石光，劉箴，趙賀楠

微脈沖位移傳感器在TRM型輥磨上的應(yīng)用

石光，劉箴，趙賀楠

在操作立式輥磨時(shí)，料層厚度是一個(gè)非常重要的工藝參數(shù)指標(biāo)。中材裝備集團(tuán)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(cè)量，取得了非常理想的應(yīng)用效果。本文根據(jù)微脈沖位移傳感器的特點(diǎn)，對(duì)該傳感器儀表在TRM型輥磨中的應(yīng)用進(jìn)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(jī)架上裝設(shè)有機(jī)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(dòng)角度反映了磨輥的位置，可通過接近開關(guān)檢測(cè)搖臂的擺動(dòng)。在正常運(yùn)轉(zhuǎn)中，主要依靠該裝置對(duì)磨輥位置進(jìn)行限制，每組限位裝置設(shè)有上限與下限兩個(gè)接近開關(guān)。接近開關(guān)的上限位是控制磨輥在啟動(dòng)時(shí)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(yùn)轉(zhuǎn)中磨輥接觸到相應(yīng)的接近開關(guān)時(shí)，則發(fā)出相應(yīng)的位置信號(hào)。通過搖臂上的標(biāo)尺可顯示磨內(nèi)料層的厚度，但難以實(shí)現(xiàn)對(duì)磨內(nèi)料層厚度精確的測(cè)量，指針的零位在研磨體部件磨損后也必須重新進(jìn)行調(diào)節(jié)，這些因素都導(dǎo)致了無法滿足實(shí)時(shí)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(cè)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(jī)械結(jié)構(gòu)精良、防護(hù)等級(jí)高、安裝便捷、可檢測(cè)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(jì)、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(dǎo)管、定位磁塊組成。檢測(cè)元件由鋁制擠壓型材保護(hù)，檢測(cè)元件（波導(dǎo)管）無須提供電源。電子部分和波導(dǎo)管組成一體，定位磁塊安裝在磨機(jī)搖臂上。電子部分用于脈沖信號(hào)的發(fā)送和接收，以及信號(hào)的處理和輸出，波導(dǎo)管為脈沖信號(hào)的傳送介質(zhì)，磁環(huán)用于脈沖信號(hào)的反射。工作時(shí)，電子部分和波導(dǎo)管保持靜止?fàn)顟B(tài)，定位磁塊隨磨輥搖臂移動(dòng)，由于電子部分和定位磁塊的位置發(fā)生變化，脈沖信號(hào)發(fā)送和反射產(chǎn)生的延時(shí)也隨之發(fā)生變化，根據(jù)不同的延時(shí)換算得到位移的變化量。在微脈沖位移傳感器的有效檢測(cè)行程內(nèi)，傳感器輸出信號(hào)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(hào)：4～20mA/0～10V DC（3）測(cè)量范圍：200～2 000mm

（4）最小檢測(cè)目標(biāo)：100mm×100mm

（5）專用連接電纜：3m

注：如果負(fù)荷電阻＞1kΩ，微脈沖位移傳感器缺省為電壓輸出；反之，如果負(fù)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(shí)，將位移檢測(cè)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(jī)螺帽固定后裝好保護(hù)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(hào)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(hào)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(hù)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(dǎo)管中心距保持在8～15mm。

3.1.2傳感器使用注意事項(xiàng)

（1）在正常的環(huán)境條件下，氣流和氣壓的變化對(duì)微脈沖位移傳感器的工作影響很小，但當(dāng)氣流和氣壓變化較大時(shí)，會(huì)使微脈沖位移傳感器產(chǎn)生測(cè)量誤差。因此，空壓機(jī)和動(dòng)力風(fēng)機(jī)等設(shè)備應(yīng)遠(yuǎn)離微脈沖位移傳感器工作區(qū)域，以減少其強(qiáng)氣壓氣流對(duì)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(hào)電纜距離變頻器電源輸出電纜和強(qiáng)電壓電纜很近，就會(huì)對(duì)料層厚度信號(hào)產(chǎn)生干涉，使料層厚度顯示值波動(dòng)變化異常。因此在敷設(shè)微脈沖位移傳感器信號(hào)電纜時(shí)，一定要遵守電氣規(guī)范，且要遠(yuǎn)離變頻器電源輸出電纜和強(qiáng)電壓電纜等至少30cm。

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

（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(fù)。

3.2傳感器接線方法

（1）輸出信號(hào)

針腳編號(hào)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(hào)線纜顏色針腳功能

6藍(lán)色GND

7綜色+24V

當(dāng)布置傳感器、控制器和電源之間的電纜時(shí)，請(qǐng)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(duì)于其他線纜，屏蔽只能提供有限的保護(hù)。電纜長度最長為20m，直徑φ6～8mm。在施工現(xiàn)場(chǎng)、屏蔽和高速旋轉(zhuǎn)等室外噪聲場(chǎng)合使用較長的電纜也不影響其信號(hào)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(hù)。傳感器控制端不用的導(dǎo)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(dǎo)線接線示意圖

圖5　最小平方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸分析

表1　標(biāo)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(biāo)定工作的設(shè)定

磨輥搖臂的聯(lián)動(dòng)位置決定了磨輥與磨盤之間的距離，即立式輥磨運(yùn)行時(shí)料層厚度（Y），Y與傳感器輸出信號(hào)（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(gè)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(fù)雜，對(duì)PLC計(jì)算器的要求也很高，且其中任何一個(gè)參數(shù)的細(xì)小誤差，對(duì)計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性影響都較大。因此采用理論公式計(jì)算料層厚度的方法并不實(shí)用，無法有效消除機(jī)械制造及安裝所造成的誤差。

在實(shí)際操作中，我們采取現(xiàn)場(chǎng)磨輥預(yù)置位置值的反饋信號(hào)進(jìn)行實(shí)測(cè)的方法，結(jié)合最小平方法對(duì)所實(shí)測(cè)反饋值進(jìn)行線性回歸分析，從而將上述兩個(gè)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(shí)踐證明，這種方法能有效地消除誤差，保證結(jié)果的準(zhǔn)確性（如圖5所示）。

3.3.2標(biāo)定的操作步驟及數(shù)據(jù)采集方法

標(biāo)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（通常現(xiàn)場(chǎng)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(shí)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(jìn)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(jì)算工具可以導(dǎo)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(duì)應(yīng)的料層厚度為-252～608mm。最后，在中控室通過DCS上位機(jī)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(biāo)定調(diào)試中對(duì)所得樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸分析。微脈沖位移傳感器在TRMS43.4礦渣磨上應(yīng)用以來，料層厚度精度在±2.5mm以內(nèi)，具有測(cè)量精度高、重復(fù)性好、穩(wěn)定可靠、安裝方便、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。通過正確安裝、調(diào)試和標(biāo)定位移傳感器，可以精確顯示輥磨運(yùn)行生產(chǎn)中磨內(nèi)料層厚度，進(jìn)而確定輥磨操作壓力、循環(huán)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)和選粉機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)等關(guān)鍵參數(shù)，從而保證輥磨正常運(yùn)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(yùn)行［J］.水泥，2008.

［3］李明湘.微脈沖位移傳感器在HC冷軋機(jī)上的應(yīng)用［J］.自動(dòng)化應(yīng)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(tuán)有限公司，天津300400；2015-12-28；編輯：呂光