應用電渦流位移傳感器檢測輸煤皮帶打滑的研究

馮 帥

（山西西山煤電股份有限公司鎮城底礦選煤廠運銷科，山西 古交 030203）

1 輸煤皮帶打滑保護裝置作用機理

1.1 接觸式皮帶打滑保護裝置

根據設計，接觸式皮帶打滑保護裝置包括內部電路、滾輪、接線盒、外殼等部分，電源通常采用220 V交流電源并固定在輸煤皮帶下方，打滑保護裝置滾輪必須與皮帶密接，滾輪在皮帶的帶動下轉動，具體轉速通過芯片及內部電路檢測。通過比較保護裝置滾輪實際轉速與預設滾輪轉速，只要滾輪實際轉速比預設轉速一定比例低，則必然發出皮帶打滑信號，進而倒逼輸煤皮帶停機，實現打滑保護功能。值得注意的是，在最初啟動輸煤皮帶電機時，皮帶實際轉速不會立即達到額定運行速度，故必須設定5～20 s 延時[1]。

該保護裝置在輸煤皮帶空載及重載運行情況下載重不同，故皮帶打滑保護裝置滾輪和皮帶的接觸程度也不盡相同，滾輪和皮帶之間本身也存在一定的打滑可能，測量準確性并非100%。在皮帶打滑保護裝置滾輪與皮帶長時間接觸的過程中，必將引發滾輪與皮帶雙機械損傷，導致滾輪松動、脫落及皮帶跑偏、斷裂。由于結構方面的劣勢，接觸式皮帶打滑保護裝置無法處于完全密封狀態，且其實際安裝位置較為靠下，在打掃和沖洗時很容易受到水、灰塵等的污染。

1.2 非接觸式皮帶打滑保護裝置

此類輸煤皮帶打滑保護裝置通常和接近開關配合使用，接近開關屬于依照電渦流原理設計運行的位置開關，一旦待檢測金屬物體與探頭的距離小于某一設定值，則接近開關動作并發出接近信號；相反，一旦兩者實際距離超出設定值，則接近開關再次動作并發出遠離信號。總之，接近開關不會接觸待檢測物體，也不存在機械損傷風險。

接近開關非接觸式皮帶打滑保護裝置安裝時，將感應金屬焊接在皮帶滾筒側圓周內，再將接近開關安裝在皮帶滾筒下側，確保皮帶滾筒轉動的同時感應金屬能在6～10 mm 的范圍內對接接近開關。具體安裝情況詳見圖1。接近開關安裝好進行皮帶打滑保護檢測時主要采用兩種方式：一是接近開關連續動作與PLC 計數運算相結合，在這種方式下，接近開關繼電器在感應金屬經過時動作，并在皮帶正常運轉時連續動作，PLC 同時計數。固定時間內接近開關動作頻次可根據皮帶具體參數計算，將計算結果與同時段PLC計數進行比較，如果出現誤差，則可判定為皮帶打滑，PLC 便向皮帶電機配電柜發送停車指令。二是接近開關內置感應芯片。這種方式下可采用Tamsey60-23P型打滑開關，并將此型號開關和接近開關、PLC 計數電路、芯片共同布設在鐵盒內密封，供電形式采用220 V 交流電源。在輸煤皮帶打滑發生后，計數電路所接收到的脈沖實際值將低于設定值，此種情況下芯片發送相應的指令，總信號便將相應的操作指令發送至控制系統。

圖1 非接觸式皮帶打滑保護裝置的安裝

接近開關非接觸式皮帶打滑保護裝置能有效避免保護裝置滾輪和皮帶發生機械損傷，但是保護裝置價格高，缺乏經濟適用性。

2 電渦流位移傳感器的應用

2.1 電渦流位移傳感器

該傳感器以感應渦流原理為設計依據，能在設計范圍內測量距離、位移等參數的微小變化；在待測金屬物與探頭距離小于設計值時，傳感器會輸出不同頻率電壓，根據電壓的對照便可推算出位移量。電渦流傳感器探頭內置線圈，作用機理及過程與接近開關類似；由振蕩電路、放大器和電壓檢測電路所構成的前置器一般按照盒式密封設計，由前置器引出電源負、電源正、輸出負、輸出正、接地GND 五個接線端。當工作開始后，前置器內部振蕩電路將釋放高頻振蕩電流，經過連接電纜后輸入探頭內置線圈，隨即在探頭處生成高頻磁場，一旦感應到待測金屬物體，待測金屬物體便相應產生渦流及再生性渦流磁場，但磁力線方向恰好與探頭線圈方向相反，達到改變探頭阻抗及振蕩電壓的目的[2]。

電渦流傳感器作用過程主要受到探頭和待測金屬物距離、探頭線圈直徑、磁導率、電導率及振蕩頻率等諸多參數的影響[3]，其中以分辨率和探頭直徑影響最大。米郎ML-33 型電渦流傳感器基本性能參數詳見表1。根據表1 中所示結果，隨著探頭直徑的增大，量程和線性誤差增大，但分辨率降低。

表1 電渦流傳感器性能參數

2.2 輸煤皮帶打滑檢測

將感應金屬設置在皮帶滾筒側，并將接近開關換成電渦流位移傳感器，隨著皮帶滾筒的轉動，感應金屬周期性運動，從而按照設計頻次離開-靠近電渦流位移傳感器；離開時輸出高電壓，靠近時輸出低電壓，在檢測電壓信號幅值的同時得出高低電平。通過檢測高低電平跳變時對應的脈沖，并將檢測結果和設定值進行比較，如果檢測結果低于設計值一定幅度，PLC便發出打滑信號。

3 應用實例

山西某選煤廠采用輸煤皮帶系統，輸煤皮帶滾筒直徑630 mm，運輸速度2.0 m/s，按照45°的間隔角度將8 處感應金屬片設置在皮帶滾筒側圓周，金屬片采用長和寬均為50 mm 的鍍鋅扁鋼；電渦流傳感器輸出電壓0～10 V、振蕩頻率100 kHz。當電渦流傳感器探頭與金屬片距離較遠且不相對時，輸出電壓10 V；而當電渦流傳感器與金屬片距離近且相對時，輸出電壓2 V。通過相關計算可知，輸煤皮帶滾筒周長為1980 mm，滾筒轉動一周耗時0.99 s。設置好的8 處感應金屬片將輸煤皮帶分成8 個節段，各節段滾筒弧長248.5 mm，時長0.125 s。據此可以看出，在一個運行周期內，當電渦流傳感器輸出電壓為10 V 和2 V 時，對應的時長分別為0.025 s 和0.099 s。

輸入電渦流傳感器電壓信號后，由電壓檢測模塊所得出的高低電平躍變趨勢見圖2，根據圖2 結果，脈沖信號呈周期性變動，此信號經過PLC 系統計數及與設計值比較后可進行輸煤皮帶打滑程度的判斷。

圖2 多個周期連續脈沖信號

4 結語

在進行輸煤皮帶打滑故障檢測時可以在傳感器側安裝電渦流傳感器，代替常規的接近開關傳感器，在檢測并計算出電壓幅值后提取周期性變動的脈沖信號，為PLC 計數和判斷提供基礎性資料。實際應用結果表明，電渦流位移傳感器在輸煤皮帶打滑檢測方面的應用，能顯著提升檢測結果精度，簡化檢測過程，在儀表、信號處理計數不斷推廣應用的當下，可實現煤礦機械自動化運行及故障檢查處理。