摘要：本文重点介绍了MTS位移传感器的工作原理和安装方式，以及在2250热轧产线控制系统中的应用，着重说明了MTS位移传感器与控制系统之间的数据传输过程，及报警信息。通过案例阐述传感器故障产生原因和预防措施，帮助技术人员能够快速定位故障。
关键词：MTS位移传感器；位置检测；V-TOOL；控制PLC
1 引言
随着科学技术的不断发展，钢铁企业已经朝着高集成全自动控制方向大步迈进，逐步走向生产自动化和智能化。在这样高度自动化控制产线，要求轧钢设备具有高精度、快速响应的能力，这就对轧线设备的位置控制技术提出了更高的要求，因此现场传感器工作的稳定性也成为控制的关键。目前先进的位置控制系统中绝大多数采用具有非接触式测量、适应恶劣环境且可靠性高的磁致伸缩位移式传感器。下面以MTS位移传感器为例，介绍磁致伸缩位移式传感器的工作原理和安装方式，以及在2250热轧产线控制系统中的应用和案例分析。
2 MTS位移传感器的工作原理
图1：磁致伸缩位移式传感器（MTS）的工作原理
磁致伸缩位移式传感器（MTS）的工作原理：采用磁致伸缩的原理，利用两个不同的磁场相交时产生了一个应变脉冲信号，通过计算这个信号被探测的时间周期，进而计算出磁铁的准确位置所在。这两个磁场一个是来自活动的磁铁，另一个是来自传感器头部电子部件产生的电流脉冲。这个询问信号脉冲沿着传感器内的波导管（以磁致伸缩材料制成的波导管）以声音的速度运行。当两个磁场相交时，就会在波导管产生磁致伸缩现象，产生一个应变脉冲。这个返回信号脉冲被电子仓内感测电路探测到，通过从产生询问信号的时间到返回信号被探测到所需的时间之间计算得出时间差，再乘以固定的声音速度，就能准确的计算出磁铁的位置变动。这个测量过程是连续进行不间断的，因此只要活动磁铁位置发生变化时，新的位置就会被快速准确的检测出来。
图2：磁致伸缩位移式传感器（MTS）安装示意图
由于传感器测量输出信号是一个真正的绝对位置输出，不是比例的且不需要再放大处理的信号，所以该输出信号不存在信号的飘移或变值的情况，不需要像其它位移传感器一样需要定期的位置标定和维护。
磁致伸缩位移传感器（MTS）采用非接触方法检测活动磁铁的位移，由于磁铁和传感器不会直接产生接触，同时该传感器外部还采用保护罩进行密封防护，因此MTS位移传感器在恶劣的工业环境下能够稳定检测。另外MTS传感器输出信号为绝对数值，即使发生电源断电故障甚至断线后，重接恢复供电后也不会对数据接收构成问题，不需要重新复位归零。由于传感元件都是非接触的，所以即便测量检测过程不断重复，也不会对传感器造成任何磨损。因此在处于比较恶劣环境中的轧机设备非常适合采用磁致伸缩位移传感器（MTS）来进行位置检测。现场安装示意图如图2：
3 MTS位移传感器在2250产线控制系统中的应用
3.1 MTS位移传感器在2250产线控制系统的应用
首钢京唐2250轧线自动化控制系统采用TMEIC公司的 V系列PLC 控制系统，是一个高精度、高响应的控制系统，能够快速响应并处理位置检测元件提供的测量数据，能够对现场设备提供稳定快速可靠的控制方式。这就要求位置检测元件测量数据的稳定可靠，美国MTS公司的 RHS系列位移传感器完全满足该要求，能够提供稳定可靠的检测数据。MTS位移传感器与V系列PLC 控制系统采用串连同步接口（SSI）方式进行连接通讯。V系列PLC 控制系统硬件组成中有专门的板卡TP312来接收采集MTS位移传感器检测数据，TP312再把位移传感器数据传送给CPU进行数据的运算处理，最后的处理结果通过相应的控制指令发送给相应的执行元件，来实现对现场设备快速准确的控制。
TP312板卡是MTS厂家专门为TMEIC公司的 V系列PLC研制的专用板卡，主要是采集具有SSI输出形式的R系列MTS位移传感器的检测信号。TP312板卡具有2通道，能够同时接收2路不同的MTS位移传感器信号。如图所示。
图3：MTS位移传感器的数据采集过程
图4：TP312接线示意图
板卡TP312提供的SSI同步串行接口数字输出方式，能够完全取代绝对值编码器，并且该输出方式能够大大减少所需通讯电缆的数目，例如，一个24位的编码器需要25条信号线作为通讯，而SSI形式的通讯连接只需要4条信号线便可。因为信号是采用串连的24或25位数据结构，只需要由控制器的时钟（一般为25MHz）发出一组25或26个时钟脉冲即可。
