TOWA料位計應(yīng)用在飼料廠計算機控制系統(tǒng)中

1 飼料廠中的傳感器
　　
　　和油脂廠較多的化學處理相比，飼料廠主要是在連續(xù)的物料輸送過程中進行物理處理（如篩理、粉碎、制粒、膨化、混合等），控制系統(tǒng)所需的控制參數(shù)首先是：①設(shè)備是否過載、跑偏、斷鏈、過熱、失速以及閘閥門開閉是否到位等。②各工段是否存在缺料、堵料等。這些參數(shù)值只要求兩種狀態(tài)——是或否，不需要傳感器檢測其連續(xù)變化值，是開關(guān)量。其次，在制粒、膨化、粉碎和配料等需要實時調(diào)速的工段，變頻器按照程序要求完成精準調(diào)速，并同時將速度的連續(xù)變化值（模擬量）輸入給控制系統(tǒng)。③在蒸汽供給系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)對蒸汽的調(diào)節(jié)閥進行PID控制時需要蒸汽溫度的連續(xù)變化值，這也是模擬量。所以，在飼料廠中，絕大多數(shù)傳感器需輸出開關(guān)量，少數(shù)傳感器需輸出模擬量。下面具體說明傳感器的型式。
     在飼料廠生產(chǎn)中采用計算機控制系統(tǒng)，可以有效促進生產(chǎn)效率的提高和有助于科學化管理，并保障生產(chǎn)線連續(xù)可靠地運行，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。因此，在國內(nèi)已建、新建飼料廠中，計算機控制系統(tǒng)已成為基本配置。
　　2.1 高、低料位傳感器（TOWA）
　　主要檢測原料倉和各工段料斗的高、低料位。當檢測到高料位時，控制系統(tǒng)將停止進料；當檢測到低料位時，控制系統(tǒng)將報警。
　　2.1.1 高料位傳感器
　　飼料廠中高料位傳感器基本采用阻旋式料位開關(guān)，通常在原料倉頂、料斗頂部或側(cè)面安裝?；炷羵}需土建時預(yù)留安裝孔，鋼板倉安裝時現(xiàn)場制作。其工作原理是利用同步微型電機做驅(qū)動裝置，傳動軸與離合器相連接，當未接觸物料時，電機正常運轉(zhuǎn)，當葉片接觸物料時，檢測機構(gòu)便圍繞主軸產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)位移。此位移首先使一個微動開關(guān)動作，發(fā)出有料信號。隨后另一個微動開關(guān)動作，切斷電機電源使其停轉(zhuǎn)。只要料位不變這種狀態(tài)便一直保持下去。當料位下降，檢測葉片失去阻擋時，檢測機構(gòu)便依靠彈簧拉力使其恢復(fù)原始狀態(tài)。首先一個微動開關(guān)動作，接通電機電源使其旋轉(zhuǎn)，隨后另一個微動開關(guān)動作發(fā)出無料信號，只要沒有物料阻擋檢測葉片的轉(zhuǎn)動，此種狀態(tài)也將一直保持下去。當葉片承受過重負荷時，電機回轉(zhuǎn)機構(gòu)會自動打滑，保護電機不受損壞；而對于不同密度的物料可以調(diào)節(jié)扭力大小。
　　盡管還有其它形式的高料位傳感器，如超聲波料位計、雷達料位開關(guān)等。精度比阻旋式料位開關(guān)高且穩(wěn)定，但阻旋式料位開關(guān)以其價格合理、安裝及維修方便、可靠性較好等特點在飼料廠廣泛運用。日本東和TOWA等公司的產(chǎn)品曾在國內(nèi)占主導(dǎo)地位。
　　2.1.2 低料位傳感器
