程勇 延芳超 黎攀

摘 要：接近開關又稱無觸點行程開關，它是在船閘閘、閥門設備上廣泛應用的傳感設備。起閘、閥門位置檢測和位置保護等作用。本文主要根據(jù)三峽船閘使用環(huán)境和功能需求，介紹接近開關選型要點及其在三峽船閘的應用情況。通過接近開關的分類及選型介紹，結合船閘實際使用特點，總結其在船閘的應用實踐，以期能對船閘行業(yè)接近開關運用有一定借鑒。

關鍵詞：三峽船閘;接近開關;閥門;選型

中圖分類號：U641? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2019）08-0023-03

1 接近開關在三峽船閘的應用環(huán)境

1.1通過應用功能需求分類介紹

接近開關在三峽船閘閘閥門的運用中，主要有兩種功能表現(xiàn)，分別為位置檢測和位置保護。

（1）位置檢測。三峽船閘閘閥門是由PLC控制的。通常情況下，閘閥門的動作位置均有開終關終，閥門還有下滑位以及檢修位。只有PLC收到位置信號后，它才能控制閘閥門的停止與動作。

（2）位置保護。為避免人字門門縫錯位過大，三峽船閘加入了合攏檢測保護。當人字門合攏狀態(tài)不佳，則會觸發(fā)合攏保護開關信號，船閘進入合攏保護工藝。

1.2應用環(huán)境要求

（1）閥門水下環(huán)境。三峽船閘輸水閥門一直處于水下動作，所以閥門的接近開關也長期處于水下狀態(tài)。在閥門的開、關過程中，也會產生湍急的水流，對開關也會產生沖擊。

（2）閘門門體上環(huán)境。三峽船閘人字閘門長期在露天環(huán)境風吹日曬，這樣人字門的接近開關就會經(jīng)常處于高溫、潮濕等外部環(huán)境中工作。而在人字門動作的過程中，門體的震動也會給開關帶來一定的影響。

閘閥門運行需要精確的傳感信號，再加上外部惡劣的環(huán)境，閘閥門的接近開關必須具備抗干擾、抗高溫高壓等良好性能以及高級別的防護等級。

2 接近開關的選型要點

2.1接近開關主要原理和類型介紹

接近開關是一種不經(jīng)過接觸電氣設備而可以動作的限位開關。如果物體在開關的感應距離之內時，那么開關在沒有施加任何壓力的情況下而觸發(fā)動作，并將開關量信號傳遞到PLC中來控制電氣設備的運行。接近開關的動作性能穩(wěn)定可靠，響應頻率快，抗干擾能力強，使用壽命長，同時也具有防水、防震、耐腐蝕等特點。

由于接近開關的安裝方式、輸出信號方式、感應原理等不同，所以接近開關的一般分類方法會有很多種。常用的分類方法為按感應原理分類，主要有電感式、電容式、霍爾式等。

（1）電感式的接近開關。電感式的接近開關主要有電感線圈、電容以及晶體管等電氣元器件組成的振蕩電路。在通電情況下，接近開關在電流的作用下產生交變磁場。如果金屬物體靠近接近開關的感應面時，那么接近開關將會產生交變磁場，金屬物體產生渦流，從而導致振蕩回路斷開。高頻振蕩電路經(jīng)過放大電路處理成的開關量信號，直接送到PLC的數(shù)字量輸入模塊中，觸發(fā)驅動控制器件，從而達到非接觸式檢測功能。工作流程如圖1所示。

（2）電容式的接近開關。電容式的接近開關主要由高頻振蕩器和放大器等兩部分組成。接近開關的檢測面和大地之間形成的電容器，是直接參與到振蕩回路中工作。如果有檢測物體接近傳感器檢測面時，那么振蕩回路中的電容量立刻發(fā)生變化，從而直接促成振蕩器發(fā)生振蕩。振蕩電路的振蕩和停振這兩個狀態(tài)轉換成的電信號，直接通過放大器進行信號處理，然后再轉換成二進制的開關量信號。工作原理圖如圖2所示。

（3）霍爾接近開關。當一塊通有電流的金屬薄片垂直地放在磁場中時，薄片的兩端就會產生電位差，這就是霍爾效應。兩端具有的電位差值就是霍爾電勢U，它的表達式為U=K﹒B/d﹒I，其中K為霍爾系數(shù)，B為磁場的磁感應強度，d為薄片的厚度，I為薄片中通過的電流。

2.2接近開關的選型原則與要求

在接近開關的選用與安裝中，開關的檢測距離和設定距離、工作環(huán)境等是我們考慮的必要因素。

（1）檢測距離：是指當檢測體按某種平行方式移動時，從開關動作到開關瞬間不動作時測得的空間距離。

（2）設定距離：是指接近開關在工作中的設定距離。被測物體與接近開關之間的安裝距離一般均小于額定動作距離，這樣才能保證開關的工作性能可靠。實際工作中，我們在安裝后還會通過調試，找到開關最佳的設定距離，才會將開關緊固。

（3）接近開關的安裝方式：一般有齊平式和非齊平式兩種安裝方式，如下圖3、4所示。

齊平式安裝：齊平式安裝又稱埋入式安裝，它的外觀直接表現(xiàn)是接近開關的表面是和安裝的金屬物體是在同一表面上，這樣開關就不容易被碰壞，但是這種安裝方式將會導致開關的靈敏度很低。

非齊平式安裝：非齊平式安裝又稱非埋入式安裝，外觀表現(xiàn)是接近開關的感應頭再安裝支架上露出一定高度，這樣有效提高了開關的靈敏度，但是極易造成開關的碰擦。

（4）響應頻率：是指接近開關在1秒內閉合與斷開的最大次數(shù)。

（5）輸出形式：NPN型和PNP型的輸出形式。為了接近開關在工作使用中具有高效的性能，我們應該根據(jù)檢測物和檢測距離的需求，對比選用不同類型的接近式傳感器。在選型中我們應遵循以下兩條原則：①渦流式接近開關和電容式接近開關是一般工業(yè)生產環(huán)境中的最佳選擇，主要是因為工廠生產環(huán)境對接近開關的要求很低，并且開關的性能也比較高效。如果檢測物體是金屬物體時，一般就選用電感式接近開關，因為這種開關的性價比高。不僅價格比較低，而且抗干擾性強，響應頻率高。②電容式接近開關一般是用在被檢查對象為為金屬的物體，比如木材，玻璃等。雖然這種開關的響應頻率低，但是其穩(wěn)定性非常好。