Микроволновые датчики промышленного применения

Технологичные процессы, датчики

Ни одна система управления производством не может обойтись без источников первичной информации - датчиков состояния технологического оборудования. Основной задачей АСУ ТП является точное соблюдение технологии переработки сырья в готовую продукцию. Кроме непрерывного контроля за состоянием оборудования и предупреждения аварийных ситуаций, грамотно построенная система должна следить за перемещением продукта по всей цепочке перерабатывающих машин.

Технологические процессы, связанные с изменением химического состава сырья, смешиванием в потоке различных веществ, увлажнением и т. д. должны при пропадании одного из компонентов обеспечивать надежную отсечку остальных. Для контроля наличия потока продукта до сих пор используются подпружиненные поворотные пластины с микропереключателями. В процессе работы они подвергаются непрерывным ударным нагрузкам влажных и агрессивных сред, что, естественно, очень скоро приводит к "залипанию" контактов или механическому разрушению пластин.

Обслуживание датчиков

Таким образом, отсутствие надежных и недорогих датчиков для контроля состояния промышленных механизмов приводит к снижению эффективности систем управления производством, уменьшает отдачу от средств, вложенных в автоматизацию. Сложные и дорогостоящие АСУ ТП, привязанные к датчикам традиционных типов, являются лишь средством для удобного группового включения-выключения технологических цепочек и часто не способны улучшить качество продукции, экономить сырье и ресурсы.

Необходимость постоянного технического обслуживания и регулировок датчиков приводит к простоям - для очистки емкостного датчика от налипшего продукта следует разгрузить бункер, подготовить и установить лебедку для опускания в него человека, по окончании работ вновь отрегулировать прибор; для замены тахогенераторного или магнитоиндуктивного датчика скорости на нории необходима полная разборка ее башмака - все это обычно занимает несколько часов, снижая производительность предприятия в целом.

Работа датчика

Допплеровский приемо-передающий модуль первичного преобразователя через герметичный пластиковый корпус излучает радиосигнал на движущийся объект. В случае таким объектом является лента вертикального ковшового транспортера (нории). Если лента движется, то на выходе модуля возникает переменное напряжение, частота которого прямо пропорциональна скорости движения. После предварительной обработки сигнал преобразуется в последовательность коротких токовых импульсов, не подверженных воздействию промышленных помех, и поступает в реле скорости. Оно обычно устанавливается в электрощитовом помещении вблизи пускателя и при выходе скорости механизма за пределы установленной зоны либо отключает его, либо сигнализирует об аварии.

Описанный выше принцип действия датчика РД КС-01 позволяет контролировать скорость любых объектов независимо от того, из какого материала они изготовлены. Поэтому прибор может применяться на таких машинах, как нории с закрытым башмаком, с пластиковыми ковшами, сдвоенные нории и т. п. Монтаж и подключение датчика не вызывают трудностей, так как, во-первых, связь между РДКС-01ПП и РДКС-01РС осуществляется по двум проводам, а во-вторых, первичный преобразователь может быть установлен в любом месте конвейера. Это позволяет использовать РД КС-01 вместо датчиков старых типов без прокладки дополнительных кабелей.

Корпус первичного преобразователя имеет подтвержденную независимыми испытаниями степень защиты IР54, что позволяет использовать его во взрывоопасных помещениях категории ВПА (разрешение Госгортехнадзора России N 02-35/470). Завершая обзор датчика РД КС-01, следует отметить, что при всех своих преимуществах он не дороже других отечественных промышленных устройств контроля скорости.

Датчик движения

Датчики движения РДД-02 и РДД-03  позволяют системе управления "видеть" прохождение продукта через перерабатывающие машины, то есть контролировать весь ход технологического процесса от приема сырья до выпуска готовой продукции. Управляя отключением незагруженных механизмов, предотвращая попадание продукта в воздуховоды аспирационных сетей, датчики движения дают реальную экономию сырья и электроэнергии. Кроме этого, они могут быть использованы для контроля за движением шлюзовых затворов, цепных конвейеров, а также любых других электрических машин. Например, установка датчика движения на цепной конвейер позволит моментально остановить его при обрыве цепи, что избавит предприятие от затрат на ремонт и восстановление разрушенного механизма.

Если "зависание" продукта внутри перерабатывающей машины способно привести к выходу ее из строя, то единственно возможная замена оператору у смотрового окна - установка датчика движения в ее выходящий продуктопровод.

Аналогично устройству контроля скорости РД КС-01, принцип действия датчиков движения основан на эффекте Допплера, то есть движущийся объект вызывает появление электрического сигнала на выходе микроволнового приемо-передающего модуля.

Сигнализатор движения РДД-02 подключается непосредственно к сети переменного тока напряжением 187-242 В, потребляя не более 2 ВА. Степень защиты корпуса РДД-02 - IР54.

