閥門位置檢測——電感式傳感器將取代機械開關|資料

　　編者語：在流程工業中，閥門和驅動器用于液體流動的控制和轉移。越來越多的工廠工程師希望在控制系統中得到閥門、龍頭及驅動器當下位置的反饋信號。通常這種信號由內置于開關盒中的接近傳感器，或直接安裝在驅動器或手動閥門上的雙傳感器來獲取。本文深入探討在現場和市場新趨勢中應用的傳感器類型。

　　標準化現狀

　　行業標準對于技術的發展而言利弊共存。一方面，它限制了創造性，但另一方面他們又確保了不同制造商的設備具備兼容性。VDE / VDI3845標準要求了諸多事項后，規定了氣動驅動器與所連接設備之間的重要機械連接。該標準包括了對安裝孔的定義：30×80mm和30×130mm。安裝桿的高度為20、30和50mm。對于安裝桿直徑，則沒有固定的標準，所以在雙傳感器的應用中，用戶必須特別注意。

　　開關盒

　　“開關盒”通常描述在一個封閉盒中傳感器、凸輪和連接器的集成。傳感器和氣動執行器通過它實現機械連接。該解決方案旨在避免傳感器在周邊環境中的暴露或受到影響，同時能夠使用標準傳感器（見上圖）。在這些標準開關盒中，典型內置以下傳感器：

　　圓柱型傳感器，典型長度為40mm；

　　槽形傳感器；

　　矩形V3風格傳感器（類似于微動開關）；

　　雙傳感器，結構緊湊置于一個盒中；

　　印刷電路板解決方案。

　　開關盒被用作終端設備來連接閥位傳感器和電磁閥。編碼的連接器以及必要的LED指示燈已經置于電路板上。電路板的尺寸適合大多數標準盒子。

　　開放式解決方案

　　“開放式解決方案”規定了自動閥或手動閥上的雙傳感器安裝。兩個電感式傳感器疊加安裝于一個外殼中，精確顯示了閥門的開關位置。

　　該系統的設計考慮了VDE / VDI 3845標準。這些傳感器由兩個90°垂直安裝于“圓盤”上的不銹鋼目標觸發。圓盤本身通過一個螺絲釘安裝在執行器上。

　　除了體積小巧，組裝簡單，我們還發現以下優點：

　　傳感器外殼上的圓形安裝孔（非槽形）可避免由于錯誤的安裝距離或運動而導致的碰撞或震動引起的維修。

　　兩個開關元件（圓盤）可以適應多種不同的氣動執行器。惟一需要做出的選擇是安裝模式，例如： 30×80mm或30×130mm。

　　不銹鋼的目標物已經設計在圓盤上。

　　4個LED燈表明該傳感器的輸出情況，電源有無和電磁閥輸出狀態。

　　雙傳感器的檢測區域足夠狹窄，因而不會產生擠壓點導致操作人員受傷，或冰塊、灰塵形成的堵塞。

　　電磁閥的接線，可經過傳感器進行布線，現場無需單獨電纜。

　　電感式傳感器與機械開關

　　在所有的工業領域中，機械開關曾經一度是各種控制問題的方案首選，而如今的方法已今非昔比，傳感器毋庸置疑為首選。因為傳感器的工作速度和可靠性的優勢十分明顯：

　　全固態，因此無磨損或誤差修改；

　　快速輸出開關狀態；

　　磁滯和重復性可以比機械設備更多的進行電子定義；

　　無焊接或輸出端腐蝕；

　　很少或根本不受堵塞或濕度的影響；

　　無觸點抖動（輸出回波）；

　　大多數傳感器切換時有LED顯示。使得維護和調試更簡單，快捷。

　　通常，一個電感式傳感器的平均壽命大大超過機械開關。事實上，過去很多機械開關都用于閥門反饋是由于低廉的價格，同時也因為我們在使用開關時極性問題不需要考慮。通過現代技術，倍加福已經成功地將傳感器推向市場，消除了機械式開關僅有的一點優勢。

