接近開關是一種常見的無源兩線制傳感器，需要外部給其提供8V DC的電壓才能正常工作，回路電流≤1.2mA認為開關斷開，電流≥2.1mA則認為開關閉合。因為NAMUR型接近開關的特性，不方便將其直接接入控制器中，需要在其與控制器之間安裝信號隔離器，信號隔離器可以將NAMUR信號轉換成繼電器或者晶體管信號給控制器，完成信號連接。NAMUR型接近開關的最大開關頻率通常可達到2000Hz，可以在某些場景中進行速度監測。機械式繼電器的開關頻率遠遠達不到上述需求并滿足相關應用，所以需要選擇晶體管輸出的信號隔離器，晶體管的開關頻率可以滿足相應的需求。

接近開關測量轉速示意圖

　　在轉輪上設置一個金屬物體，可以被NAMUR型接近開關感應到。接近開關完成一個開關周期，等于轉輪轉過一個周期，通過這個周期就可以計算出轉輪的速度。轉輪的速度越快，接近開關的開關頻率越高，也就需要匹配其頻率的信號隔離器。頻率高的信號受到干擾，不能簡單在端口增加濾波電路，因為濾波電路可能會將正常的開關頻率信號當作干擾信號過濾掉。如何保證上述信號可以準確傳輸，是一個重要的關注點。

　　2：常用解決方法

　　電磁干擾信號通過傳感器的外接信號線耦合到正常信號上，導致后端控制器接收到異常信號，造成控制器采集數據錯誤，甚至有損壞設備的風險。 在傳感器與控制器之間安裝信號隔離器，可以有效解決上述問題。

信號隔離器接入圖

　　開關量輸入信號隔離器通過光耦隔離的方式將傳感器的輸出信號經過隔離傳輸到控制器。傳感器與控制器之間形成電氣隔離，分別形成兩個獨立回路。若出現異常危險大能量信號，不能直接通過線纜到達控制器，保護控制器免受危險信號的影響。同時切斷了接地環路，避免接地環路拾取環境中各種干擾信號，影響信號的傳輸質量。

　　3：BM100開關量輸入信號隔離器

　　3.1概述

　　BM100開關量輸入信號晶體管輸出信號隔離器。接收干接點或NAMUR型接近開關信號，接收信號頻率≤5KHz，可以接收高頻信號。輸出晶體管(濕接點信號)。晶體管外接電阻性負載，驅動電流最大40mA，不建議用于驅動設備供電。產品頂部有撥碼開關，可以根據需求令輸入與輸出同向邏輯或者是反向邏輯。同時具有故障檢測功能，檢測輸入的回路是否存在短路或斷路的情況。(NAMUR型接近開關信號可以直接使用，干接點信號需要在輸入端外接電阻實現)

BM100開關量輸入晶體管輸出信號隔離器接線圖

BM100系列開關量輸入信號隔離器外觀圖

　　3.2技術參數

　　4：結束語

　　開關量輸入晶體管輸出信號隔離器，通常使用在對開關頻率要求高，負載要求低的場景。其可以有效過濾大多數干擾信號，并保護相關設備不受危險大能量信號的損害。輸入支持干接點或NAMUR型接近開關信號，頂部有撥碼開關支持手動調整輸入與輸出同向或反向以及輸入端電路是否進行短路或斷路檢測。客戶可以根據自身實際使用情況，進行選型與配置，保護相關系統正常穩定的運行。

　　參考文獻

　　[1]企業微電網設計與應用手冊.2020.6.

　　[2]韓喜俊.兩線制接近開關的使用問題及解決措施.水泥,2018.No1:71-72.