磁致伸缩位移传感器在焦炉现场的应用

  磁致伸缩位移传感器在焦炉现场的应用
  作者：袁理





     磁致伸缩位移传感器，通过内部非接触式的测控技术精确地检测活动磁环的绝对位置来测量被检测产品的实际位移值，具有准确度高、稳定性好、长距离测量等特点，可在冶金、化工及环保等许多行业广泛应用。由于作为确定位置的活动磁环和传感器自身并无直接接触，磨损小，因而其使用寿命长、环境适应能力强，可靠性高，安全性好，便于系统自动化工作，即使在恶劣的工业环境下也不易受油渍、溶液、尘埃或其它污染的影响；此外，传感器采用了高科技材料和先进的电子处理技术，因而它能应用在高温、高压和高振荡的环境中；传感器输出信号为绝对位移值，即使电源中断、重接，数据也不会丢失，更无须重新归零，大幅度地提高了检测的可靠性和使用寿命。基千以上特点，磁致伸缩位移传感器适应焦炉现场恶劣工况，在取门、上升管及导套等油缸操作处能够取代限位开关和接近开关。文章围绕磁致位移传感器内部芯片原理，论述与PROFIBUS-DP的通讯实现与PLC的连接，最终在S7-400程序的应用中体现其性能。

1、系统设计

       磁致伸缩位移传感器的硬件包括活动磁环和敏感元件。EM542总线变换仪表作为磁致伸缩位移传感器的接口模块，可将磁致位移传感器输出的距离信号转换成PROFIBUS-DP总线数据，传送给PLC位置测量系统。

1.2电路板设计

1.1.1距离的测量(TDC-GPl芯片

       TDC代表时间数字转换器。芯片将时间间隔直接转化为高精度的数字值，是类似与模拟电压有相同功能的数模转换器。TDC以采用COMS处理器实现数字化传播时间应用为基础，根据采用的半导体过程，TDC实际上所能达到的分辨率在30-300ps之间。GPl在双通道250ps模式或125ps高分辨率模式下能覆盖低分辨率，TDC还具有应用的可用性、灵活性及可用电路的高集成性等特点。GPl中集成了一 个 8 位微控制接口、控制寄存器、数值寄存器和结果寄存骈等。针对分辨率而言，GPl提供了两条完全相同的通道。两通道共用START输入信号，进行四次独立的STOP测量。

CPU通过TDC-GPl向磁致位移传感器发送开始信号，磁致位移传感器反馈给TDC-GPl 一 个停止信号，TDC-GPl测出开始和停止的间隔，从而测量出距离，传给CPU。

1.1.2与PLC通讯(SPC3芯片）

       SPC3是应用于PROFIUBS-DP开放式工业现场总线的智能化接口芯片。SPC3集成了完整的DP协议，包括方式寄存器、状态寄存器、中断寄存器、各种缓冲器指针和缓冲区等，有效减轻了处理器的压力，可用于12Mbaud总线。该芯片内部含有l.5kB的双口RAM作为SPC3与软件/程序的接口，带有11位地址线的并行8位接口，全部存储器分为192段，每段8个字节，用户可以立即寻址。SPC3支持所有8位处理机和微处理器，也可自动完成 字节转换＂。用户寻址由内部 MS 通过基址指针来实现，基址指针可位于存储器的任何段。因此，任何缓存都必须位千段首。SPC3中集成有一保护监视定时器(WatchDog)，应用处理器出现故障时，PROFIBUS-DP通信将被禁止，不会危及外围设备。作为SPC3的心脏微处理器控制着系统整个工作过程。SPC3在发送第一个字符前会产生RTS信号，即请求发送信号。另外，SPC3还具有自动辨识波特率(9.6k-12Mbps)的功能。

