石光，劉箴，趙賀楠

微脈沖位移傳感器在TRM型輥磨上的應用

石光，劉箴，趙賀楠

在操作立式輥磨時，料層厚度是一個非常重要的工藝參數(shù)指標。中材裝備集團有限公司在TRMS43.4礦渣磨上采用德國巴魯夫（BALLUFF）BTL5-E10-M 0150-P-S32型微脈沖位移傳感器，用于輥磨內(nèi)料層厚度測量，取得了非常理想的應用效果。本文根據(jù)微脈沖位移傳感器的特點，對該傳感器儀表在TRM型輥磨中的應用進行了介紹。

立式輥磨；料層厚度；微脈沖位移傳感器

1　概述

TRM型立式輥磨除了在機架上裝設(shè)有機械限位裝置以外，還設(shè)置了電控限位裝置，分別安裝在搖臂與搖臂軸承座上。搖臂的擺動角度反映了磨輥的位置，可通過接近開關(guān)檢測搖臂的擺動。在正常運轉(zhuǎn)中，主要依靠該裝置對磨輥位置進行限制，每組限位裝置設(shè)有上限與下限兩個接近開關(guān)。接近開關(guān)的上限位是控制磨輥在啟動時的抬起高度，下限位用來控制磨輥和磨盤之間的間隙，防止發(fā)生金屬間的接觸。一旦在運轉(zhuǎn)中磨輥接觸到相應的接近開關(guān)時，則發(fā)出相應的位置信號。通過搖臂上的標尺可顯示磨內(nèi)料層的厚度，但難以實現(xiàn)對磨內(nèi)料層厚度精確的測量，指針的零位在研磨體部件磨損后也必須重新進行調(diào)節(jié)，這些因素都導致了無法滿足實時控制的需要。因此，需要在搖臂軸承座處增加一種可在惡劣的環(huán)境下穩(wěn)定工作的高精度的線性位移傳感器，用于精確測量磨內(nèi)料層厚度。

2　微脈沖位移傳感器的選擇

2.1微脈沖位移傳感器介紹

巴魯夫BTL5-E10-M0150-P-S32型微脈沖位移傳感器（外置式）機械結(jié)構(gòu)精良、防護等級高、安裝便捷、可檢測額定長度50～5 000mm，可有效替代許多直線位移傳感器（如電位計、玻璃光柵尺、LVDT等），如圖1所示。

圖1　巴魯夫微脈沖位移傳感器外形示意圖

2.2微脈沖位移傳感器工作原理

巴魯夫BTL5-E10-M0150-P-S32型微脈沖位移傳感器由電子部分（收發(fā)管）、波導管、定位磁塊組成。檢測元件由鋁制擠壓型材保護，檢測元件（波導管）無須提供電源。電子部分和波導管組成一體，定位磁塊安裝在磨機搖臂上。電子部分用于脈沖信號的發(fā)送和接收，以及信號的處理和輸出，波導管為脈沖信號的傳送介質(zhì)，磁環(huán)用于脈沖信號的反射。工作時，電子部分和波導管保持靜止狀態(tài)，定位磁塊隨磨輥搖臂移動，由于電子部分和定位磁塊的位置發(fā)生變化，脈沖信號發(fā)送和反射產(chǎn)生的延時也隨之發(fā)生變化，根據(jù)不同的延時換算得到位移的變化量。在微脈沖位移傳感器的有效檢測行程內(nèi)，傳感器輸出信號與位置量成線性關(guān)系。

2.3微脈沖位移傳感器特性參數(shù)

巴魯夫BTL5-E10-M0150-P-S32型微脈沖位移傳感器的主要特性參數(shù)如下：

（1）供電電源：10～30VDC

（2）輸出信號：4～20mA/0～10V DC（3）測量范圍：200～2 000mm

（4）最小檢測目標：100mm×100mm

（5）專用連接電纜：3m

注：如果負荷電阻＞1kΩ，微脈沖位移傳感器缺省為電壓輸出；反之，如果負荷電阻＜500Ω，微脈沖位移傳感器觸發(fā)電流輸出。

3　微脈沖位移傳感器在TRMS43.4礦渣磨上的安裝和調(diào)試

3.1巴魯夫微脈沖位移傳感器安裝和接線

3.1.1安裝方法

（1）安裝時，將位移檢測裝置的支架通過螺栓固定在搖臂軸承座上部，支架上裝有控制磨輥高低限位的接近開關(guān)和傳感器電子部分本體。再將定位磁塊支架通過螺栓固定在搖臂側(cè)面，定位磁塊用隨機螺帽固定后裝好保護罩即可（如圖2所示）。

圖2　巴魯夫微脈沖位移傳感器安裝示意圖

（2）微脈沖位移傳感器的電氣信號連接要采用屏蔽電纜，按照傳感器說明書和輥磨電氣接線圖連接到磨輥液壓系統(tǒng)本地控制柜上，信號經(jīng)由DCS傳輸?shù)街锌厥?，通過軟件顯示數(shù)值。

（3）傳感器電子部分防護罩螺栓要做防松處理，禁止使用焊接的方法安裝，定位磁塊固定在支架擋板上，其安裝位置與波導管中心距保持在8～15mm。

3.1.2傳感器使用注意事項

（1）在正常的環(huán)境條件下，氣流和氣壓的變化對微脈沖位移傳感器的工作影響很小，但當氣流和氣壓變化較大時，會使微脈沖位移傳感器產(chǎn)生測量誤差。因此，空壓機和動力風機等設(shè)備應遠離微脈沖位移傳感器工作區(qū)域，以減少其強氣壓氣流對微脈沖位移傳感器的不良影響。

