应用电涡流位移传感器检测输煤皮带打滑的研究

冯 帅

（山西西山煤电股份有限公司镇城底矿选煤厂运销科，山西 古交 030203）

1 输煤皮带打滑保护装置作用机理

1.1 接触式皮带打滑保护装置

根据设计，接触式皮带打滑保护装置包括内部电路、滚轮、接线盒、外壳等部分，电源通常采用220 V交流电源并固定在输煤皮带下方，打滑保护装置滚轮必须与皮带密接，滚轮在皮带的带动下转动，具体转速通过芯片及内部电路检测。通过比较保护装置滚轮实际转速与预设滚轮转速，只要滚轮实际转速比预设转速一定比例低，则必然发出皮带打滑信号，进而倒逼输煤皮带停机，实现打滑保护功能。值得注意的是，在最初启动输煤皮带电机时，皮带实际转速不会立即达到额定运行速度，故必须设定5～20 s 延时[1]。

该保护装置在输煤皮带空载及重载运行情况下载重不同，故皮带打滑保护装置滚轮和皮带的接触程度也不尽相同，滚轮和皮带之间本身也存在一定的打滑可能，测量准确性并非100%。在皮带打滑保护装置滚轮与皮带长时间接触的过程中，必将引发滚轮与皮带双机械损伤，导致滚轮松动、脱落及皮带跑偏、断裂。由于结构方面的劣势，接触式皮带打滑保护装置无法处于完全密封状态，且其实际安装位置较为靠下，在打扫和冲洗时很容易受到水、灰尘等的污染。

1.2 非接触式皮带打滑保护装置

此类输煤皮带打滑保护装置通常和接近开关配合使用，接近开关属于依照电涡流原理设计运行的位置开关，一旦待检测金属物体与探头的距离小于某一设定值，则接近开关动作并发出接近信号；相反，一旦两者实际距离超出设定值，则接近开关再次动作并发出远离信号。总之，接近开关不会接触待检测物体，也不存在机械损伤风险。

接近开关非接触式皮带打滑保护装置安装时，将感应金属焊接在皮带滚筒侧圆周内，再将接近开关安装在皮带滚筒下侧，确保皮带滚筒转动的同时感应金属能在6～10 mm 的范围内对接接近开关。具体安装情况详见图1。接近开关安装好进行皮带打滑保护检测时主要采用两种方式：一是接近开关连续动作与PLC 计数运算相结合，在这种方式下，接近开关继电器在感应金属经过时动作，并在皮带正常运转时连续动作，PLC 同时计数。固定时间内接近开关动作频次可根据皮带具体参数计算，将计算结果与同时段PLC计数进行比较，如果出现误差，则可判定为皮带打滑，PLC 便向皮带电机配电柜发送停车指令。二是接近开关内置感应芯片。这种方式下可采用Tamsey60-23P型打滑开关，并将此型号开关和接近开关、PLC 计数电路、芯片共同布设在铁盒内密封，供电形式采用220 V 交流电源。在输煤皮带打滑发生后，计数电路所接收到的脉冲实际值将低于设定值，此种情况下芯片发送相应的指令，总信号便将相应的操作指令发送至控制系统。

图1 非接触式皮带打滑保护装置的安装

接近开关非接触式皮带打滑保护装置能有效避免保护装置滚轮和皮带发生机械损伤，但是保护装置价格高，缺乏经济适用性。

2 电涡流位移传感器的应用

2.1 电涡流位移传感器

该传感器以感应涡流原理为设计依据，能在设计范围内测量距离、位移等参数的微小变化；在待测金属物与探头距离小于设计值时，传感器会输出不同频率电压，根据电压的对照便可推算出位移量。电涡流传感器探头内置线圈，作用机理及过程与接近开关类似；由振荡电路、放大器和电压检测电路所构成的前置器一般按照盒式密封设计，由前置器引出电源负、电源正、输出负、输出正、接地GND 五个接线端。当工作开始后，前置器内部振荡电路将释放高频振荡电流，经过连接电缆后输入探头内置线圈，随即在探头处生成高频磁场，一旦感应到待测金属物体，待测金属物体便相应产生涡流及再生性涡流磁场，但磁力线方向恰好与探头线圈方向相反，达到改变探头阻抗及振荡电压的目的[2]。

电涡流传感器作用过程主要受到探头和待测金属物距离、探头线圈直径、磁导率、电导率及振荡频率等诸多参数的影响[3]，其中以分辨率和探头直径影响最大。米郎ML-33 型电涡流传感器基本性能参数详见表1。根据表1 中所示结果，随着探头直径的增大，量程和线性误差增大，但分辨率降低。

表1 电涡流传感器性能参数

2.2 输煤皮带打滑检测

将感应金属设置在皮带滚筒侧，并将接近开关换成电涡流位移传感器，随着皮带滚筒的转动，感应金属周期性运动，从而按照设计频次离开-靠近电涡流位移传感器；离开时输出高电压，靠近时输出低电压，在检测电压信号幅值的同时得出高低电平。通过检测高低电平跳变时对应的脉冲，并将检测结果和设定值进行比较，如果检测结果低于设计值一定幅度，PLC便发出打滑信号。

3 应用实例

山西某选煤厂采用输煤皮带系统，输煤皮带滚筒直径630 mm，运输速度2.0 m/s，按照45°的间隔角度将8 处感应金属片设置在皮带滚筒侧圆周，金属片采用长和宽均为50 mm 的镀锌扁钢；电涡流传感器输出电压0～10 V、振荡频率100 kHz。当电涡流传感器探头与金属片距离较远且不相对时，输出电压10 V；而当电涡流传感器与金属片距离近且相对时，输出电压2 V。通过相关计算可知，输煤皮带滚筒周长为1980 mm，滚筒转动一周耗时0.99 s。设置好的8 处感应金属片将输煤皮带分成8 个节段，各节段滚筒弧长248.5 mm，时长0.125 s。据此可以看出，在一个运行周期内，当电涡流传感器输出电压为10 V 和2 V 时，对应的时长分别为0.025 s 和0.099 s。

输入电涡流传感器电压信号后，由电压检测模块所得出的高低电平跃变趋势见图2，根据图2 结果，脉冲信号呈周期性变动，此信号经过PLC 系统计数及与设计值比较后可进行输煤皮带打滑程度的判断。

图2 多个周期连续脉冲信号

4 结语

在进行输煤皮带打滑故障检测时可以在传感器侧安装电涡流传感器，代替常规的接近开关传感器，在检测并计算出电压幅值后提取周期性变动的脉冲信号，为PLC 计数和判断提供基础性资料。实际应用结果表明，电涡流位移传感器在输煤皮带打滑检测方面的应用，能显著提升检测结果精度，简化检测过程，在仪表、信号处理计数不断推广应用的当下，可实现煤矿机械自动化运行及故障检查处理。