1 料锤接触式检测原理

      堆料机的物料料位检测原采用的是长短料锤接触式检测装置，其工作原理是：当堆料机自动布料时，如果长料锤接触到物料，会产生一个开关量信号并送人现场PLC，PLC给堆料机发出物料高度已经达到要求并执行下一动作即旋转3。继续堆料的信号。如果物料碰到短料锤则跳停上游来料皮带机和堆料机 ，并发出报警提示。

2 超声波传感器原理和选型

2．1 工作原理

      超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的。其探头主要由外壳、压电晶片、阻尼块 、保护膜 、前置 电路 以及输出电路等组成 ，在探头中还加设温度补偿元件和放大电路，用以补偿因环境温度改变而导致的信号偏差，提高测量精度。超声波由压电晶片在电压的激励下发生振动产生的，具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方 向性 (束 射性 )好的特点 。

      超声波探头中的压电晶片，既可以发射超声波，也可以接收超声波。当电压作用于压电晶片时，就会随电压和频率的变化产生机械变形。反之，当机械形变作用于压电晶片时，则会产生一个电信号。利用这一 原理 ，当给由两片压电晶片或一片压电晶片和一个金属片构成的振动器 ，施加一个电信号时，就会 因弯曲振动发射出超声波。相反，当给双压电晶片元件施 加超声振动时 ，就会产生一个电信号。基于以上原理 ， 便可以将压电晶片用作超声波传感器。通过传感器和物体间声波的传送时间就可计算出距离或位置。

2．2 应用选型

      在超声波选型上，经多方对比和咨询，最终选用德国倍加福（P+F)公司的型号为UC6000-30GM-E6R2-V15双开关点输出超声波传感器 。该传感器的特点和工作参数如下：

1)自带一个四针的温度／设定插头，分别对应四个不同的位置插入，现场设定方便、迅速。其中A1和A2是设定开关点，E2／E3是设定工作模式，T为温度补偿。

2)设定过程由传感器 本体LED灯状态显示。

3)自带环境温度补偿功能 。 

4)双开关点输出，RS232接口

5)检测范围 ：350～6000mm；换能器频率 ：65kH； 工作电压 ：10～30V DC，空载 电流 ≤50mA。

3 方案设计和调试应用

3．1 方案设计

      基于原设计控制原理，即当接触到长料锤时输出一个开关信号到PLC，控制堆料机旋转3。继续堆料， 当接触到短料锤时输出一个开关信号到PLC，跳停上游来料皮带和堆料机。因此需找出2个不同距离的检测点替代原长短料锤的接触位置，而所选的超声波 传感器能够在350～6000mm之间检测，因此在该范围内分别选择A1、A2两个检测点 ，距探头0之间的距离OA1、OA2代替原检测装置的长短料锤 ，设定OA1=1．2m，OA2=0．8m，当传感器检测到A1点时，对应于A1点的动合触点动作，控制堆料机旋转3。继续堆料，当检测到A2点时，对应于A2点的动合触点动作，跳停上游来料皮带和堆料机。

3．2 调试应用

3．2．1 设定过程

1)设定开关点

      切断电源；拔下温度／设定插头；再次通 电；将堆料机大臂固定在石灰石料堆上方约 lm的地方，用手将超声波传感器提起到距探测物 (石灰石 )约1．2m处的位 置 ，此时指示灯对应状态为双LED绿灯闪烁，且对应LED1黄灯也闪烁，此时若将温度／设定插头插入至 A1位置 ，则A1点设定完成；同理将超声波传感器下落到距石灰石约 0．8m处的位置进行A2点设定。 最后将温度／设定插 头插在T位置 ，传感器进入正常设定工作模式。

2)设定输出功能

      切断电源 ；拔下温度／设定插头；再次通电；将温度／设定插头插在E2／E3位置，查看对应LED灯指示状态即输出工作模式 ，若需改变当前输出模式，可通过多次插拔温度／设定插头在三种工作模式之间循环切换，这里设置为开关点模式即双LED绿灯亮， LED1黄灯闪烁。

最后将温度／设定插头插在T位置，该设定过程结束。传感器进入正常工作模式。

      至此 ，超声波传感器设定过程完成 ，并将传感器探头固定在堆料机大臂前端。

3．2．2 电气接线

图 1 电气控制原理图

      从现场控制柜布线到超声波传感器，并进行柜内配线。为了防止堆料机动力电缆出现短路时再次损坏检测装置，决定从隔离变压器直接取220V给开关电源供电。由于传感器调试时需要多次断电，故增加一个空气开关方便复位。其中KA1、KA2两个动合辅助触点是送往现 场 PLC控制 柜的触料信号 ，仍然按原长短料锤信号对应接线。

4 效果及体会

      超声波传感器安装投入运行， 首先进行现场就地自动运行，该设计达到原工艺控制要求，运行正常；后转换为中控自动运行，工作也一直正常。在调试过程当中，需要注意以下几个问题：

1)在设定开关点l、2时，每个开关点设定结束后须将温度／设定插头插入T位置以确定该开关点进入正常工作模式 。

2)若不保存当前设定和切换设定功能时须断电、 拔掉插头后重启 。

3)在设定好所需输出模式后，在5min内要将温度／设定插头插入T位置，否则将失去温度补偿功能。

4)如果不需要同步功能，要将同步输入端接地 (ov)。     

5)探头安装位置应尽量避免有较大石块散落，以 防止误动作。