开关量信号隔离器在水泥厂的应用

摘要：在水泥厂生产过程中，需要皮带与提升机进行运输物料，回转下料器进行投放物料。其中涉及大量电动机相关的机械运动，对这些机械运动状态进行检测，可以及时发现问题避免造成事故。针对机械位置检测，通常使用接近开关完成。接近开关输出的信号是湿接点信号，并且具有一定的开关频率。通常情况下接近开关直接连接控制器，但是在诸如水泥厂、钢铁厂、化工厂之类的工业场景，设备较多造成电磁环境复杂，信号容易受到干扰影响监测质量。在接近开关与控制器之间加装信号隔离器，可以有效过滤大多数干扰信号，保证整个系统的稳定性。

关键词：信号隔离器；接近开关；电动机；信号干扰

0、概述

接近开关分为电容式接近开关与电感式接近开关。其中电感式接近开关的主要工作原理是内部产生高频变磁场，磁场经由感应面释放。当金属物体接近感应面时，会产生漩涡电流，检测到该信号，接近开关会把它转换成开关量信号输出。控制器可以通过接近开关输出的周期性开关信号，换算出对应物体的速度。根据上述功能与应用，水泥厂在生产工艺中，将接近开关安装在皮带与提升机尾轮中监测对应的速度，避免出现打滑的情况。将接近开关安装回转下料器中，检测速度可以避免其机械结构卡死导致电动机烧毁情况，由此可见速度监测在这些场景中有较为重要的作用。在许多工业场景中，例如：水泥厂、钢铁厂、化工厂等等。现场环境复杂，干扰源众多，影响信号传输质量，甚至造成相关设备损坏。使用信号隔离器可以有效避免上述风险，保障系统稳定运行。

1、NAMUR型接近开关

NAMUR型接近开关是一种常见的无源两线制传感器，需要外部给其提供8V DC的电压才能正常工作，回路电流≤1.2mA认为开关断开，电流≥2.1mA则认为开关闭合。因为NAMUR型接近开关的特性，不方便将其直接接入控制器中，需要在其与控制器之间安装信号隔离器，信号隔离器可以将NAMUR信号转换成继电器或者晶体管信号给控制器，完成信号连接。NAMUR型接近开关的至大开关频率通常可达到2000Hz，可以在某些场景中进行速度监测。机械式继电器的开关频率远远达不到上述需求并满足相关应用，所以需要选择晶体管输出的信号隔离器，晶体管的开关频率可以满足相应的需求。

接近开关测量转速示意图

在转轮上设置一个金属物体，可以被NAMUR型接近开关感应到。接近开关完成一个开关周期，等于转轮转过一个周期，通过这个周期就可以计算出转轮的速度。转轮的速度越快，接近开关的开关频率越高，也就需要匹配其频率的信号隔离器。频率高的信号受到干扰，不能简单在端口增加滤波电路，因为滤波电路可能会将正常的开关频率信号当作干扰信号过滤掉。如何保证上述信号可以准确传输，是一个重要的关注点。

2、常用解决方法

电磁干扰信号通过传感器的外接信号线耦合到正常信号上，导致后端控制器接收到异常信号，造成控制器采集数据错误，甚至有损坏设备的风险。 在传感器与控制器之间安装信号隔离器，可以有效解决上述问题。                          

 信号隔离器接入图

开关量输入信号隔离器通过光耦隔离的方式将传感器的输出信号经过隔离传输到控制器。传感器与控制器之间形成电气隔离，分别形成两个独立回路。若出现异常危险大能量信号，不能直接通过线缆到达控制器，保护控制器免受危险信号的影响。同时切断了接地环路，避免接地环路拾取环境中各种干扰信号，影响信号的传输质量。

3、BM100开关量输入信号隔离器

3.1概述

BM100开关量输入信号晶体管输出信号隔离器。接收干接点或NAMUR型接近开关信号，接收信号频率≤5KHz，可以接收高频信号。输出晶体管(湿接点信号)。晶体管外接电阻性负载，驱动电流至大40mA，不建议用于驱动设备供电。产品顶部有拨码开关，可以根据需求令输入与输出同向逻辑或者是反向逻辑。同时具有故障检测功能，检测输入的回路是否存在短路或断路的情况。(NAMUR型接近开关信号可以直接使用，干接点信号需要在输入端外接电阻实现)

   BM100开关量输入晶体管输出信号隔离器接线图

 BM100系列开关量输入信号隔离器外观图

开关量输入晶体管输出信号隔离器，通常使用在对开关频率要求高，负载要求低的场景。其可以有效过滤大多数干扰信号，并保护相关设备不受危险大能量信号的损害。输入支持干接点或NAMUR型接近开关信号，顶部有拨码开关支持手动调整输入与输出同向或反向以及输入端电路是否进行短路或断路检测。客户可以根据自身实际使用情况，进行选型与配置，保护相关系统正常稳定的运行。