　　由于低料位傳感器需安裝在原料倉和料斗下部的錐斗位置或者倉下溜管上，物料進入時可能帶來沖擊，阻旋式料位不再適用，一般采用靜電容料位計。其工作原理是感應(yīng)棒伸入倉內(nèi)，檢測感應(yīng)棒與倉壁（作為對地電極）之間的電容量（電容介質(zhì)就是物料），感應(yīng)棒被物料覆蓋則電容逐漸增加，當達到開關(guān)內(nèi)部控制電路的設(shè)定值時，控制電路產(chǎn)生高頻諧振，發(fā)出諧振信號,轉(zhuǎn)成開關(guān)動作。靜電容料位計上設(shè)有靈敏度調(diào)整旋鈕，在物料改變時調(diào)整；另外，其輸出接點可延時0～10s動作，防止因偶然因素出現(xiàn)誤報。
　　靜電容料位計的生產(chǎn)技術(shù)比較成熟并已國產(chǎn)化，價廉物美，成為飼料廠低料位傳感器優(yōu)選。需要注意的是，如果物料水分較高，在倉內(nèi)停留時間較長，容易在感應(yīng)棒上結(jié)塊，造成傳感器誤報，所以需定期保養(yǎng)。
　　2.2 其它傳感器
　　有用來檢測脈沖除塵器布袋是否發(fā)生堵塞的差壓變送器，皮帶輸送機上的拉線開關(guān)，檢測生產(chǎn)指標的各種流量計等，由于在飼料廠中使用的不是很普遍，這里就不贅述了。
　　2.3 SENTEC位置傳感器
　　首先，是檢測設(shè)備是否移動到正確位置，如氣動閘閥門、三通、電動閘門等開閉到位，分配盤是否旋轉(zhuǎn)至指定料倉等；其次，是檢測設(shè)備是否偏移到危險位置，如斗式提升機、刮板機發(fā)生堵料時將卸料**門頂開，或者皮帶輸送機、斗式提升機發(fā)生皮帶跑偏，重力式皮帶張緊裝置下降到極限位置等。當控制系統(tǒng)在預(yù)定的時間內(nèi)接收不到正確位置信號，將報警并停止運行，等待故障排除；而當控制系統(tǒng)接收到危險位置信號，將報警并停機。飼料廠常用的位置傳感器有2種，即接近開關(guān)和限位開關(guān)。
　　接近開關(guān)基本有4種：電感式、電容式、光電式和霍爾接近開關(guān)，飼料廠主要用到的是電感式接近開關(guān)。電感式接近開關(guān)內(nèi)部由3部分組成：振蕩器、開關(guān)電路及放大輸出電路。振蕩器產(chǎn)生一個交變磁場，當金屬物接近這一磁場并達到感應(yīng)距離時，在金屬物產(chǎn)生渦流，從而導(dǎo)致振蕩衰減、停振。振蕩器振蕩及停振的變化被后級放大電路處理并轉(zhuǎn)換成開關(guān)信號輸出。氣動閘閥門、三通、電動閘門均為密封形式，在生產(chǎn)中需頻繁操作，這決定了采用傳統(tǒng)接觸式限位開關(guān)不可?。ㄒ壮龉收虾统叽巛^大），而電感式接近開關(guān)具有結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小、安裝方便和非接觸檢測（可靠性較高）的特點，非常適合作為此類設(shè)備的位置傳感器。國際知名傳感器生產(chǎn)廠家易福門（IFM）的產(chǎn)品系列中有專門針對氣動閘閥門位置檢測的電感式接近開關(guān)，目前應(yīng)用比較普遍。
　　限位開關(guān)也叫行程開關(guān)、微動開關(guān)等，是常見的位置傳感器。和上面闡述的傳感器不同，它不需要任何電源，在機械外力壓迫下接點閉合，外力去除后在彈簧機構(gòu)作用下復(fù)位。還可以加裝滾輪、控制桿和改變形狀等而派生出各種不同用途的行程開關(guān)。飼料廠中用到的皮帶輸送機跑偏開關(guān)、關(guān)鍵位置溜管上安裝的膜片式堵料開關(guān)等都屬于限位開關(guān)。
