Контроль уровня при хранении и переработке зерна

Устройства управления и контроля, индикаторы и датчики - это приборы, которые осуществляют контроль или измерения различные переменные величины:

  • уровень;
  • температуру;
  • движение; скорость;
  • влажность;
  • давление и многое другое.

Автоматизированные системы контроля позволяют предотвращать опасности с приемлемыми затратами. В сочетании с дистанционно-контролируемыми системами управления они позволяют немедленно распознавать опасные ситуации и быстро принимать меры.

Системы контроля уровня на предприятиях по хранению и переработке зерна достигла значительного прогресса и перешли от использования рабочих на местах к дистанционному контролю. Методы и средства, реагирующие на опасные ситуации при хранении и переработки зерна, многочисленны.

Контроль уровня зерна

Одним из важных участков автоматизации при хранении и переработке зерновых является контроль уровня продукта, который должен быть обеспечен при обычных и аварийных состояниях. Эти устройства включают элементы, которые могут замыкать или размыкать цепь или давать электрический импульс, соответствующий присутствию или отсутствию материала. Они могут быть также встроены в автоматизированную систему контроля работы питающего оборудования. Примером такого датчика уровня является СУМ-1.

Тип используемых датчиков зависит от вида оборудования, типа обрабатываемых продуктов и степени необходимого контроля. Они могут быть использованы для возбуждения световых или звуковых сигналов и включения через систему реле и блокировок приводов конвейеров, питающих механизмов, задвижек, отсечных клапанов и других средств контроля, характерных для данной системы. При использовании соответствующих устройств для монтажа датчиков уровня в правильном положении последний может обеспечить:

  • визуальное наблюдение на центральном пульте за количеством продукта в силосах;
  • указание на избыточную подачу продукта или завал конвейеров;
  • указание на недостаточную подачу;
  • автоматический контроль уровня в накопительных бункерах;
  • сигнализацию высокого уровня во избежание избыточной подачи продукта или закупорки норий;
  • указание на нарушение подачи продукта в бункера над автоматическими весами или другими элементами системы.

Типы уровнемеров

  • Мембранный датчик уровня — наиболее простое устройство, не требующее энергии для работы. Устройство легко монтируется на стене силоса. Материал оказывает давление на воспринимающую его мембрану, которая воздействует на микровыключатель, имеющий только одну движущуюся часть. Мембрана, изготовленная из нержавеющей стали, неопрена, каучука или тефлона, имеет ограниченную гибкость и перемещение. Датчик предназначен для восприятия давления, оказываемого сыпучими материалами. Недостаток датчика в том, что слеживание или сводообразование материала над мембраной может препятствовать ее работе. Выключатель служит для возбуждения светового или звукового сигнала, а также в качестве контроля заполнения и разгрузки силоса.

Изображение мембранного датчика уровня СУМ-1М
Изображение мембранного датчика уровня СУМ-1М

  • Маятниковые датчики — простые и дешевые устройства, выпускаются разнообразных типов. Они особенно пригодны для контроля верхнего уровня материала в силосе или бункере. Устройство имеет прочный корпус со встроенным однополюсным контактом, размещенным над массой ртути, который срабатывает при отклонении устройства от вертикального положения на 10° или больше. Устройство может быть подвешено на цепи или проволоке к верхнему перекрытию силоса. Срабатывание зависит от воздействия сыпучего материала на корпус, вызывающего его отклонение. В зависимости от конкретного назначения к основанию литого корпуса можно крепить различные детали: стержень — если необходимо определить уровень материала; плоскую пластину — если датчик используют для обнаружения потока материала. В устройство может быть встроено реле запаздывания, позволяющее устранить ошибочные показания, которые имеют место при ударе потока материала о стержень или пластину до того, как уровень достигнет этой точки. Маятниковые датчики выпускаются с нормально открытыми или нормально закрытыми контактами. Они непригодны для контроля нижнего уровня, так как необходимый электрический кабель, закрепляемый в верхней части корпуса, неспособен противостоять грубому использованию. Их характеристики очень неустойчивы и труднопрогнозируемы, так как угол их возможного наклона зависит от размещения в силосе, количества материала, поступающего в силос, потоков воздуха и многих других причин.

Изображение маятникового датчика уровня
Изображение маятникового датчика уровня

  • Датчик с вращающейся крыльчаткой — наиболее распространенное устройство для контроля уровня на предприятиях по хранению и переработке зерна. Устройство состоит из низкоскоростного синхронного электродвигателя с небольшим вращающим моментом для привода вала крыльчатки, пока он не закрыт или не блокируется сыпучим материалом. Частота вращения лопастей большинства устройств равна 1 мин-1 и меньше. Как только вращение прекращается, электромотор перемещается на своем пружинном основании и воздействует на выключатель. При уменьшении уровня материала ниже крыльчатки вал начинает вращаться и таким образом передает сигнал, который может быть использован для выполнения любой необходимой контрольной функции. Применение описанного датчика уровня с крыльчаткой в основном рекомендуется для сухих, гранулированных и легкосыпучих материалов. Основное внимание при монтаже таких датчиков необходимо уделить крыльчатке и валу, которые должны находиться вне потока материала при заполнении силоса; должен быть обеспечен свободный поток сыпучего материала к крыльчатке и валу и от них.

