Управляющие устройства, датчики, выключатели и индикаторы — устройства, обнаруживающие или измеряющие различные переменные величины, характеризующие, например, движение, скорость, уровень, температуру, влажность, вибрацию, звук, дым и давление.
Они являются «глазами и ушами» системы и позволяют предотвращать опасности с приемлемыми затратами. В сочетании с дистанционно-контролируемыми системами управления они позволяют немедленно распознавать опасные ситуации и быстро принимать меры по предотвращению пожаров и взрывов, угрожающих жизни людей. Это действие может быть простым (световой или звуковой сигнал) или сложным (отключение оборудования и включение средств пожаротушения).
Техника контроля за работой предприятий по хранению и переработке зерна достигла значительного прогресса. Промышленность перешла от использования персонала на местах к дистанционному контролю, автоматическому контролю, и в настоящее время изучаются возможности контроля на базе микропроцессоров и программируемых логических контроллеров. Это представляет значительный технический скачок вперед.
Методы и средства, реагирующие на опасные ситуации на предприятии по хранению и переработке зерна, многочисленны. При выборе воспринимающего оборудования необходимо рассмотреть нормы безопасности и их характеристики, например пыле-, водо-, взрыво — и пожароустойчивость.
Контроль уровня продукта
Одним из важных участков автоматизации на любом предприятии по хранению и переработке зерна 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.
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.
Сегодня наиболее распространенным назначением этого оборудования является автоматический контроль уровня продукта в силосах. Сыпучие материалы загружаются через верхнюю часть силоса и выгружаются при необходимости через днище. Когда масса поступающего материала достигает верхнего уровня, загрузка прекращается; при выгрузке материала до датчика нижнего уровня питания снова включается. Путем остановки или пуска питающей транспортной системы количество материала поддерживается на безопасном эксплуатационном уровне.
Датчики бывают «контактные» и «бесконтактные». Контактные датчики реагируют на присутствие или уровень материала в силосе путем фактического контакта с материалом. Они в основном электромеханического действия и предназначены для возбуждения цепи или подачи сигнала, когда сыпучий материал изгибает гибкую мембрану, перемещает маятниковый выключатель, предотвращает вращение лопасти, имеющей электропривод, или уменьшает частоту вибрирующего элемента.
Бесконтактные датчики включают электронные приборы, которые воспринимают присутствие или отсутствие материала без какого-либо физического контакта. Эти устройства используют для передачи контрольного сигнала, когда присутствие или отсутствие сыпучего материала изменяет звуковую или высокую частоту, блокирует световой луч, препятствует радиоактивному излучению или изменяет электропроводность.
Бесконтактные датчики обычно более дорогие, чем электромеханические, но они могут, как правило, работать в условиях, исключающих использование электромеханических устройств.
Другая классификация устройств для контроля уровня материала зависит от того, что ими обеспечивается — «непрерывный» контроль или контроль «предельного уровня».
Непрерывный контроль уровня необходим, если высота слоя материала в бункере должна быть всегда известна. Может быть обеспечена автоматическая запись. Контроль предельного уровня служит для того, чтобы указать на наличие закупорки, например, в самотеке, питающем ленточный, скребковый или винтовой конвейер, башмак нории в просеивающих или зерноочистительных машинах. Во многих случаях установка в системе таких датчиков может предотвратить серьезные проблемы. Они должны быть размещены в том месте, где щуп при обычной эксплуатации не соприкасается с материалом, но должен немедленно контактировать с ним при завале.
Так как требования к обслуживанию значительно отличаются для разных систем, многие типы датчиков уровня материала разработаны для различных условий эксплуатации.
Ниже рассматриваются некоторые типичные устройства и их применение.
1. 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.
2. 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.
3. 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.
4. 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.
5. 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.
6. 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.
7. 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.
8. 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.
9. 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.
