1 料錘接觸式檢測(cè)原理

      堆料機(jī)的物料料位檢測(cè)原采用的是長(zhǎng)短料錘接觸式檢測(cè)裝置，其工作原理是：當(dāng)堆料機(jī)自動(dòng)布料時(shí)，如果長(zhǎng)料錘接觸到物料，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)開(kāi)關(guān)量信號(hào)并送人現(xiàn)場(chǎng)PLC，PLC給堆料機(jī)發(fā)出物料高度已經(jīng)達(dá)到要求并執(zhí)行下一動(dòng)作即旋轉(zhuǎn)3。繼續(xù)堆料的信號(hào)。如果物料碰到短料錘則跳停上游來(lái)料皮帶機(jī)和堆料機(jī) ，并發(fā)出報(bào)警提示。

2 超聲波傳感器原理和選型

2．1 工作原理

      超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的。其探頭主要由外殼、壓電晶片、阻尼塊 、保護(hù)膜 、前置 電路 以及輸出電路等組成 ，在探頭中還加設(shè)溫度補(bǔ)償元件和放大電路，用以補(bǔ)償因環(huán)境溫度改變而導(dǎo)致的信號(hào)偏差，提高測(cè)量精度。超聲波由壓電晶片在電壓的激勵(lì)下發(fā)生振動(dòng)產(chǎn)生的，具有頻率高、波長(zhǎng)短、繞射現(xiàn)象小，特別是方 向性 (束 射性 )好的特點(diǎn) 。

      超聲波探頭中的壓電晶片，既可以發(fā)射超聲波，也可以接收超聲波。當(dāng)電壓作用于壓電晶片時(shí)，就會(huì)隨電壓和頻率的變化產(chǎn)生機(jī)械變形。反之，當(dāng)機(jī)械形變作用于壓電晶片時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)。利用這一 原理 ，當(dāng)給由兩片壓電晶片或一片壓電晶片和一個(gè)金屬片構(gòu)成的振動(dòng)器 ，施加一個(gè)電信號(hào)時(shí)，就會(huì) 因彎曲振動(dòng)發(fā)射出超聲波。相反，當(dāng)給雙壓電晶片元件施 加超聲振動(dòng)時(shí) ，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)。基于以上原理 ， 便可以將壓電晶片用作超聲波傳感器。通過(guò)傳感器和物體間聲波的傳送時(shí)間就可計(jì)算出距離或位置。

2．2 應(yīng)用選型

      在超聲波選型上，經(jīng)多方對(duì)比和咨詢，最終選用德國(guó)倍加福（P+F)公司的型號(hào)為UC6000-30GM-E6R2-V15雙開(kāi)關(guān)點(diǎn)輸出超聲波傳感器 。該傳感器的特點(diǎn)和工作參數(shù)如下：

1)自帶一個(gè)四針的溫度／設(shè)定插頭，分別對(duì)應(yīng)四個(gè)不同的位置插入，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)定方便、迅速。其中A1和A2是設(shè)定開(kāi)關(guān)點(diǎn)，E2／E3是設(shè)定工作模式，T為溫度補(bǔ)償。

2)設(shè)定過(guò)程由傳感器 本體LED燈狀態(tài)顯示。

3)自帶環(huán)境溫度補(bǔ)償功能 。 

4)雙開(kāi)關(guān)點(diǎn)輸出，RS232接口

5)檢測(cè)范圍 ：350～6000mm；換能器頻率 ：65kH； 工作電壓 ：10～30V DC，空載 電流 ≤50mA。

3 方案設(shè)計(jì)和調(diào)試應(yīng)用

3．1 方案設(shè)計(jì)

      基于原設(shè)計(jì)控制原理，即當(dāng)接觸到長(zhǎng)料錘時(shí)輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)信號(hào)到PLC，控制堆料機(jī)旋轉(zhuǎn)3。繼續(xù)堆料， 當(dāng)接觸到短料錘時(shí)輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)信號(hào)到PLC，跳停上游來(lái)料皮帶和堆料機(jī)。因此需找出2個(gè)不同距離的檢測(cè)點(diǎn)替代原長(zhǎng)短料錘的接觸位置，而所選的超聲波 傳感器能夠在350～6000mm之間檢測(cè)，因此在該范圍內(nèi)分別選擇A1、A2兩個(gè)檢測(cè)點(diǎn) ，距探頭0之間的距離OA1、OA2代替原檢測(cè)裝置的長(zhǎng)短料錘 ，設(shè)定OA1=1．2m，OA2=0．8m，當(dāng)傳感器檢測(cè)到A1點(diǎn)時(shí)，對(duì)應(yīng)于A1點(diǎn)的動(dòng)合觸點(diǎn)動(dòng)作，控制堆料機(jī)旋轉(zhuǎn)3。繼續(xù)堆料，當(dāng)檢測(cè)到A2點(diǎn)時(shí)，對(duì)應(yīng)于A2點(diǎn)的動(dòng)合觸點(diǎn)動(dòng)作，跳停上游來(lái)料皮帶和堆料機(jī)。