       CPU以读外部RAM的形式读取SPC3数据，SPC3与西门子PLC通过PROFIB US-DP协议通讯，从而实现CPU从PLC直接读取数据的目的。

1.2 结构设计

       EM542总线变换仪表作为数字式绝对长度测量系统的 一 部分安装在标准导轨上，可连接多达 4个START/STOP位移传感器。

1.3技术特性

外形尺寸：90*75*107mm，用于标准安装轨道带有插入式螺钉端子，2.5mm气2条，每条带有17个端子

防护等级：壳体内IP40，端子IP20

操作温度：0-+70℃

电气连接：传感器和带有螺钉端的供电电源输人带有启动／停止输出的4个直线位移传感器，最大120m电缆，具有断路保护功能

地址带有旋转开关设置，地址03-99.，默认设置99.

波特率：9600bps -12Mbps

位置数据每个位置数据用24位二进制码表示，最大测量范围7600mm。

状态信息：每个传感器一位显示（无回复信息，例如：无位置磁铁）

配置工作：GSD文件

分辨率：可选，最小0.005mm

输入电压：DC+24V(+20%/一15%)

波纹：<1%S-S

电流消耗：<140mA+lOOmAx传感器数量

熔断器：1.85A/30V, 自恢复型

响应时间：两个测量之间的响应时间可以更改（最大测量范围独立）

测量范围和循环时间：400-0.75,；500-1.00；3100-1.50；4300-2.00；5700-2.50；6900-3.00；＞6900-3.50ms

循环器件，同时测量1-4号传感器的位置值。

2、应用

       焦炉各车辆上有大量的油缸动作，通常应用接近开关和限位开关来控制油缸动作位置，在实际应用中经常损坏，调整概率高，易损坏，给生产带来不便。磁致伸缩位移传感器在控制车辆的油缸动作时可靠性和准确性较高。

2.1PLC配置(SIEMENS S7-400)

(I)在S7-400站目录下双击H扛 dw江 e 打开硬件配置。

(2)在PROFIBUS-DP主线上添加EM542模块。

(3)设定模块地址，模块需要单 一 的从站地址。按照PROFIBUS标准，地址开关从3-99可选。当地址<3时，将由总线模块自动更换为3。

(4)在View的Catalog中搜索EM542附件，添加4Sensors-MOT04, 输入初始地址，后面的地址自动生成。

(5)配置GSD文件，与模块相关的GSD文件允许与测量系统连接到PROFIBUS-DP。在Hardware界面单击Operations, 选择Install GSD File, 搜索装载GSD文件。

2.2安装

(1)位移传感器安装在油缸内部，由末端穿线走管与总线变换仪表相连。

(2)EM541安装在35mm标准卡轨上（位于电气柜内）。模块与带插入式螺钉端子的位移传感器通过电缆连接器连接，各位移传感器所需电源应附加连接，将传感器电缆的屏蔽线连接到靠近EM542接口的功能端子上。

(3)EM542总线变换仪表各端子名称如下：

端子号：信号名称

1：Start+

2：Start-

3：Stop+ Sensor1

4：Stop-

5：+24VDC

6：DC Ground(OV)

7-12：同上 Sensor2

18-23：同上Sensor3

24-29：同上 Sensor4 

15：接 ov

16：接 24V

32：接 DP8脚绿色线

33：接 DP3脚红色线

(4)LED 状态显示 ，传感器和总线仪表的状态及设备内部的状态在仪表的 LED 中显示。

2.3 程序编写

       将 (传感器）读取的数值进行整理获取真实值并应用该真实值进行控制。下文以实际清门头上下动作程序为例说明。FC2601 :读取值取整及平衡值处理，以获得实际油缸行程。

3、结论

       焦炉现场粉尘大、明火温度高、水分大、对精度有较严格的要求。磁致伸缩位移传感器是根据磁致伸缩原理制造的高精度、长行程绝对位置测董的位移传感器，避免了传统接近开关和限位开关使用寿命短的弊端，同时其简单便捷的安装和调试便千焦炉现场较高的自动化程度要求，磁致位移传感器在现代化焦炉机械上成为主流配置已成未来发展趋势。





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