Контроль скорости
Устройства, чувствительные к скорости вала, или устройства для контроля скорости устанавливают на нориях, ленточных конвейерах и крупном мукомольном оборудовании. Они сигнализируют о замедлении движения указанного оборудования вследствие перегрузки, завала или пробуксовки. В связи с тем, что пробуксовка ленты, по-видимому, наиболее часто вызывает загорание в транспортном оборудовании, необходимо обеспечить контроль пробуксовки для своевременного предупреждения этой опасности. Распространенным заблуждением является мнение, что нагрузка на электродвигатель — хороший показатель пробуксовки ленты; амперметры могут показывать только то, что электродвигатель перегружен, без указания причины.
Наилучшим методом обнаружения пробуксовки ленты является сравнение скорости приводного барабана со скоростью ведомого барабана, приводимого во вращение лентой. Если оба барабана имеют одинаковый диаметр, то при отсутствии пробуксовки они должны вращаться с одинаковой скоростью. Если диаметры различны, то следует принимать во внимание отношение этих двух скоростей.
Выключатели, действующие в зависимости от скорости, часто неправильно называют выключателями движения.
Устройство для контроля скорости срабатывает при уменьшении скорости ниже определенной величины. Выключатель движения только определяет наличие или отсутствие движения (выключатель нулевой скорости). Подход с точки зрения уменьшения скорости, обычно используемый на предприятиях по хранению и переработке зерна, обладает преимуществом, так как распространенный асинхронный двигатель работает при почти постоянной частоте вращения.
Со временем для обнаружения изменения скорости движения ленты было разработано большое число устройств. Их можно разделить на две группы — электромеханические и электронные;
кроме того, имеются системы с одним или двумя заданными значениями контролируемой величины. В большинстве случаев рекомендуются устройства с двумя контрольными точками. Первая точка, которая устанавливается на величину приблизительно на 10% ниже скорости при полной нагрузке, может давать сигнал начального уменьшения скорости, а вторая точка, которая должна быть установлена примерно на 20 % ниже, будет отключать конвейер и все последующее оборудование. Идеальным заданным значением для отключения ленты является скорость, при которой начинается пробуксовка. К сожалению, очень трудно определить, какой должна быть эта скорость. Из имеющихся в продаже устройств некоторые очень легко регулировать, тогда как другие — очень трудно. Очевидно, самое лучшее устройство для контроля скорости теряет свою ценность, если оно неточно настроено или вышло из строя.
В электромеханических устройствах по контролю скорости для возбуждения выключателя используется механическое воздействие. Электромеханические устройства заменяются электронными, которые в соответствии с их электрической схемой можно разделить на две группы: аналоговые или цифровые.
Устройства аналогового типа имеют непрерывно регулируемые задаваемые значения, которые устанавливают на величину скорости, необходимой для срабатывания устройства. Если скорость контролируемых валов падает ниже установленного значения, то реле дает сигнал и (или) отключает оборудование.
Устройства цифрового типа подсчитывают импульсы, генерируемые при вращении вала в течение одной минуты, и сравнивают их число с заданной величиной. Если частота вращения равна или меньше заданного значения, реле дает сигнал и (или) отключает оборудование.
Для обеспечения эффективной и надежной работы устройство для контроля скорости должно быть сблокировано с барабаном, который всегда находится в контакте с лентой.
Другим важным моментом является управление периодом пуска.
Так как лента при пуске перемещается с низкой скоростью, то она будет отключаться устройством контроля скорости, если не предусмотреть это обстоятельство. Часто пусковую кнопку можно шунтировать с устройством контроля скорости, если ее удерживать до того момента, пока лента не достигнет эксплуатационной скорости. Однако имеется опасность того, что оператор будет удерживать кнопку и при пробуксовке ленты. Выходом из положения является реле в пусковой цепи, которое прекращает шунтирование через короткое время после пуска.
Бесконтактный датчик устанавливают в норийной трубе, и он воспринимает прохождение металлических ковшей или норийных болтов. При прохождении каждого ковша перед поверхностью датчика генерируется электрический импульс (мВ). Эти импульсы преобразуются в усилителе в аналоговый сигнал, пропорциональный скорости нории, и сравниваются с эталонным сигналом. Усилитель предназначен для установки заданного значения и калибровки. Если скорость ленты упала ниже заданного уровня, сигнал возбуждает дистанционно установленный звуковой сигнал. Одновременно нормально открытый или нормально закрытый контакт будет возбуждать дистанционный контроль или отключение. Бесконтактное устройство контроля скорости может точно воспринимать любой движущийся металлический предмет на расстоянии от него до 10 см. Оно практически не требует ремонта и может быть установлено очень просто.