（2）若微脈沖位移傳感器信號電纜距離變頻器電源輸出電纜和強電壓電纜很近，就會對料層厚度信號產(chǎn)生干涉，使料層厚度顯示值波動變化異常。因此在敷設(shè)微脈沖位移傳感器信號電纜時，一定要遵守電氣規(guī)范，且要遠離變頻器電源輸出電纜和強電壓電纜等至少30cm。

（3）使用中，當微脈沖位移傳感器出現(xiàn)以下兩種情況時，會引起料層厚度的測量誤差，因此需按照初次安裝調(diào)試的方法重新進行調(diào)整。一是當微脈沖位移傳感器支架或者傳感器位置改變；二是磨機使用一段時間后，因磨輥和磨盤磨損，磨輥的尺寸和磨盤的厚度也相應減少時。

（4）要定期檢查微脈沖位移傳感器表面是否積灰并清除，檢查微脈沖位移傳感器及其支架是否牢固并緊固，檢查微脈沖位移傳感器連接電纜和接線回路是否有問題并修復。

3.2傳感器接線方法

（1）輸出信號

針腳編號線纜顏色針腳功能

1黃色4～20mA

2灰色0V

（2）供電電壓

針腳編號線纜顏色針腳功能

6藍色GND

7綜色+24V

當布置傳感器、控制器和電源之間的電纜時，請避免靠近高壓線，尤其要避免交流諧波（例如相位控制）產(chǎn)生的電感噪聲，相對于其他線纜，屏蔽只能提供有限的保護。電纜長度最長為20m，直徑φ6～8mm。在施工現(xiàn)場、屏蔽和高速旋轉(zhuǎn)等室外噪聲場合使用較長的電纜也不影響其信號完整性（如圖3所示）。

傳感器和控制器必須要用屏蔽線連接，傳感器控制端屏蔽電纜必須與本地磨輥液壓系統(tǒng)控制柜采用共地接地保護。傳感器控制端不用的導線可以接地但不能接到屏蔽線纜上（如圖4所示）。

圖3　傳感器和控制器的接線舉例

圖4　傳感器控制端導線接線示意圖

圖5　最小平方法對數(shù)據(jù)進行線性回歸分析

表1　標定操作所得數(shù)據(jù)

3.3巴魯夫微脈沖位移傳感器調(diào)試

3.3.1初始數(shù)據(jù)采集標定工作的設(shè)定

磨輥搖臂的聯(lián)動位置決定了磨輥與磨盤之間的距離，即立式輥磨運行時料層厚度（Y），Y與傳感器輸出信號（X）之間在理論上存在某種確定的函數(shù)關(guān)系Y=F（X）。Y=F（X）是一個非線性的函數(shù)，涉及的參數(shù)很多，有半徑、角度、弦長等。關(guān)系式較為復雜，對PLC計算器的要求也很高，且其中任何一個參數(shù)的細小誤差，對計算結(jié)果的準確性影響都較大。因此采用理論公式計算料層厚度的方法并不實用，無法有效消除機械制造及安裝所造成的誤差。

在實際操作中，我們采取現(xiàn)場磨輥預置位置值的反饋信號進行實測的方法，結(jié)合最小平方法對所實測反饋值進行線性回歸分析，從而將上述兩個函數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系轉(zhuǎn)換為函數(shù)關(guān)系。經(jīng)過實踐證明，這種方法能有效地消除誤差，保證結(jié)果的準確性（如圖5所示）。

3.3.2標定的操作步驟及數(shù)據(jù)采集方法

標定工作中需要在磨輥和磨盤之間依次放置厚度為20mm、40mm、60mm、80mm的鋼板（通?，F(xiàn)場采用4塊厚度為20mm鋼板），通過操作磨輥液壓站抬輥和落輥，在磨輥落下穩(wěn)定后讀取在不同厚度時微脈沖位移傳感器的反饋值（如表1所示）。

4　數(shù)據(jù)分析

利用最小平方法將所得數(shù)據(jù)進行處理，求得采集數(shù)據(jù)樣本的回歸直線，通常利用Excel的計算工具可以導出線性回歸直線。由此可知本例線性回歸直線方程為y=0.018 6x+8.688。

微脈沖位移傳感器的輸出量程為4～20mA，利用上述線性回歸直線方程，換算出相對應的料層厚度為-252～608mm。最后，在中控室通過DCS上位機組態(tài)軟件設(shè)定料層厚度顯示量程。

5　結(jié)語

微脈沖位移傳感器使用的關(guān)鍵在于結(jié)合最小平方法在標定調(diào)試中對所得樣本數(shù)據(jù)進行線性回歸分析。微脈沖位移傳感器在TRMS43.4礦渣磨上應用以來，料層厚度精度在±2.5mm以內(nèi)，具有測量精度高、重復性好、穩(wěn)定可靠、安裝方便、環(huán)境適應性強等特點。通過正確安裝、調(diào)試和標定位移傳感器，可以精確顯示輥磨運行生產(chǎn)中磨內(nèi)料層厚度，進而確定輥磨操作壓力、循環(huán)風機轉(zhuǎn)數(shù)和選粉機轉(zhuǎn)數(shù)等關(guān)鍵參數(shù)，從而保證輥磨正常運轉(zhuǎn)及產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定。

［1］巴魯夫微脈沖位移傳感器說明書［K］，2010.

［2］傅華.大型水泥/礦渣立磨的調(diào)試與運行［J］.水泥，2008.

［3］李明湘.微脈沖位移傳感器在HC冷軋機上的應用［J］.自動化應用，2013.

Application of Micropulse Displacement Transducers on TRM-type Roller Mill

TQ172.632.5

A

1001-6171（2016）03-0032-03

通訊地址：中材裝備集團有限公司，天津300400；2015-12-28；編輯：呂光