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，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。高頻振蕩電路經過放大電路處理成的開關量信號，直接送到PLC的數字量輸入模塊中，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，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。

（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。