Большинство подобных устройств полностью заключены в корпус, пыле — и влагонепроницаемы и устойчивы к большинству химических веществ, взрывобезопасны и нечувствительны к накоплению материала.
Контроль температуры
Перегрев подшипников, интенсивное выделение тепла вследствие истирания ленты, самосогревание хранящегося зерна, подгорающие контакты, короткие замыкания и другие источники тепла — все это опасности, которые могут привести к пожару и взрыву и которые необходимо обнаруживать заранее.
Перегрев подшипников возможен по нескольким причинам, а именно из-за неправильного выбора, эксплуатации, ремонтного обслуживания и смазки. Обычное прослушивание подшипников и проверка их на ощупь дают хорошие результаты, если проводятся регулярно.
Смещенная лента, трущаяся о корпус, будет нагревать это место очень интенсивно и быстро. Уменьшение скорости или увеличение нагрузки на электродвигатель за счет возникшего трения так малы, что их нельзя обнаружить. Очаги повышенной температуры в зерновой массе могут быть результатом избыточной влажности, конденсации, протечек воды, жизнедеятельности насекомых-вредителей, закрытых источников света в силосе, самосогревания и т. п., и их очень трудно обнаружить из-за низкой теплопроводности зерна. Большое число возможных точек нагрева и недоступность исключают ручной контроль.
Для регулярной проверки всех этих точек единственно возможным решением могут быть датчики температуры и хорошая система дистанционного управления. Имеется много датчиков для измерения температуры, а именно термопары, термисторы, термовыключатели или термочувствительные элементы; известно большое число таких устройств — от очень простых недорогих, пригодных для небольших элеваторов и зернохранилищ, до сложных систем, способных дистанционно управлять многими тысячами датчиков и оборудованных печатающими устройствами. Ниже дается обзор существующих методов измерения.
1. Инфракрасные термометры позволяют определять температуру, не поддающуюся измерению каким-либо другим способом. Система основана на использовании инфракрасной энергии, излучаемой всеми твердыми телами при температуре выше абсолютного нуля (—273 °С). Инфракрасное излучение — электромагнитные волны, длина которых больше длины волны видимого света и короче, чем длина радиоволн.
Энергия инфракрасного излучения некоторой поверхности зависит от температуры и свойств поверхности, или ее «мощности излучения», которая выражается численно от 1 до 0. Например, при одной и той же температуре черная поверхность будет излучать больше инфракрасной энергии, чем поверхность со светлой окраской. Черное тело с полным излучением, которое максимально, при любой температуре имеет мощность излучения, равную 1. Все другие тела имеют меньшую мощность излучения — 0,9—0,8—0,7 и до нуля. Система определения температуры, основанная на измерении инфракрасного излучения, указывает на зарегистрированные изменения после калибровки по черному эталонному телу.
2. Метод инфракрасного сканирования позволяет измерять температуру тела шли системы путем определения количества и характеристик энергии, излучаемой поверхностью тела. Применение этого метода можно реализовать путем использования при определенных условиях фоточувствительных элементов, которые преобразуют энергию излучения в электрическую энергию. В системе используются инфракрасные волны длиной 2,3—5,8 мкм. Кварцевые линзы отсекают инфракрасное излучение, которое после модуляции фильтруется и концентрируется на фоточувствительном элементе. Фотоэлектрический ток усиливается и передается к различным сервисным модулям, например, переносному измерительному прибору, регулирующему устройству или самописцу. В зависимости от различных диапазонов температуры и излучения измеряемых тел или материалов имеются разные типы многоточечных измерительных приборов.
