淺談大冷床輥道的檢測

摘要：輥道是鋼棒傳輸的重要傳動部件，由于長時間在系統環境下運行，輥道可能因為軸承斷裂，電機堵轉等原因導致非正常工作。從而產生擦傷等問題。現擬采用PLC和一些元器件及時發現這類問，具有定位準確，維護方便等特點。

1 概述

我公司一軋鋼分廠的大冷床輸入側輥道原本是通過空開通斷來檢測電機有沒有運行。把10-15個左右的空開串聯起來形成一個回路后接入PLC，然后通過WINCC畫面顯示出來。以F箱為單位，一共有12個箱子。全部正常運行效果為12個箱子在畫面上都為綠色。一旦其中一個空開跳，則這個對應的F箱跳紅色。這樣的效果只能顯示以F箱為單位，不能判斷具體是哪個電機。其次是只能看電機，不能看輥子，萬一地輥和電機中間的聯軸器脫開了，也無法判斷。

問題：在當前這個系統下經常會碰到機械聯軸器脫開了，畫面上顯示為綠色，操作工不知道，點檢員點檢時一看電機是轉的，也忽視掉了，造成這個地輥成了三無地帶，直到哪天擦傷了或者徹底堵轉了，才去檢查到。造成嚴重的擦傷不說，恢復起來還費勁，本來是小問題：加點油、連下軸就能恢復的，卻要換地輥。造成熱停費時，重新更換地輥還費力。針對現存在問題，我構思了一種結構簡單、操作簡便、檢測效率高的輥道檢測系統。主要目的有三個：

1. 首先應該對地輥進行檢測，而不是電動機，這樣才是最直接有效的。

2. 其次要讓人一眼看出有問題的地方，到底是哪個地輥出現了問題。

3. 要及時的通知到人，不要有問題了，人家也不知道。

從這三個目的出發，開始對輥道檢測系統進行構架

一、硬件方面：先從材料方面著手。

1. 定制一個180*80*50的柜子。

2. 硬件方面SIEMENS 24V，40A電源一個。

3. SIEMENS 6ES7 315-2AH14-0AB0 CPU模塊1個。

4. SIEMENS 6ES7 321-1BL00-0AA0 數字量輸入模塊5個。

5. SIEMENS 6ES7 322-1BH01-0AA0 數字量輸出模塊1個。

6. SIEMENS 6AV2 124-0GC01-0AX0 HMI觸摸屏1塊。

7. 40A 施耐德雙P空開1個。

8. 16A 施耐德單P空開5個。

9. 10A 施耐德單P空開12個

10.保險端子若干，接線端子若干，24V繼電器若干。

11.8MM接近開關130個左右。擋片和支架各130個左右。

12.1*3的電纜若干米。

13.Profibus電纜1.5米。DPS插頭2個。

開始著手簡單的安裝

1. 測量地輥與電機之間的距離，預先做好支架和擋片，放好電纜。裝好接近開關和擋片。如圖（1）

圖（1）

圖（2）現場柜子

2柜內的結構大致如圖（2）

2.1 第一行為CPU、數字量輸入和數字量輸出模塊、DC24V/40A電源。

2.2 第二行為總電源開關、分列24V電源開關、保險端子等。

2.3第三行為報警24 V繼電器（用來控制現場220V帶燈報警器和操作臺24V聲光蜂鳴器）、變頻器端使能繼電器信號，用來控制現場柜內的繼電器，通過繼電器的通斷，來決定地輥何時開始檢測。