图5：MTS位移传感器（SSI）数据传输到板卡TP312结构示意图
图6：MTS位移传感器数据在板卡TP312接收处理后的状态与报警
3.2 MTS位移传感器、反馈数值与TP312报警之间的关系
为了更好了使用好MTS位移传感器，并且通过TP312状态信息来判断出MTS位移传感器硬件情况，能够在生产使用中快速准确的定位传感器故障所在。因此对于搞清楚MTS位移传感器和TP312报警二者之间的关系非常重要，下面是通过对MTS位移传感器测试得出的MTS位移传感器和TP312报警的关系：
通过上述MTS位移传感器和TP312报警的关系的测试，发现并找到有规律的东西进行总结：当MTS位移传感器数据和时钟同时出现故障时，数据故障优先报出，报警信息以数据发生故障的通道优先。例如通道CH1数据故障和通道CH2时钟故障时，报警信息是9216，对应的通道读数分别为CH1 16777215，CH2数据闪烁，进一步通过测试结果描述为该情况的故障为缺少磁环，或者磁环破裂和损坏所导致的现象。
通过以上总结出的MTS位移传感器和TP312报警的关系，很方便判断出位移传感器哪里出现了故障，能够及时准确的帮助专业技术人员快速锁定故障，并采取有效的措施予以解决，避免了MTS位移传感器的故障导致生产事故的发生。由于MTS位移传感器都是在高精度快速动作的位置控制设备中予以应用，一旦位移传感器发生故障致使检测数据异常，将会使V系列PLC 控制系统无法接收到正确数据，造成PLC系统无法准确判断出现场设备具体的位置，这就会导致位置控制异常，造成设备的损害甚至生产事故。因此对于梳理出的MTS位移传感器和TP312报警之间的关系，非常有助于现场故障的处理和维护。
4 MTS位移传感器在实际生产中的故障案例及处理措施
故障：2017年9月9日2250生产线DC1卷取堆钢事故，通过分析发现是由于DC1 1#助卷辊位移传感器数值跳变波动，导致1#助卷辊辊缝APC未完成，造成DC1卷取机不具备条件堆钢。
1#助卷辊位移传感器采用的是MTS位移传感器，其数值跳变如图7所示：
图7：1#助卷辊位移传感器数值波动
进一步分析：由于1#助卷辊位移传感器数值的波动较大±50（0.1mm），在APC（自动位置控制）触发结束后，1#助卷辊位置由于位移传感器数值的波动，超出判断条件±15（0.1mm）的范围（图8），造成APC完成信号无法产生，进而造成1#卷取机不具备条件。
图8：位移传感器数值判断条件
而MTS位移传感器数值跳变原因，通过总结分析，得出与以下有关系：
1）传感器电缆转接处进液，会破坏电缆的绝缘性，可能导致电缆对地电阻降低，进而导致SSI的信号输出受到干扰，SSI的时钟也可能出现频率不稳的情况。电缆的绝缘外皮受到损坏，也会出现类似情况。
2）传感器电子头内部有可能进液，在使用过程中传感器本体是发热的属于正常，安装位置周围环境水汽大，当设备停止运转，温度降低，会在传感器内部造成负压，将水汽吸入，短期内可能不会有效果，但随着时间累积效应，水越积越多，长时间后，传感器内部电路板会被腐蚀，这也可能是造成传感器信号跳变的原因。
防范措施：
硬件方面工作：MTS传感器安装后，对传感器防护罩密封打胶，防止水汽进入；传感器尾线接线采用烫锡焊接方式，并进行密封打胶防水处理；更换MTS传感器尾线，使用性能更高的屏蔽专用电缆；
软件方面工作：增加MTS传感器跳变报警，提醒操作人员和维护人员及时采取有效措施避免故障扩大化；优化控制程序，在生产过钢期间一旦数值跳变自动切换替换MTS传感器，并修改控制方式避免动作异常的控制策略，最大程度的避免轧机禁止进入或堆钢事故的发生。
5 结语
2250热轧生产线自应用这种MTS位移传感器以来，其可靠的稳定性、精度的准确性以及安装的便捷性为高质量标准提供了有力保障。通过案例分析，进一步阐述MTS传感器出现的数据跳变异常，并结合实践经验提出有效可行的预防措施，为相关技术人员提供了技术参考。
参考文献：
[1]刘顺东，陈明潇.MTS位移传感器在TMEIC+V-TOOL控制系统中的应用.智慧工厂，2018
论文作者:王俊
论文发表刊物:《电力设备》2019年第6期
论文发表时间:2019/7/9
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