飼料廠中根據(jù)實際情況在3個位置需安裝普通限位開關(guān)：①皮帶輸送機、斗式提升機等皮帶張緊，一般都采用重力式張緊裝置，壓重物安裝在導(dǎo)軌上，在壓重物下方安裝限位開關(guān)。當皮帶逐漸拉長，壓重物沿著導(dǎo)軌下降，終與限位開關(guān)控制桿接觸，再經(jīng)過一段行程，限位開關(guān)上的控制桿帶動觸點閉合，控制系統(tǒng)檢測回路接通，將報警、停機?？筛鶕?jù)需要安裝上、下2個限位開關(guān)，上面作為預(yù)警位置，下面作為停機位置。②斗式提升機、刮板機堵料嚴重時，物料會將機尾處卸料**門頂開，壓迫限位開關(guān)控制桿帶動觸點閉合，控制系統(tǒng)檢測回路接通，將報警并停機。③旋轉(zhuǎn)分配盤到位，在分配盤上配有一個專門活動桿，在分配盤移動時與各倉位相對應(yīng)的限位開關(guān)可靠接觸。當控制系統(tǒng)指定料倉以后，該料倉對應(yīng)的限位開關(guān)檢測回路信號接入，其它限位開關(guān)的檢測回路無信號接入。當分配盤活動桿與非指定料倉限位開關(guān)接觸時，控制系統(tǒng)不反應(yīng)，只有與指定料倉限位開關(guān)接觸后，限位開關(guān)觸點閉合，檢測回路導(dǎo)通，信號輸入給控制系統(tǒng)，將關(guān)停分配盤。
　　跑偏開關(guān)根據(jù)皮帶輸送機的長度成對安裝在機頭、機尾或者中部。當運行中的皮帶發(fā)生跑偏現(xiàn)象時，皮帶邊緣帶動立輥旋轉(zhuǎn)并擠壓使之傾斜，當立輥傾斜角度大于**動作角度時，限位開關(guān)接通個檢測回路，如立輥繼續(xù)傾斜大于二級動作角度時則接通**個檢測回路。??個回路分別用于預(yù)警或停機，每對跑偏開關(guān)應(yīng)共同接入每組檢測回路中。當皮帶復(fù)位正常運行后，立輥在復(fù)位彈簧作用下復(fù)位。
　　膜片式堵料開關(guān)一般安裝在溜管上，膜片側(cè)位在溜管中，發(fā)生堵料時物料擠壓膜片帶動膜片內(nèi)限位開關(guān)觸點閉合，控制系統(tǒng)檢測回路接通，將報警并關(guān)停相關(guān)設(shè)備。
　　以上各類型位置傳感器由于技術(shù)含量較低，國內(nèi)廠家均能生產(chǎn)，選擇面很寬。
     2.4 溫度傳感器
　　該設(shè)備主要是檢測設(shè)備是否因機械故障出現(xiàn)發(fā)熱，例如軸承溫度，當溫度過高時，控制系統(tǒng)將報警。其次就是輸入給控制系統(tǒng)對蒸汽調(diào)節(jié)閥實施PID（比例、積分、微分）控制。還有就是筒倉內(nèi)部測溫。是否有必要設(shè)置溫度檢測，需根據(jù)工藝要求、控制要求、生產(chǎn)規(guī)模和設(shè)備來確定。有的飼料廠由于設(shè)備產(chǎn)量不高，軸承過熱故障很少發(fā)生，而蒸汽控制則由鍋爐自身系統(tǒng)完成，再設(shè)置這些溫度傳感器就沒有必要了。
　　溫度傳感器主要有熱電偶、熱電阻和熱敏電阻等，各系列產(chǎn)品十分齊全，只需根據(jù)檢測溫度的范圍和安裝形式選擇就可。在飼料廠中，軸溫檢測常選用熱敏電阻，不過需與溫度監(jiān)控器配合使用，由監(jiān)控器向控制系統(tǒng)提供報警接點。蒸汽溫度常用鉑電阻（Pt100）檢測，選擇輸出信號為標準模擬值（4～20mA）的就可以了。筒倉測溫采用的是測溫電纜，其傳感部分也是熱電阻，只需從定型產(chǎn)品中選擇。此外，電氣柜中檢測過載的熱繼電器也可以歸入溫度傳感器。

　　2.5 速度傳感器
