陳小剛，姚中海，梁彥兵，蘆 偉

（中糧工程裝備（張家口）有限公司，河北 張家口 075000）

輥式磨粉機是通過一對相對轉(zhuǎn)動的磨輥對小麥原糧進行擠壓、搓撕和剪切，從而破碎小麥、剝離麩皮和麥芯的設備，它是小麥制粉的三大主機之一，是整個小麥制粉生產(chǎn)線的核心裝備，起著承上啟下的作用，其穩(wěn)定和可靠性直接影響小麥粉的品質(zhì)，磨粉機的發(fā)展經(jīng)歷了從單式到復式、從手動到液壓再到氣動和自動控制、從小型到大型、從4輥到8輥的發(fā)展歷程。

傳感器是一種檢測裝置，它能感受到被測量物體的信息，并能將感受到的信息，按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成為電信號或其它所需形式的信息輸出，隨著現(xiàn)代化的進程和智能生產(chǎn)的需要，傳感器逐步運用于輥式磨粉機中，用于物料監(jiān)測、動作檢測、溫度和其它的工作參數(shù)的檢測。傳感器的運用提高了磨粉機的控制精度和工廠智能化程度。近年來輥式磨粉機采用的傳感器類型和形式多種多樣，性能各有優(yōu)缺點。

1 常用傳感器的類型和性能特點

常用傳感器主要分為開關(guān)量、模擬量和數(shù)字量傳感器三種類型，其中開關(guān)量和模擬量傳感器運用廣泛。

（1）開關(guān)量傳感器輸出的是高低電平變化的開關(guān)量信號，開關(guān)信號只有0和1兩個狀態(tài)，可看作絕對碼只有一位編碼時的特殊情況，一般用于檢測被測物的狀態(tài)、動作或位置，開關(guān)量傳感器主要有接近開關(guān)、光電開關(guān)和磁性開關(guān)等，行程開關(guān)、光電開關(guān)等傳感器的輸出就是開關(guān)信號，如輥式磨粉機常用接近開關(guān)檢測喂料狀態(tài)和研磨離合閘。

（2）模擬量傳感器輸出的是連續(xù)的電流、電壓或電阻等模擬量信號，輸出電流一般為4～20 mA或0～20 mA,輸出電壓一般為0～5 V、0～10 V或1～5 V,輸出電阻一般為pt100、pt200、pt500或pt1 000。

工業(yè)上一般均采用電流為4～20 mA作為模擬量輸出信號，主要有兩個原因，首先是相對于電壓模擬量而言具有更好的抗干擾能力，傳輸信號時，信號線具有一定的電阻，若采用電壓傳輸則會在導線內(nèi)產(chǎn)生一定的壓降，導致接收端的信號產(chǎn)生一定的誤差。其次就是因為采用電流模擬量時，使用的是兩線制，即兩根線即是信號線，同時也是電源線，而采用4～20 mA作為模擬量輸出是為了能夠給傳感器電路提供4 mA的靜態(tài)工作電流。輸出為電阻信號基本用于溫度監(jiān)測，數(shù)字越大精度越高，模擬量傳感器主要有電容傳感器、溫度傳感器、電壓傳感器、壓力傳感器和流量傳感器等，如輥式磨粉機常采用電容傳感器檢測物料高度。

（3）數(shù)字量傳感器通常是數(shù)字量信息或是將測得的模擬量信號經(jīng)過數(shù)據(jù)處理而輸出數(shù)字量數(shù)據(jù)，常見的數(shù)字量傳感器有震動傳感器、按鈕傳感器、碰撞傳感器、觸摸傳感器和各種形式的編碼器，如輥式磨粉機通過編碼器準確控制伺服電機的傳動精度。

不同類型的傳感器其工作原理和性能各不相同，數(shù)字量在時間和數(shù)值上都是斷續(xù)變化的離散信號，模擬量反映的是電量測量數(shù)值在時間和數(shù)值上都是連續(xù)變化的信號，開關(guān)量反映的是狀態(tài)信號如開關(guān)的斷開和閉合，數(shù)字量和開關(guān)量類傳感器受外界干擾小，信息輸出可靠，但對于需要實時控制或連續(xù)監(jiān)測的場合存在滯后或間斷。模擬量信息輸出是連續(xù)的，運用較廣，但在信息輸出過程中往往容易受外界影響，尤其是在長距離傳輸或在具有較強磁場的環(huán)境下容易受干擾影響數(shù)據(jù)的準確性，在選用時需要通過減少傳輸距離、做好屏蔽和接地工作等來保證信息的可靠性。