Преимущества инфракрасного многоточечного измерительного прибора следующие:
температуру перегретых подшипников, топок, стен, паропроводов, изоляции и т. п. можно измерять на расстоянии 0,3—0,7 м;
температуру непрерывно перемещающихся твердых материалов можно измерять без непосредственного контакта;
температуру электронных компонентов и других материалов и предметов небольшой массы или небольших размеров можно измерять там, где показания контактного термометра будут изменяться в зависимости от состояния измеряемого объекта;
система срабатывает в течение двух секунд, что идеально для вращающегося оборудования;
не требуется контакт; можно измерять температуру грубых и неровных поверхностей и записывать температуру поверхности, находящейся под наблюдением, — это хороший метод для гранулированных материалов и отливок;
температура слишком горячих поверхностей, к которым нельзя приблизиться, может быть измерена на расстоянии.
Однако стоимость системы сканирования и требования к ее ремонтному обслуживанию довольно высокие. Это оборудование вследствие его периодического принципа действия не может заменить регулярный контроль. Система контроля непрерывно наблюдает за оборудованием, тогда как инфракрасный многоточечный измерительный прибор используется только периодически. Неисправности могут возникать и в период между проверками с применением оборудования, работающего на принципе инфракрасного излучения.
3. Инфракрасное «тепловое ружье» — простой, эффективный, портативный и бесконтактный термометр с пистолетной рукояткой, состоящий из камеры и контрольного прибора.
При направлении камеры на предмет его изображение мгновенно появляется на экране контрольного прибора, и по его яркости можно судить о температуре поверхности этого предмета.
Цифровое считывание дает определенную уверенность в показаниях и первое представление о всем температурном диапазоне, что считается недостижимым с помощью любого прибора с цифровой выдачей результатов.
Кнопка установки на нуль позволяет проводить точную калибровку. Правильная эксплуатация обеспечивается испытанием специальной градуировочной цепи и функциями поверочной батареи. Тепловое ружье позволяет наблюдать перемещение иглы в процессе сканирования и определять относительные температуры поверхностей. Многие фирмы выпускают этот прибор в обычном и специальном исполнении для диапазонов высоких и низких температур.
4. Прибор для измерения температуры с использованием соли применяется там, где исключается индивидуальный контроль из-за недоступности и большого числа подшипников, установленных на элеваторе или в зернохранилище. В «термочувствительном детекторе солевого типа» имеется специальная соль, которая находится в металлической трубке. В тех случаях, когда какая-то точка по длине трубки становится достаточно горячей для расплавления соли, замыкается электрическая цепь и отмечается перегрев.
5. Контроль температуры на элеваторе. Самый большой враг хранящегося зерна — тепло, и основными причинами его выделения являются конвективные потоки, миграция влаги и зараженность насекомыми.
Конвективные потоки, циркулирующие в теплом зерне в течение холодных месяцев года, способствуют накоплению влаги в направлении к верхней части зерновой массы. При повышении наружной температуры зерно в верхней части силоса становится более теплым и влажным. Создаются оптимальные условия для начала прорастания зерна. Зерно — живой организм, и при прорастании оно дышит, выделяя большое количество тепла и влаги. Насекомые, имеющиеся в зерновой массе, чувствуют эти очаги тепла и влаги и перемещаются в их направлении, добавляя тепло и влагу, образующиеся в процессе их жизнедеятельности. Как только ситуация выходит из-под контроля, ее почти невозможно исправить. Ухудшение качества и порча зерна приводят к снижению его пищевой ценности и значительным экономическим потерям. Следовательно, залогом безопасного хранения зерна является своевременное обнаружение любого повышения температуры.
Системы электронного контроля температуры обнаруживают это в самом начале, позволяя управляющему элеватором принять неотложные меры. Для быстрого и точного определения температуры в зерновых силосах различных типов и размеров разработаны ручные, полу — и полностью автоматические системы дистанционного контроля температуры. В большинстве систем принцип измерения основан на изменении сопротивления термистора, который является частью моста Уитстоуна. Изменение окружающей температуры изменяет сопротивление термистора и вызывает разбалансировку моста. Это приводит к изменению показаний прибора в соответствии с температурой.