3．2 調(diào)試應(yīng)用

3．2．1 設(shè)定過(guò)程

1)設(shè)定開(kāi)關(guān)點(diǎn)

      切斷電源；拔下溫度／設(shè)定插頭；再次通 電；將堆料機(jī)大臂固定在石灰石料堆上方約 lm的地方，用手將超聲波傳感器提起到距探測(cè)物 (石灰石 )約1．2m處的位 置 ，此時(shí)指示燈對(duì)應(yīng)狀態(tài)為雙LED綠燈閃爍，且對(duì)應(yīng)LED1黃燈也閃爍，此時(shí)若將溫度／設(shè)定插頭插入至 A1位置 ，則A1點(diǎn)設(shè)定完成；同理將超聲波傳感器下落到距石灰石約 0．8m處的位置進(jìn)行A2點(diǎn)設(shè)定。 最后將溫度／設(shè)定插 頭插在T位置 ，傳感器進(jìn)入正常設(shè)定工作模式。

2)設(shè)定輸出功能

      切斷電源 ；拔下溫度／設(shè)定插頭；再次通電；將溫度／設(shè)定插頭插在E2／E3位置，查看對(duì)應(yīng)LED燈指示狀態(tài)即輸出工作模式 ，若需改變當(dāng)前輸出模式，可通過(guò)多次插拔溫度／設(shè)定插頭在三種工作模式之間循環(huán)切換，這里設(shè)置為開(kāi)關(guān)點(diǎn)模式即雙LED綠燈亮， LED1黃燈閃爍。

最后將溫度／設(shè)定插頭插在T位置，該設(shè)定過(guò)程結(jié)束。傳感器進(jìn)入正常工作模式。

      至此 ，超聲波傳感器設(shè)定過(guò)程完成 ，并將傳感器探頭固定在堆料機(jī)大臂前端。

3．2．2 電氣接線

圖 1 電氣控制原理圖

      從現(xiàn)場(chǎng)控制柜布線到超聲波傳感器，并進(jìn)行柜內(nèi)配線。為了防止堆料機(jī)動(dòng)力電纜出現(xiàn)短路時(shí)再次損壞檢測(cè)裝置，決定從隔離變壓器直接取220V給開(kāi)關(guān)電源供電。由于傳感器調(diào)試時(shí)需要多次斷電，故增加一個(gè)空氣開(kāi)關(guān)方便復(fù)位。其中KA1、KA2兩個(gè)動(dòng)合輔助觸點(diǎn)是送往現(xiàn) 場(chǎng) PLC控制 柜的觸料信號(hào) ，仍然按原長(zhǎng)短料錘信號(hào)對(duì)應(yīng)接線。

4 效果及體會(huì)

      超聲波傳感器安裝投入運(yùn)行， 首先進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)就地自動(dòng)運(yùn)行，該設(shè)計(jì)達(dá)到原工藝控制要求，運(yùn)行正常；后轉(zhuǎn)換為中控自動(dòng)運(yùn)行，工作也一直正常。在調(diào)試過(guò)程當(dāng)中，需要注意以下幾個(gè)問(wèn)題：

1)在設(shè)定開(kāi)關(guān)點(diǎn)l、2時(shí)，每個(gè)開(kāi)關(guān)點(diǎn)設(shè)定結(jié)束后須將溫度／設(shè)定插頭插入T位置以確定該開(kāi)關(guān)點(diǎn)進(jìn)入正常工作模式 。

2)若不保存當(dāng)前設(shè)定和切換設(shè)定功能時(shí)須斷電、 拔掉插頭后重啟 。

3)在設(shè)定好所需輸出模式后，在5min內(nèi)要將溫度／設(shè)定插頭插入T位置，否則將失去溫度補(bǔ)償功能。

4)如果不需要同步功能，要將同步輸入端接地 (ov)。     

5)探頭安裝位置應(yīng)盡量避免有較大石塊散落，以 防止誤動(dòng)作。