Конструкция датчика РДД-ОЗ позволяет устанавливать его на продуктопроводы диаметром от 50 мм. Выходным каскадом прибора является электронный ключ, защищенный от короткого замыкания в цепи нагрузки. Диапазон питающего напряжения (от 12 В постоянного до 220 В переменного тока) и нагрузочные характеристики ключа (от 50 до 500 мА, от 12 до 220 В переменного или постоянного тока) определяются требованиями заказчика. Внутреннее потребление самого датчика не превышает 5 мА, рабочее расстояние - до 30 см, степень защиты от воздействия пыли и воды - IР65.

В типовом исполнении приборы могут определять наличие движения в диапазоне скоростей от 0.1 до 25 м/с. Для очень быстрых объектов верхняя граница контролируемой скорости может быть расширена. Чувствительность датчиков регулируется в широких пределах, позволяя контролировать движение практически любых материалов - от металлических лопастей вентилятора до высушенных отходов деревообрабатывающего производства.

Датчик монтируется на короб транспортера вблизи приводной станции. Рабочее расстояние сигнализатора ограничивается регулятором чувствительности так, чтобы датчик реагировал на движение ближней (верхней) ветки цепи. При обрыве цепи в любой точке она сразу провисает у приводной станции, выходя из зоны действия прибора.

Аналогичным образом можно определять не только наличие или отсутствие механических перемещений, но и контролировать изменение расстояния от движущегося объекта до места установки датчика.

Микроволновый сигнализатор уровня

Принцип действия микроволновых сигнализаторов уровня заключается в ослаблении амплитуды радиосигнала при прохождении им слоя продукта.

На боковые стенки объекта по разным его сторонам устанавливаются генератор и детектор радиосигнала. Когда пространство между ними заполняется продуктом, амплитуда напряжения на выходе детектора резко падает, что приводит к срабатыванию датчика "на подпор". Налипание сырья на СВЧ-узлы не влияет на работу прибора - чувствительность датчика регулируется так, чтобы он срабатывал при полном перекрытии продуктом детекторного модуля.

Слой налипшего продукта в несколько сантиметров не является преградой для распространения радиолуча - прибор сработает, когда толщина слоя составит полную ширину бункера. По этой же причине датчик не реагирует на запыленность внутри объекта, нечувствителен к прикосновению продукта к рабочим поверхностям первичных преобразователей при заполнении и опорожнении бункера. Особенно ярко положительные свойства микроволновых сигнализаторов уровня проявляются в таких местах, где происходит обработка продуктов горячим воздухом или паром -именно там стенки бункера "зарастают" в первые минуты работы и любые другие приборы сразу становятся неработоспособными. Не влияют на датчик и перепады температуры - амплитуда сигнала генератора и чувствительность приемника практически постоянны в диапазоне от -40 до +40ш С. Степень защиты выносных модулей от воздействия пыли и воды -не ниже IР65, а сигнализатора - IР54.

Микроволновые датчики, применение

В большинстве случаев микроволновые датчики способны заменить радиоактивные изотопные сигнализаторы уровня, эксплуатация которых требует немалых затрат из-за необходимости оплачивать периодические проверки контролирующим органам Атомнадзора. Такая замена не только избавляет предприятие от потенциально опасного оборудования, но и экономически выгодна - стоимость перехода на микроволновые датчики с учетом утилизации радиоизотопных, как правило, меньше, чем затраты на одну периодическую проверку. Микроволновые датчики уже несколько лет успешно работают на месте радиоизотопных с различными средами - от зерна до металлосодержащей руды.

Номенклатура сигнализаторов уровня позволяет использовать их для 'контроля подпора в различных объектах -самотеках и бункерах размером от 20 см до 8 м. Датчик РСУ-3, предназначенный для объектов небольшого размера, имеет только один выносной модуль - детектор, а генератор радиосигнала встроен в корпус сигнализатора.

Полностью проконтролировать процесс прохождения продуктом материалопровода позволяет датчик РДДП-01. Он независимо различает движение потока продукта и подпор. Таким образом, прибор индицирует все возможные процессы, происходящие внутри - нет продукта, продукт движется или уже заполнил объект. С помощью выходных сигналов датчика можно добиться, например, постоянного наличия в продуктопроводе потока сырья, включая разгрузку в случае подпора и подачу при отсутствии продукта. Сигнал о движении потока будет сигнализировать о нормальном ходе технологического процесса.

Внутри корпуса сигнализатора установлен допплеровский приемо-передающий модуль. При движении продукта частота отраженного радиосигнала отличается от излученной.

Микроволновые устройства контроля скорости, датчики движения и сигнализаторы уровня в течение нескольких лет успешно эксплуатируются на сотнях предприятиях различных отраслей. Они имеют несомненные преимущества над другими типами промышленных датчиков, что позволяет повысить безопасность технологических процессов, снизить износ оборудования, расширить функциональные возможности автоматизированных систем управления производством, существенно экономить материальные и энергетические ресурсы.