На практике датчики температуры состоят из термисторов, подвешенных на кабеле, на котором их может быть до 10. Кабель защищен армированной оболочкой, подвешен к верхнему перекрытию силоса и находится в непосредственном контакте с зерном. Оболочка кабеля связана с соединительной коробкой, расположенной в зависимости от конструкции перекрытия внутри или снаружи силоса. Кабели, идущие от отдельных силосов, соединяются с релейным шкафом и считывающим устройством, установленным в диспетчерской. В полностью автоматической системе печатающее устройство фиксирует температуру во всех силосах в зависимости от потребности один раз в день или чаще. Если температура превышает установленный предел, то она будет отпечатана красным шрифтом, в других случаях — черным.
Когда температура хранящегося продукта достигает критической величины, требующей активных действий для ее снижения, то обычно осуществляют перегрузку или перепуск зерна из одного силоса в другой. Единственным недостатком системы является то, что кабель, на котором установлены датчики, подвешен к перекрытию силоса и при выгрузке продукта из силоса испытывает усилие до 5 т.
Контроль нагрузки
На всех важных приводах обычно устанавливают устройства, измеряющие силу тока, или измерители нагрузки.
Некоторые приборы показывают полную нагрузку и процентное ее превышение. Многие из них имеют электронный контроль заданного значения на «временной базе», и, как только это значение превышается, звучит сигнал и система отключается.
Контроль повреждения заземления
Электроэнергия при ее неправильном использовании — наиболее вероятный источник пожара. Загорание может произойти, если температура поверхности оборудования чрезмерная, особенно если на таких поверхностях образуется слой пыли.
Скопления пыли могут загораться от искр, образующихся при работе реле, когда плавятся вставки, повреждены кабели или оборудование. Если поврежденная проводка приходит в контакт с наружной средой при пробое или повреждении изоляции, может образоваться очаг с повышенной температурой, где происходит утечка электроэнергии. Это тепло может быть достаточным для того, чтобы загорелся неподвижный слой пыли на проводе, а человек, коснувшийся проводки, может получить удар электрическим током. Оборудование для обнаружения замыкания на землю контролирует утечку электричества из силовой системы в землю и дает предупреждение или отключает подачу энергии при достижении опасного уровня.
Контроль статического электричества
Загорание может быть вызвано статическим электричеством. Всякий раз, когда две подобные поверхности, находящиеся в близком контакте, разделяются, они приобретают электростатический заряд: одна — положительный, другая — отрицательный. Заряд не накапливается, когда разделяемые поверхности являются хорошими проводниками, так как они сохраняют одинаковый потенциал до тех пор, пока площадь контакта незначительна; заряд накапливается между хорошим и плохим проводниками.
Накопление электростатического заряда ограничено несовершенством изоляции заряжаемых поверхностей и возможностью разряда на проводник через воздух при превышении «разрывного усилия воздуха» (приблизительно 30 000 В/см). Относительная влажность воздуха свыше 50 % благоприятствует безвредному стеканию разряда с поверхностей при низком потенциале, что предотвращает опасное нарастание напряжения. Статическое электричество на предприятиях по хранению и переработке зерна необходимо контролировать, чтобы оценить его величину и определить потенциальную опасность. Стационарные контрольно-измерительные приборы обычно работают по принципу электрометров, и их трудно использовать для количественной оценки. Однако некоторые из имеющихся приборов способны показывать статическое напряжение до 200 000 В и более.
Необходимо, чтобы каждое предприятие по хранению и переработке зерна имело надежное заземление всех конструктивных элементов оборудования. Все заземляющие провода должны соединяться с неизолированным металлом, не должны окрашиваться или покрываться каким-либо веществом. Следует использовать обычное замыкание на землю и систематически его проверять для обеспечения надежности.
Контроль потока
Датчики потока сигнализируют о завалах или нарушениях, потока гранулированных и пылевидных продуктов в системах пневматического и самотечного транспорта.
Имеется несколько типов таких устройств.
1. Контактный датчик имеет чувствительный элемент в виде электрода и контрольный прибор. Датчик должен быть установлен впотай с отверстием в материалопроводе, чтобы не было выступающих частей, задерживающих поток материала. На электроде устанавливается головка с небольшим емкостным сопротивлением и многожильным кабелем, она соединяется с контрольным прибором низкого напряжения.