Изображение датчика сыпучих материалов с вращающейся крыльчаткой
Изображение датчика сыпучих материалов с вращающейся крыльчаткой

  • Электромеханический датчик уровня состоит из стальной металлической пластины, соединенной со стальным проводом, конец которого подвешен на высоте максимального уровня сыпучего материала в силосе. При достижении этого уровня пластина отходит от вертикального положения и приводит в действие конечный выключатель, находящийся на другом конце провода.

Изображение электромеханического датчик уровня
Изображение электромеханического датчик уровня

  • Широко используются ультразвуковые датчики уровня, обычно в качестве конечных выключателей, реагирующих на уровень твердых веществ с низкой плотностью. Их отличительной особенностью является бесконтактное определение уровня материала в бункерах для хранения; они «видят» материал, а не «чувствуют» его. Используют слышимый и не воспринимаемый ухом звуковой сигнал низкой частоты, а контрольная функция осуществляется каждый раз, когда сигнал прерывается. В системе используются две ультразвуковые головки датчика, соединенные с контроллером специально экранированным кабелем. Одна головка действует в качестве передатчика, а другая — в качестве приемника. В процессе работы между двумя головками устанавливается звуковой поток, и любое его прерывание потоком материала создает сигнал или возбуждает цепь. Устройства не подвержены влиянию температуры, электропроводности, влаги или пыли.

Изображение ультразвуковых датчиков уровня
Изображение ультразвуковых датчиков уровня

  • Фотоэлектрические датчики можно сравнить с ультразвуковыми устройствами. Как и в случае ультразвукового датчика, сигнал подается при прерывании светового луча. В устройстве используются две детекторные головки: одна — в качестве источника света, а другая — как приемник. Этот датчик можно использовать для показания уровня большинства хорошо сыпучих и свободных от пыли материалов, где требуется быстрая реакция на показание уровня.
  • Устройство для контроля уровня с использованием высокой частоты применяется для обнаружения присутствия или отсутствия сыпучих материалов и может возбуждать реле, передающие различные сигналы. Устройство используется в основном для контроля верхнего уровня. Зонд подвешивается вертикально на верхнем перекрытии силоса и излучает высокочастотное электрическое поле установленного радиуса. Когда уровень материала в силосе нарушает это поле, мостовая цепь обесточивается, и это вызывает передачу импульса. Этот импульс может быть использован для получения визуального или звукового сигнала, включения механизмов, контролирующих поток материала, или возбуждения цепей. В промышленности такие датчики не получили широкого распространения.

Изображение микроволновых датчиков уровня сыпучих материалов
Изображение микроволновых датчиков уровня сыпучих материалов

  • Датчики уровня емкостного типа относятся к классу бесконтактных датчиков, которые реагируют на присутствие или отсутствие материала, не соприкасаясь с ним. Зонд образует одну часть конденсатора, а емкостное сопротивление создается между ним и стеной силоса. Его изменение используют для подачи сигнала, возбуждающего реле, которое служит для целей контроля. Электроды могут быть в виде зонда или троса. Зонды с длинным кабелем следует монтировать вне падающего зернового потока, если необходимо свести к минимуму ошибки измерения и износ. Важно использовать правильный тип зонда для конкретного материала. Длинные зонды, покрываемые материалом, могут подвергаться высоким растягивающим усилиям, и подвеска зонда должна быть достаточно прочной, чтобы им противостоять. Некоторые зонды выпускаются со встроенной в них электронной цепью, другие имеют цепь р головке зонда или цепь, встроенную в контрольный выключатель. Одним из основных преимуществ датчиков уровня емкостного типа является возможность дистанционного показания уровня материала в силосах. Недостатки этого устройства: оно может быть чувствительным к температуре, вибрации и другим окружающим условиям, на него оказывает значительное влияние накопление материала на зонде, и оно может потребовать очень чувствительной регулировки для выявления различия между зерном и воздухом.

Изображение датчика уровня емкостного типа
Изображение датчика уровня емкостного типа

  • Радиоактивные датчики уровня можно применять для большинства сыпучих материалов, за исключением тех случаев, когда сам материал является радиоактивным. В большинстве устройств используются источники гамма-излучения и заполненные галогеном счетчики Гейгера. Их излучение подобно рентгеновскому излучению, а источниками энергии являются радиоактивные материалы, например, радий или кобальт-60. Соответствующий радиоактивный изотоп помещают в головку источника, который обычно изготовлен из стали и свинца, с целью обеспечения соответствующей защиты от радиации. Гамма-лучи возбуждают электрические импульсы внутри трубки и используются для возбуждения реле во встроенной цепи выключателя, обеспечивающей сигнал «Включить» или «Выключить». Как только уровень материала займет положение между источником и приемником, поле излучения пересекается и открывается реле. При использовании таких устройств для контроля уровня источник обычно располагают снаружи силоса, а один или более радиоактивных выключателей устанавливают на противоположной наружной стенке силоса. Источники хорошо экранированы и не представляют опасности для здоровья персонала, работающего вблизи датчика.

Изображение радиоактивного датчика уровня
Изображение радиоактивного датчика уровня