3. 現場每10-15個電機放一個端子箱。里面放帶指示燈的保險端子。用來連接現場的接近開關，萬一向現場電纜短路，可直觀看出來。

二、軟件方面：

1. 用STEP7進行硬件組態

2. PLC編程：

2.1當輥道變頻器運行后，我們靠接近開關來檢測地輥是否運轉。

2.2當有報警后我們選擇繼續檢測，還是不檢測。這里做了一個可選擇。

2.3還有就是消音復位信號。

3 觸摸屏畫面制作和變量編寫

用博圖軟件硬件組態

3.1. 創建項目 創建名稱為PLC_HMI

3.2 添加PLC添加一個PLC到項目中

3.3 添加HMI，添加一個HMI到項目中，不根據HMI設備向導設置，點取消 ，然后確定 ，這樣子就添加了一個觸摸屏HMI

3.4 組態連接，點擊電機控制-HMI_1-設備組態-PROFINET接口。查看修改IP地址 要保證和PLC統一局域網內。

查看HMH_1文件夾中 “連接”，查看連接情況

3.5 HMI變量的分類 PLC_1PLC變量中 “默認變量”添加變量。設置系統和時鐘存儲器

3.6. HMI變量的生成與屬性設置

HMI_1HM1變量中 “默認變量表” 添加變量

3.7創建根畫面

HMl_1-畫面-畫面1 并將畫面1修改為根畫面

點擊右邊工具箱開始準備創建觸摸屏畫面

4 制作主畫面：

4.1圖中每個小方框代表一個地輥。正常為黑色，如果報警則整個小窗口為紅色。另外每個小方框內右上角的小圓圈用來顯示地輥是否投入檢測，灰色為未投入檢測，綠色為投入檢測。大冷床輸入側輥道大概為130個左右。

4.2右下角的報警消音為復位按鈕，處理完故障后按此按鈕可以消音并恢復成正常檢測狀態。

5.編寫變量（運轉檢測信號、報警切除信號、報警信號、輥道運行信號，采集周期為1秒。太快會增加CPU負擔。）

6.設計報警小窗口并編寫好對應地址和顏色。

6.1 畫面輥道運行信號為綠色，不運行為灰色。

6.2 畫面運轉檢測信號綠色閃爍為：正常運行。不閃爍為：未檢測到信號。這里我們來重點來說下重要的檢測元件：接近開關。接近開關是一種無需與運動部件進行機械直接接觸就可以操作的位置開關，當物體接近開關的感應面到動作距離時，不需要機械接觸及施加任何壓力即可使開關動作，從而驅動直流電器或給計算機（plc）裝置提供控制指令。接近開關是種開關型傳感器（即無觸點開關），它既有行程開關、微動開關的特性，同時具有傳感性能，且動作可靠，性能穩定，頻率響應快，應用壽命長，抗干擾能力強等、并具有防水、防震、耐腐蝕等特點。產品有電感式、電容式、霍爾式、交、直流型。

接近開關又稱無觸點接近開關，是理想的電子開關量傳感器。當金屬檢測體接近開關的感應區域，開關就能無接觸，無壓力、無火花、迅速發出電氣指令，準確反應出運動機構的位置和行程，即使用于一般的行程控制，其定位精度、操作頻率、使用壽命、安裝調整的方便性和對惡劣環境的適用能力，是一般機械式行程開關所不能相比的。它廣泛地應用于機床、冶金、化工、輕紡和印刷等行業。在自動控制系統中可作為限位、計數、定位控制和自動保護環節等。

因為位移傳感器可以根據不同的原理和不同的方法做成，而不同的位移傳感器對物體的“感知”方法也不同，所以常見的接近開關有以下幾種：

（1）無源接近開關

這種開關不需要電源，通過磁力感應控制開關的閉合狀態。當磁 或者鐵質觸發器靠近開關磁場時，和開關內部磁力作用控制閉合。特點：不需要電源，非接觸式，免維護，環保。

（2）渦流式接近開關

這種開關有時也叫電感式接近開關。它是利用導電物體在接近這個能產生電磁場接近開關時，使物體內部產生渦流。這個渦流反作用到接近開關，使開關內部電路參數發生變化，由此識別出有無導電物體移近，進而控制開關的通或斷。這種接近開關所能檢測的物體必須是導電體。