　　用于閥位檢測的傳感器

　　選擇正確的傳感器可按以下4個簡單步驟實現：

　　步驟1：開關盒或還是開放式解決方案？

　　權衡上述優勢與缺點，做出選擇。您可能需要開關盒的保護，或開放式解決方案的簡單便捷。大多數閥門供應商都會提供兩種解決方案。你會發現開關盒的體積和重量都各異，數量與種類也大相徑庭。

　　步驟2：電氣定義傳感器的終端，傳感器所連接的控制系統調節著工作過程（交流，直流，Namur等）。極為重要的一點是該系統是否在易燃易爆區域使用。我們看以下的電氣連接類型。

　　直流三線傳感器。這些傳感器在兩條供電線路外還有一條單獨的線路。第三條線路連接到PLC輸入卡或控制系統上的輸出端。

　　直流兩線傳感器。在這里，負載與傳感器串聯。許多傳感器都具備極性容差，即無需再關心接線的極性。因此，它與連接正常的機械開關一樣簡單。實際應用這類傳感器，您一定要注意電路的漏電流及傳感器的電壓降。

　　帶有常開（NO）和/或常閉輸出的交流傳感器。在這里，負載與傳感器串聯。

　　交直流兩線通用傳感器。該傳感器與負載串聯。無論交流電壓或直流電壓均可連接。

　　兩線Namur傳感器，與相關本安產品一起，用于防爆環境（區域0，1和2）。可實現斷線及短路監測。

　　兩線故障安全傳感器。按兩線Namur傳感器標準，但是使用滿足安全級別的隔離柵，可以達到SIL3 安全等級。

　　步驟3：連接的可能性

　　連接方式取決于最終用戶。例如，帶電纜的密封管或插頭。化學和制藥領域傾向于選擇電纜連接，通過電纜密封管進入盒子或傳感器。

　　步驟4：電磁閥操作

　　與開關盒一樣，使用雙傳感器也可以經過傳感器進行電磁閥的布線，其優勢就在于執行器只需要一根電纜連接。

　　最后，您必須確認傳感器的諸多特性以確保傳感器在應用中完美運行。

　　類似的例子便是漏電流、電壓降，周圍環境，最大輸出電流和工作電壓。 如果可能，您可以通過選定傳感器的規格來確認，保證在靜態電流（干擾）沖擊和振動最大值的允許范圍內。

　　未來的發展

　　由于安裝過程經常要適應最新的技術發展，以提高工作效率和穩定性，各種總線系統開始進入市場。

　　開關盒和執行器的生產商當然希望加入。我們看到許多這樣的制造商已經與傳感器制造商協商開發出了這些總線系統的接口。帶AS-i的開關盒便是一個很好的例子，因為這種總線系統特別適合數字信息。如果最終用戶希望使用標準傳感器，便需要合適的現場安裝模塊，如AS-interface，Profibus PA或基金會現場總線。

　　另一方面，我們也看到使用帶有Profibus或基金會現場總線接口的電氣執行器和定位系統。顯然越來越多的公司意識到總線系統的優勢，特別是帶AS-i的現場總線組合（如Profibus）十分多見。

　　結論：我們越來越多感受到電感式傳感器取代機械開關的趨勢。在某些市場，60%~70%裝有電感式開關的開關盒已取代了機械式開關。閥位檢測的標準化還有一段路要走。這是因為原來開關盒設計的起點中機械裝配和開關技術大量混合存在著。更常見的是，最終用戶也經常要求提供更為可靠的解決方案，著眼于開關盒的長期回報。

　　在某些行業領域中，開放式解決方案是一個明顯的趨勢，因為它的價格很接近于機械接觸的開關盒方案。現在由于開放式解決方案的尺寸和成本的優勢，在手動閥上裝配位置反饋也變得更有吸引力。

本文關鍵詞：閥門　傳感器