現代過程安裝中的閥門位置檢測

在過程工業(yè)中，閥門和驅動器一貫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(yè)標準對于技術的發(fā)展利弊共存。一方面，它限制了創(chuàng)造性，但另一方面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(guī)定了氣動驅動器機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50毫米。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

術語“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(zhí)行器通過它實現機械連接。該解決方案旨在避免傳感器暴露在周邊環(huán)境中或受到影響，同時能夠使用標準傳感器。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40毫米 ；
● 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。

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(guī)定了自動閥或手動閥上的雙傳感器安裝（見圖1）。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。

圖1、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度垂直安裝于“圓盤”上的不銹鋼目標觸發(fā)。圓盤本身通過一個螺絲釘安裝在執(zhí)行器上。

除了體積小巧，組裝簡單，還可發(fā)現以下優(yōu)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(zhí)行器。唯一需要做出的選擇是安裝模式，例如：30×80或30×130（見圖2）
● 不銹鋼的目標物已經設計在圓盤上。（見圖1）。
● 4個LED等表明該傳感器的輸出情況，電源有無和電磁閥輸出狀態(tài)。
● 雙傳感器的檢測區(qū)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。

圖2、兩個開關元件（圓盤）可以適應多種不同的氣動執(zhí)行器。

電感式傳感器與機械開關

在工業(yè)的所有領域中，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(yōu)勢十分明顯：

● 全固態(tài)，因此無磨損或誤差修改；
● 快速輸出開關狀態(tài)；
● 磁滯和重復性可以比機械設備更多得進行電子定義；
● 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L ED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，是由于價格的低廉，同時也因為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(yōu)勢。

用于閥位檢測的傳感器

選擇正確的傳感器可按以下5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(yōu)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(fā)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(jié)著工作過程（交流，直流，Namu r等）。極為重要的一點是該系統是否在爆炸地區(qū)使用。請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(huán)境（區(qū)域0，1和2）?？蓪崿F斷線及短路監(jiān)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。

第3步：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?；瘜W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(yōu)勢就在于執(zhí)行器只需要一根電纜連接。

步驟5：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(huán)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(guī)格來確認，保證在靜態(tài)電流（干擾）、沖擊和振動最大值的允許范圍內。

未來的發(fā)展

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

開關盒和執(zhí)行器的生產商當然希望加入。許多這樣的制造商已經與傳感器制造商協商開發(fā)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，也可以看到使用帶有Profibus或基金會現場總線接口的電氣執(zhí)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(yōu)勢，特別是帶AS-i的現場總線組合（如Profibus）十分多見。

本文的結論

人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的大量混合存在著。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。

傳感器公司的持續(xù)發(fā)展和創(chuàng)新使得大量傳感器的混合存在，以便裝配于各種開關盒中。

在某些行業(yè)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?，F在由于開放式解決方案的尺寸和成本的優(yōu)勢，在手動閥上裝配位置反饋也變得更有吸引力。