原理：由電感線圈和電容及晶體管組成振蕩器，并產生一個交變磁場，當有金屬物體接近這一磁場時就會在金屬物體內產生渦流，從而導致振蕩停止，這種變化被后極放大處理后轉換成晶體管開關信號輸出。

特點：A、抗干擾性能好，開關頻率高，大于200 Hz B、只能感應金屬。

應用在各種機械設備上做位置檢測、計數信號拾取等。

（3）電容式接近開關

這種開關的測量通常是構成電容器的一個極板，而另一個極板是開關的外殼。這個外殼在測量過程中通常是接地或與設備的機殼相連接。當有物體移向接近開關時，不論它是否為導體，由于它的接近，總要使電容的介電常數發生變化，從而使電容量發生變化，使得和測量頭相連的電路狀態也隨之發生變化，由此便可控制開關的接通或斷開。這種接近開關檢測的對象，不限于導體，可以絕緣的液體或粉狀物等。

（4）霍爾接近開關

霍爾元件是一種磁敏元件。利用霍爾元件做成的開關，叫做霍爾開關。當磁性物件移近霍爾開關時，開關檢測面上的霍爾元件因產生霍爾效應而使開關內部電路狀態發生變化，由此識別附近有磁性物體存在，進而控制開關的通或斷。這種接近開關的檢測對象必須是磁性物體。

（5）光電式接近開關

利用光電效應做成的開關叫光電開關。將發光器件與光電器件按一定方向裝在同一個檢測頭內。當有反光面（被檢測物體）接近時，光電器件接收到反射光后便在信號輸出，由此便可“感知”有物體接近。

看完這些類型，我們選用現場渦流式接近開關比較合適（需要靠金屬片）。了解完接近開關，我們來看下接近開關里的一個很重要的參數：響應頻率，就是開關的靈敏度。比如同樣的速度，輸送鏈上有10個樣品，或許響應時間短的能檢測出10個，響應時間長的只能檢測到<10個，反之響應頻率高的，檢測出的結果越正確（響應頻率700HZ優于響應頻率500HZ）。如果相應頻率再差點，將會導致檢測信號沒有（大圓輥道速度慢的時候可以正常檢測，小圓輥道速度快的時候就就檢測不到），模板上I點雖然也能閃爍，但是燈光很微弱。通過不斷的實驗和接近開關替換認證，才發現是接近開關的響應頻率不夠，導致頻率跟不上，現場輥道檢測老報警。發現問題后，我們選擇了頻率更高的接近開關來代替。

結論

這個輥道檢測系統經過1個多月的調試，最終完成并投用生產了。它的原理是：操作工讓輥道運行起來，PLC采集變頻器運行使能，讓輥道開始檢測，現場接近開關檢測到信號，不停的刷新程序中繼電器的掃描時間，程序中設置10秒計數10次，也就是1秒一次，一旦有哪個地輥停轉了，檢測信號不刷新了，或者10秒累計不到10次就開始報警，報警后需要操作工人為的到現場檢查并復位消音（操作室只裝了蜂鳴器，沒裝復位按鈕），通過這次創新，讓輥道更具目視化，如圖：一旦有報警，現場觸摸屏上可直觀的看出17號地輥有問題，現場喇叭會聲光報警。操作室的蜂鳴器也會閃爍和蜂鳴。可以提醒并準確地找到異常地輥。通過此次創新，大大減少了地輥地輥卡死而出現的擦傷。從2019年底至今運行穩定可靠，得到了操作工的一致好評。

參考文獻

[1]百度-工控客-實例 | 博途V15 西門子S7-1200與觸摸屏通信詳解

[2]鄧重一. 接近開關原理及其應用[J]. 自動化博覽， 2003， 20（5）：31-34

作者介紹：陸文清（1985.10.26），性別：男;籍貫：江蘇江陰;民族：漢;學歷：本科、學士;職稱：工程師/高級技師;研究方向：電氣自動化。