Статьи Контроль объемного расхода продукта по конвейерной ленте

Контроль объемного расхода продукта по конвейерной ленте

Содержание:

Учет расхода объёма материала ультразвуковым методом на транспортерной ленте

Одной из важнейших задач на производстве является учет перемещения объема продукта между различными технологическими участками. И если контроль объема прошедшего жидкого продукта можно осуществлять при помощи расходомеров с высокой точностью, то при транспортировке твердого неоднородного продукта измерение его расхода сопряжено с определенными трудностями. К такому продукту можно отнести: картофель, сахар-песок, ягоды, зерно, металлические заготовки, мусор и т.д. (см. рисунок 1).

Измерение расхода продукта на ленточном транспортере — Рисунок 1 — Измерение объемного расхода продукта при перемещении его транспортером

При этом существует несколько способов транспортировки:

ленточный транспортер;
скребковый транспортер;
шнековый транспортер;
пневмотранспортировка (для рассыпчатого продукта).

Учет расхода объёма материала ультразвуковым методом на транспортерной ленте

В рамках данной статьи мы рассмотрим способ измерения объемного расхода продукта при перемещении его ленточным транспортером, на базе ультразвуковых датчиков измерения расстояния mic+ фирмы Microsonic (Германия). Они обладают следующими преимуществами:

бесконтактное измерение расстояния до поверхности любой формы (принцип измерения подробно описан в статье «Особенности измерения расстояния / уровня ультразвуковыми датчиками»);
надежная работа в условиях высокой запыленности (мука, крахмал, какао), высокой влажности или брызгах воды;
измерение с высокой точностью 1 %;
унифицированный аналоговый выходной сигнал 4...20 мА или 0...10 В, который позволяет легко подключить датчики в систему управления;
малое время отклика. Например, для модели mic+25/IU/TC с аналоговым выходным сигналом, время отклика составляет всего 32 мс на заводских настройках.

Измерение объемного расхода может быть организован следующим образом: ультразвуковой датчик устанавливается сверху и определяет высоту движущегося потока h. Зная ширину конвейерной ленты L, мы можем приблизительно определить площадь сечения потока S (см. рисунок 2):

S = L \cdot h (1)

Рисунок 2 — Определение площади потока продукта на ленте

Далее, если управление происходит посредством преобразователя частоты, то с него можно считать выходную частоту f и перевести ее в линейную скорость перемещения продукта V, зависящую от диаметра ролика d и передаточного числа i редуктора (если он используется), без учета побочных факторов (скольжения электродвигателя, проскальзывание или растяжение ленты и так далее):

V = \frac{f π d}{i} (2)

Исходя из этого, легко рассчитать искомый объемный расход продукта Q, перемножив формулы (1) и (2):

Q = V \cdot S = \frac{L π d}{i} \cdot h \cdot f = K \cdot h \cdot f (3)

В данном случае, коэффициент К введен для упрощения — это константа, зависящая от характеристик транспортера.

Пример организации системы автоматики, позволяющей реализовать данный алгоритм расчета объёма материала, представлен на рисунке 3.

системы автоматики ультразвукового измерения — Рисунок 3 — Пример организации системы автоматики

Панель оператора Elhart ECP-07 по интерфейсу RS-485 производит опрос преобразователя частоты Elhart EMD mini, получая данные о текущей выходной частоте вала двигателя, а также 2-х канального измерителя-регулятора Elhart ECD2-M, к одному из аналоговых входов которого подключен ультразвуковой датчик mic+ (ECD2-M выступает в качестве бюджетного 2-х канального ModBUS модуля ввода аналоговых сигналов, с дополнительной индикацией на дисплее и дискретными выходами для сигнализации о переполнении ленты). Математика расчета и отображение результатов происходит непосредственно на панели оператора.

Использование одного ультразвукового измерителя неверно, если продукт на ленте распределен неравномерно, или ширина ленты слишком большая. На рисунке 4а показан пример подобной ситуации — рассчитанный объемный расход будет очень сильно отличаться от реального. В свою очередь, на рисунке 4б показано измерение уже двумя датчиками: после вычисления системой среднего арифметического, расчет объемного расхода станет намного более достоверным.

измерение объёма ультразвуком — Рисунок 4 — Расчет объёмного расхода продукта ультразвуковым методом

Таким образом, чем больше датчиков участвует в измерении, тем лучше. Однако выбор оптимального количества датчиков, требуемых для реализации подобной системы, будет зависеть от требования к точности вычисления расхода, от неравномерности распределения продута на ленте и от ширины самой ленты. Зачастую, это определяется экспериментально.

При использовании нескольких бесконтактных УЗ датчиков рядом друг с другом необходимо обеспечить расстояние монтажа между ними не менее, чем указанно в таблице 1.

Таблица 1 – Расстояние между УЗ датчиками
Модель УЗ датчика	Расстояние между УЗ датчиками
mic+ 25	≥ 0,35 м
mic+ 35	≥ 0,4 м
mic+ 130	≥ 1,1 м
mic+ 340	≥ 2,0 м
mic+ 600	≥ 4,0 м

Если же соблюсти эти требования невозможно (датчики необходимо располагать ближе друг к другу), то показания одного датчика могут влиять на показания другого (см. рисунок 5).

измерение ультразвукомыми датчиками — Рисунок 5 — Взаимодействие нескольких ультразвуковых датчиков

Для понимания процесса влияния, рассмотрим измерение системой поэтапно.

1-й этап: датчик №2 отправил ультразвуковой импульс, который конусообразно распространился в воздушной среде (более точно зона распространения ультразвуковой волны для разных моделей датчиков приведена в руководстве по эксплуатации;

2-й �