При движении материала по материалопроводу электрод и головка могут обнаружить мгновенные изменения емкостного сопротивления, вызываемые колебаниями потока, которые накладываются на медленные изменения постоянного емкостного сопротивления, обусловленные изменением плотности, диэлектрической постоянной, влажности и температуры. Система очень чувствительна и проста в обращении, так как ее характерной особенностью является непрерывная автоматическая компенсация всех нежелательных переменных. В процессе эксплуатации не требуется регулировка, даже при переходе от одного материала к другому.
Выпускаются различные типы контактных датчиков. Наиболее простой имеет одну встроенную лампу и одно реле и показывает только наличие или отсутствие потока.
Наиболее сложный датчик имеет три лампы: одна отмечает нарушение потока при заполненной линии и закупорке материалопровода ниже датчика, вторая лампа указывает, что поток нормальный, а третья лампа фиксирует нарушение потока при незаполненной линии и закупорке материалопровода выше датчика.
Для соединения с дистанционным сигнально-контрольным оборудованием имеются реле.
2. Звуковой датчик воспринимает звук при перемещении зерна по материалопроводу. Датчик этого типа крепится на болтах снаружи материалопровода без его разрезания. Так как датчик звуковой, то он указывает на наличие материала только при появлении звука. Можно устанавливать такие датчики и на материалопроводы с покрытиями, если принять соответствующие меры.
3. Клапаны и задвижки с автоматическим управлением могут при необходимости контролировать поток, а также сообщать оператору о приблизительном характере потока.
Эти системы предотвращают завалы, которые могут иметь место, если в случае аварийной ситуации не отключается подача продукта.
Контроль положения
Устройства контроля положения различных конструкций используют в работе задвижек, перекидных клапанов, где требуется разделение потока, телескопических самотеков и распределительных устройств. Наибольшее распространение получили конечные выключатели двух категорий — контактные с механическим управлением и бесконтактные.
1. Контактные выключатели с механическим управлением выпускаются многими фирмами. Большинство из них рычажного типа с различной комбинацией контактов.
Большая часть информации в системах контроля современных предприятий по хранению и переработке зерна определяется конечными выключателями, однако пока еще уделяют мало внимания конструкции оборудования, которым управляют эти выключатели. Компоновка электрической схемы контактных выключателей должна быть надежной, т. е. закрытый выключатель указывает на нормальное состояние, а размыкание цепи или отсутствие выключателя сигнализирует об опасности. К сожалению, многие системы конструируют так, что выключатель бывает буквально сорван движущимся оборудованием.
В зонах повышенной загрязненности на предприятиях по хранению и переработке зерна рычаги выключателя могут разрушаться, подвергаться изгибу, износу или повреждению. Во многих случаях на пульт управления не поступает звуковой или световой сигнал, свидетельствующий о каком-либо нарушении, пока в системе не произойдет серьезный завал или смешивание продуктов.
2. Бесконтактные выключатели. Недостатки, присущие распространенным контактным выключателям с рычагами, могут быть устранены путем использования бесконтактных выключателей с электронными реле.
Выключатели этого типа обладают некоторыми важными преимуществами, а именно:
- отсутствие движущихся механических частей как внутри, так и снаружи;
- возможность использования в очень пыльных и влажных помещениях;
- отсутствие контакта или трения с движущимся контролируемым объектом;
- незначительный износ и простота ремонтного обслуживания;
- срок службы не зависит от степени использования;
- возможно использование для быстродвижущихся объектов;
- высокая надежность в случае правильного выбора;
- независимо от выбранного типа выключателя движущийся элемент может быть как из токопроводящего, так и из изоляционного материала;
- некоторые типы выключателей снабжены встроенной сигнальной лампой.
В случае бесконтактного выключателя прохождение движущегося элемента вне датчика вызывает открытие и (или) закрытие контактов тиристора. Известны следующие типы выключателей.
Индуктивный бесконтактный выключатель позволяет обнаружить магнитные элементы и состоит из двух основных частей: индикаторной головки с датчиком, включающей обмотки колебательного контура, и мощного корпуса, в котором размещены печатная схема, электронные тиристоры, транзисторы, диоды, конденсаторы и резисторы, причем все они пропитаны смолой, обеспечивающей изоляцию.
