1 料錘接觸式檢測原理

      堆料機的物料料位檢測原采用的是長短料錘接觸式檢測裝置，其工作原理是：當堆料機自動布料時，如果長料錘接觸到物料，會產生一個開關量信號并送人現場PLC，PLC給堆料機發出物料高度已經達到要求并執行下一動作即旋轉3。繼續堆料的信號。如果物料碰到短料錘則跳停上游來料皮帶機和堆料機 ，并發出報警提示。

2 超聲波傳感器原理和選型

2．1 工作原理

      超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的。其探頭主要由外殼、壓電晶片、阻尼塊 、保護膜 、前置 電路 以及輸出電路等組成 ，在探頭中還加設溫度補償元件和放大電路，用以補償因環境溫度改變而導致的信號偏差，提高測量精度。超聲波由壓電晶片在電壓的激勵下發生振動產生的，具有頻率高、波長短、繞射現象小，特別是方 向性 (束 射性 )好的特點 。

      超聲波探頭中的壓電晶片，既可以發射超聲波，也可以接收超聲波。當電壓作用于壓電晶片時，就會隨電壓和頻率的變化產生機械變形。反之，當機械形變作用于壓電晶片時，則會產生一個電信號。利用這一 原理 ，當給由兩片壓電晶片或一片壓電晶片和一個金屬片構成的振動器 ，施加一個電信號時，就會 因彎曲振動發射出超聲波。相反，當給雙壓電晶片元件施 加超聲振動時 ，就會產生一個電信號。基于以上原理 ， 便可以將壓電晶片用作超聲波傳感器。通過傳感器和物體間聲波的傳送時間就可計算出距離或位置。

2．2 應用選型

      在超聲波選型上，經多方對比和咨詢，最終選用德國倍加福（P+F)公司的型號為UC6000-30GM-E6R2-V15雙開關點輸出超聲波傳感器 。該傳感器的特點和工作參數如下：

1)自帶一個四針的溫度／設定插頭，分別對應四個不同的位置插入，現場設定方便、迅速。其中A1和A2是設定開關點，E2／E3是設定工作模式，T為溫度補償。

2)設定過程由傳感器 本體LED燈狀態顯示。

3)自帶環境溫度補償功能 。 

4)雙開關點輸出，RS232接口

5)檢測范圍 ：350～6000mm；換能器頻率 ：65kH； 工作電壓 ：10～30V DC，空載 電流 ≤50mA。

3 方案設計和調試應用

3．1 方案設計

      基于原設計控制原理，即當接觸到長料錘時輸出一個開關信號到PLC，控制堆料機旋轉3。繼續堆料， 當接觸到短料錘時輸出一個開關信號到PLC，跳停上游來料皮帶和堆料機。因此需找出2個不同距離的檢測點替代原長短料錘的接觸位置，而所選的超聲波 傳感器能夠在350～6000mm之間檢測，因此在該范圍內分別選擇A1、A2兩個檢測點 ，距探頭0之間的距離OA1、OA2代替原檢測裝置的長短料錘 ，設定OA1=1．2m，OA2=0．8m，當傳感器檢測到A1點時，對應于A1點的動合觸點動作，控制堆料機旋轉3。繼續堆料，當檢測到A2點時，對應于A2點的動合觸點動作，跳停上游來料皮帶和堆料機。

3．2 調試應用

3．2．1 設定過程

1)設定開關點

      切斷電源；拔下溫度／設定插頭；再次通 電；將堆料機大臂固定在石灰石料堆上方約 lm的地方，用手將超聲波傳感器提起到距探測物 (石灰石 )約1．2m處的位 置 ，此時指示燈對應狀態為雙LED綠燈閃爍，且對應LED1黃燈也閃爍，此時若將溫度／設定插頭插入至 A1位置 ，則A1點設定完成；同理將超聲波傳感器下落到距石灰石約 0．8m處的位置進行A2點設定。 最后將溫度／設定插 頭插在T位置 ，傳感器進入正常設定工作模式。

2)設定輸出功能

      切斷電源 ；拔下溫度／設定插頭；再次通電；將溫度／設定插頭插在E2／E3位置，查看對應LED燈指示狀態即輸出工作模式 ，若需改變當前輸出模式，可通過多次插拔溫度／設定插頭在三種工作模式之間循環切換，這里設置為開關點模式即雙LED綠燈亮， LED1黃燈閃爍。

最后將溫度／設定插頭插在T位置，該設定過程結束。傳感器進入正常工作模式。

      至此 ，超聲波傳感器設定過程完成 ，并將傳感器探頭固定在堆料機大臂前端。

3．2．2 電氣接線

圖 1 電氣控制原理圖

      從現場控制柜布線到超聲波傳感器，并進行柜內配線。為了防止堆料機動力電纜出現短路時再次損壞檢測裝置，決定從隔離變壓器直接取220V給開關電源供電。由于傳感器調試時需要多次斷電，故增加一個空氣開關方便復位。其中KA1、KA2兩個動合輔助觸點是送往現 場 PLC控制 柜的觸料信號 ，仍然按原長短料錘信號對應接線。

4 效果及體會

      超聲波傳感器安裝投入運行， 首先進行現場就地自動運行，該設計達到原工藝控制要求，運行正常；后轉換為中控自動運行，工作也一直正常。在調試過程當中，需要注意以下幾個問題：

1)在設定開關點l、2時，每個開關點設定結束后須將溫度／設定插頭插入T位置以確定該開關點進入正常工作模式 。

2)若不保存當前設定和切換設定功能時須斷電、 拔掉插頭后重啟 。

3)在設定好所需輸出模式后，在5min內要將溫度／設定插頭插入T位置，否則將失去溫度補償功能。

4)如果不需要同步功能，要將同步輸入端接地 (ov)。     

5)探頭安裝位置應盡量避免有較大石塊散落，以 防止誤動作。