接近开关在三峡船闸的应用

程勇 延芳超 黎攀

摘 要：接近开关又称无触点行程开关，它是在船闸闸、阀门设备上广泛应用的传感设备。起闸、阀门位置检测和位置保护等作用。本文主要根据三峡船闸使用环境和功能需求，介绍接近开关选型要点及其在三峡船闸的应用情况。通过接近开关的分类及选型介绍，结合船闸实际使用特点，总结其在船闸的应用实践，以期能对船闸行业接近开关运用有一定借鉴。

关键词：三峡船闸;接近开关;阀门;选型

中图分类号：U641            文献标识码：A            文章编号：1006—7973（2019）08-0023-03

1 接近开关在三峡船闸的应用环境

1.1通过应用功能需求分类介绍

接近开关在三峡船闸闸阀门的运用中，主要有两种功能表现，分别为位置检测和位置保护。

（1）位置检测。三峡船闸闸阀门是由PLC控制的。通常情况下，闸阀门的动作位置均有开终关终，阀门还有下滑位以及检修位。只有PLC收到位置信号后，它才能控制闸阀门的停止与动作。

（2）位置保护。为避免人字门门缝错位过大，三峡船闸加入了合拢检测保护。当人字门合拢状态不佳，则会触发合拢保护开关信号，船闸进入合拢保护工艺。

1.2应用环境要求

（1）阀门水下环境。三峡船闸输水阀门一直处于水下动作，所以阀门的接近开关也长期处于水下状态。在阀门的开、关过程中，也会产生湍急的水流，对开关也会产生冲击。

（2）闸门门体上环境。三峡船闸人字闸门长期在露天环境风吹日晒，这样人字门的接近开关就会经常处于高温、潮湿等外部环境中工作。而在人字门动作的过程中，门体的震动也会给开关带来一定的影响。

闸阀门运行需要精确的传感信号，再加上外部恶劣的环境，闸阀门的接近开关必须具备抗干扰、抗高温高压等良好性能以及高级别的防护等级。

2 接近开关的选型要点

2.1接近开关主要原理和类型介绍

接近开关是一种不经过接觸电气设备而可以动作的限位开关。如果物体在开关的感应距离之内时，那么开关在没有施加任何压力的情况下而触发动作，并将开关量信号传递到PLC中来控制电气设备的运行。接近开关的动作性能稳定可靠，响应频率快，抗干扰能力强，使用寿命长，同时也具有防水、防震、耐腐蚀等特点。

由于接近开关的安装方式、输出信号方式、感应原理等不同，所以接近开关的一般分类方法会有很多种。常用的分类方法为按感应原理分类，主要有电感式、电容式、霍尔式等。

（1）电感式的接近开关。电感式的接近开关主要有电感线圈、电容以及晶体管等电气元器件组成的振荡电路。在通电情况下，接近开关在电流的作用下产生交变磁场。如果金属物体靠近接近开关的感应面时，那么接近开关将会产生交变磁场，金属物体产生涡流，从而导致振荡回路断开。高频振荡电路经过放大电路处理成的开关量信号，直接送到PLC的数字量输入模块中，触发驱动控制器件，从而达到非接触式检测功能。工作流程如图1所示。

（2）电容式的接近开关。电容式的接近开关主要由高频振荡器和放大器等两部分组成。接近开关的检测面和大地之间形成的电容器，是直接参与到振荡回路中工作。如果有检测物体接近传感器检测面时，那么振荡回路中的电容量立刻发生变化，从而直接促成振荡器发生振荡。振荡电路的振荡和停振这两个状态转换成的电信号，直接通过放大器进行信号处理，然后再转换成二进制的开关量信号。工作原理图如图2所示。

（3）霍尔接近开关。当一块通有电流的金属薄片垂直地放在磁场中时，薄片的两端就会产生电位差，这就是霍尔效应。两端具有的电位差值就是霍尔电势U，它的表达式为U=K﹒B/d﹒I，其中K为霍尔系数，B为磁场的磁感应强度，d为薄片的厚度，I为薄片中通过的电流。

2.2接近开关的选型原则与要求

在接近开关的选用与安装中，开关的检测距离和设定距离、工作环境等是我们考虑的必要因素。

（1）检测距离：是指当检测体按某种平行方式移动时，从开关动作到开关瞬间不动作时测得的空间距离。

（2）设定距离：是指接近开关在工作中的设定距离。被测物体与接近开关之间的安装距离一般均小于额定动作距离，这样才能保证开关的工作性能可靠。实际工作中，我们在安装后还会通过调试，找到开关最佳的设定距离，才会将开关紧固。

（3）接近开关的安装方式：一般有齐平式和非齐平式两种安装方式，如下图3、4所示。

齐平式安装：齐平式安装又称埋入式安装，它的外观直接表现是接近开关的表面是和安装的金属物体是在同一表面上，这样开关就不容易被碰坏，但是这种安装方式将会导致开关的灵敏度很低。

非齐平式安装：非齐平式安装又称非埋入式安装，外观表现是接近开关的感应头再安装支架上露出一定高度，这样有效提高了开关的灵敏度，但是极易造成开关的碰擦。

（4）响应频率：是指接近开关在1秒内闭合与断开的最大次数。

（5）输出形式：NPN型和PNP型的输出形式。为了接近开关在工作使用中具有高效的性能，我们应该根据检测物和检测距离的需求，对比选用不同类型的接近式传感器。在选型中我们应遵循以下两条原则：①涡流式接近开关和电容式接近开关是一般工业生产环境中的最佳选择，主要是因为工厂生产环境对接近开关的要求很低，并且开关的性能也比较高效。如果检测物体是金属物体时，一般就选用电感式接近开关，因为这种开关的性价比高。不仅价格比较低，而且抗干扰性强，响应频率高。②电容式接近开关一般是用在被检查对象为为金属的物体，比如木材，玻璃等。虽然这种开关的响应频率低，但是其稳定性非常好。