　　在飼料廠中，速度傳感器主要用于檢測兩種故障：①刮板機斷鏈；②斗式提升機和皮帶輸送機出現(xiàn)皮帶打滑。這兩種故障一旦發(fā)生，尾輪將停止轉(zhuǎn)動或減速，這樣通過檢測尾輪的轉(zhuǎn)動速度就可以及時知道，控制系統(tǒng)將報警并停機。
　　速度傳感器有旋轉(zhuǎn)編碼器、光電編碼器、光電傳感器、磁敏開關(guān)、磁電傳感器、霍爾開關(guān)、接近開關(guān)等，前幾種精度高、價格高、安裝條件要求比較高。鑒于飼料廠控制中只需檢測斷鏈和皮帶打滑故障是否發(fā)生，比較經(jīng)濟實用的選擇是電感式接近開關(guān)。常用做法是在尾輪的旋轉(zhuǎn)體上安裝一塊或幾塊擋塊，與擋塊相對位置安裝一個電感式接近開關(guān)。當尾輪轉(zhuǎn)動時帶動擋塊轉(zhuǎn)動，擋塊每經(jīng)過一次接近開關(guān)，接近開關(guān)就輸出一個開關(guān)量，并周期性變化形成脈沖量，再經(jīng)過處理就可以反映出尾輪的轉(zhuǎn)速。因此，接近開關(guān)必須與脈沖監(jiān)控器配合實用，脈沖監(jiān)控器處理接近開關(guān)的信號并與正常速度對比，其差值超過設(shè)定值后內(nèi)部繼電器動作，控制系統(tǒng)檢測回路接通，將報警并停機。在脈沖監(jiān)控器上除可以設(shè)定報警值外，還需設(shè)置動作延時時間，以避開設(shè)備起動階段的低速。近幾年由于生產(chǎn)技術(shù)的提高，國內(nèi)廠家已經(jīng)生產(chǎn)出集成脈沖監(jiān)控器功能為一體的電感式接近開關(guān)，速度設(shè)定和延時只需調(diào)節(jié)接近開關(guān)上的旋鈕，使用更加方便。
　　由于斗式提升機的跑偏無法象皮帶輸送機那樣采用機械式跑偏開關(guān)進行檢測，因此，合理的做法是在提升機機頭、機座位置的機筒上成對安裝接近開關(guān)，檢測皮帶上的畚斗。如果發(fā)生跑偏，畚斗也隨之偏移，如果超出接近開關(guān)的檢測范圍，接近開關(guān)將動作和控制系統(tǒng)檢測回路接通，將報警并停機。在發(fā)達國家，斗式提升機的跑偏和速度檢測配置有專門的監(jiān)控器對接近開關(guān)的檢測信號統(tǒng)一處理，筆者曾在《介紹一種斗式提升機的專用監(jiān)控器》一文中作過介紹?，F(xiàn)在，國內(nèi)已有廠家開發(fā)出類似產(chǎn)品，如上海青浦綠洲檢測儀器有限公司的LDJ-1型斗式提升機監(jiān)控器。 

　　3 總結(jié)
      需說明的是，選擇傳感器除了應(yīng)注意靈敏度、測量范圍、穩(wěn)定性、精度等指標外，還應(yīng)注意防爆要求。按照GB50058-92《爆炸和火災(zāi)危險環(huán)境電力裝置設(shè)計規(guī)范》和國標GB17440-1998《糧食加工、儲運系統(tǒng)粉塵防爆**規(guī)程》規(guī)定：飼料加工車間列入粉塵爆炸性危險區(qū)域11區(qū)，筒倉內(nèi)部、封閉式設(shè)備內(nèi)部等列入粉塵爆炸性危險區(qū)域10區(qū)。所以，傳感器應(yīng)在粉塵防爆、防護等級、溫度組別等方面符合國標要求，避免隱患。
　　后從筆者參與過設(shè)計、安裝的十幾個飼料廠情況看，上述各類型傳感器均能夠較準確地完成檢測，及時將信號輸入給控制系統(tǒng)，確保生產(chǎn)線在控制系統(tǒng)的良好監(jiān)控下穩(wěn)定運行；同時，在類型、精度、價格等方面也比較符合飼料廠的實際。