Емкостной бесконтактный выключатель позволяет обнаруживать все элементы — как изоляторы, так и проводники. Выключатель срабатывает, когда движущийся элемент при прохождении между электродами оказывает влияние на величину емкости конденсатора.
При монтаже бесконтактных выключателей необходимо принять некоторые меры предосторожности. При совместной установке различных выключателей возможны нарушения, обусловленные помехами. Этого можно избежать при минимальном расстоянии между контролируемыми устройствами. Наличие металлической массы вблизи выключателя может снизить воспроизводимость контрольных операций, и это следует устранять использованием изолирующих материалов.
3. Фотоэлектрические выключатели позволяют обнаружить присутствие или прохождение движущегося объекта при пересечении луча света. Известны два типа выключателей — системы Reflex и системы Barrage.
В компактном корпусе выключателя системы Reflex установлены источник излучения и приемник. Луч света отражается на приемник с помощью отражателя с большим числом призм. Эта система экономична, поддается легкой регулировке и для нее легко проводить электрическую проводку, но длина последней не должна превышать 6 м (на большем расстоянии отражающий элемент не обнаруживается). В системе Barrage излучатель и приемник расположены как отдельные элементы. Когда интенсивность светового луча достигает определенного предела, фоточувствительный элемент дает сигнал, который после усиления коммутирует выход.
Преимуществами системы Barrage являются более широкий рабочий диапазон (до 12 м) и возможность обнаружения отражающего элемента. Однако его цена значительно выше, электрическая монтажная схема сложнее и требуются более точные регулировка и соосное размещение излучателя и приемника.
Контроль трения ленты
Задевающая за корпус лента нории или ленточного конвейера представляет серьезную опасность, так как зона, в которой происходит трение, обычно небольшая, поэтому происходит очень быстрое и интенсивное выделение тепла.
Большинство систем, применяемых для обнаружения этого явления, фактически представляют собой описанные ранее системы контроля.
1. Одним из наиболее распространенных и простейших путей является установка устройств контроля положения на любой стороне загрузочного и разгрузочного концов ленты. Когда лента смещается к какой-либо стороне, она воздействует на устройство, передающее на контрольный прибор сигнал о смещении ленты.
2. Другим устройством для обнаружения смещения ленты является датчик температуры, который может быть подсоединен к системе ее контроля. При длительном трении ленты и нагреве металла система реагирует на выделяющееся тепло и дает соответствующий сигнал.
3. В третьей системе используются только бесконтактные датчики, устанавливаемые с обеих сторон ленты вблизи приводного и неприводного барабанов. При смещении ленты на одном из барабанов срабатывает соответствующий выключатель.
Контроль давления в матерчатом фильтре
Аспирационные системы — важнейшая часть крупных предприятий по хранению и переработке зерна. Работой аспирационной системы можно управлять, применяя указатели перепада давлений, так как падение давления в фильтре свидетельствует о поврежденных рукавах или очень сильном засорении их пылью. Падение давления в матерчатом фильтре свидетельствует о возможном повреждении.
Контроль искрения
Искры, перемещающиеся в самотеках, воздуховодах, фильтрах и системах перегрузки пыли, сушилках, нориях, бункерах для пыли и другой опасной запыленной окружающей среде, могут воздействовать на электронные фотодиоды, обладающие высокой чувствительностью, или детектором искр (фирма «Grecon», ФРГ), которые посылают электронный сигнал на пульт управления.
При получении сигнала от чувствительных элементов или устройств у пульта управления немедленно включается соленоидный клапан системы пожаротушения и возбуждается визуальный и звуковой сигналы. При обнаружении первой искры или появлении заранее установленного числа искр в течение заданного времени с пульта управления также отключается транспортное и технологическое оборудование.
Автоматическая система пожаротушения создает мелкораспыленную водяную струю. Распыливающие сопла устанавливаются с противоположных сторон воздуховодов, обеспечивая надежную работу системы сдвоенного распыления для тушения искр.
Система способна образовывать большое число водяных струй в самотеке или воздуховоде в течение 200 мс с момента обнаружения.
С одного пульта управления можно управлять 20 зонами защиты.