2 輥式磨粉機料位控制傳感器

輥式磨粉機的料位高度和料位波動區(qū)間將直接影響整個制粉車間的工藝平衡，料位的控制精度和波動區(qū)間控制能力是評判輥式磨粉機性能是否穩(wěn)定可靠的一個重要指標，輥式磨粉機料位控制主要有機械伺服控制（如圖1所示）和傳感器智能料位控制（如圖2、3和4所示），氣控磨粉機采用機械伺服料位控制，通過不同物料高度給重力浮漂（圖1所示2）施加不同的重量，通過隨動轉(zhuǎn)臂（圖1所示5）控制喂料門（圖1所示6）開啟度來控制物料的流量，從而實現(xiàn)料位的控制；電控磨粉機通過電子傳感器采集物料信號，輸出控制信息，控制喂料輥的轉(zhuǎn)速，從而控制物料流量，達到控制物料高度的目的，隨著智能化程度的發(fā)展和傳感器的運用，氣控磨粉機的使用量逐年較少，而電控磨粉機的使用量逐漸增多，各輥式磨粉機生產(chǎn)廠家使用的控制物料的電子傳感器類型雖有所不同，都達到了控制物料流量的目的，但是各有優(yōu)缺點，下面對輥式磨粉機常用的料位傳感器做簡要分析。

圖1 機械伺服料位控制示意圖

圖2 電容料位傳感器控制示意圖

2.1 電容料位傳感器

電容式料位傳感器，是通過插入料倉中的電極與料倉壁之間構(gòu)成電容器（如圖2），存料桶倉內(nèi)物料高度的變化引起電容量的變化，通過轉(zhuǎn)換電路得到相應的電壓或電流控制信號，因為電容量是連續(xù)變化的，因此電容料位傳感器可連續(xù)檢測料位高度，從而可任意控制料位高度和物料波動區(qū)間，也可用作料位開關(guān)，作為喂料或停機的輸入信號。

圖4 光電料位傳感器控制示意圖

優(yōu)點:安裝和維修方便、可連續(xù)檢測物料狀態(tài)，物料控制精度高，不受物料比重和粉塵影響。

缺點:

（1）模擬量信號抗干擾能力相對數(shù)字量較差，不適合長距離的信號傳輸。

（2）不同物料和水分對應的電容值不同，在使用過程中因物料變化或水分變化，需要進行料位標定。

2.2 重力料位傳感器

重力式料位傳感器，是通過在重力傳感器固定一重力感應力臂，一般采用?6的碳鋼或不銹鋼桿制作，將重力感應力臂深入存料倉下部（如圖3），檢測存料筒內(nèi)實時的物料變化，重力感應力臂將存料筒內(nèi)物料的重量變化信息通過重力物料傳感器輸出重量信息，判斷倉內(nèi)的物料高度，從而控制物料高度和物料波動區(qū)間。

圖3 重力料位傳感器控制示意圖

優(yōu)點：價格低，安裝維護方便、可連續(xù)檢測物料高度。

缺點：

（1）輸出模擬量信號抗干擾能力相對數(shù)字量較差，不適合長距離傳輸信號，可輸出數(shù)字量信號，但成本較高，相差約2～3倍。

（2）重力檢測敏感性較差，在小麥制粉后路工藝位置，因物料比重小，料位高度控制不靈敏，檢測信息準確性較差，物料波動區(qū)間相對較大。

2.3 光電料位傳感器

光電料位傳感器，內(nèi)部包含若干組（一般為10～15組）近紅外發(fā)光二極管和光敏接收器。發(fā)光二極管所發(fā)出的光被導入傳感器相對應位置的透鏡。當存料筒內(nèi)物料浸沒光電料位開關(guān)的透鏡時，則光折射到物料中，從而使接收器接收不到或只能接收到少量光線。對應的光電料位開關(guān)通過感應這一工況變化后，發(fā)出相對應的位置信息，供控制器來判斷物料位置高度。

優(yōu)點：成本低，開關(guān)量輸出信息，具有較強的抗干擾能力，適合遠距離輸出信號。

缺點：

（1）容易受物料粉塵影響導致光敏接收器不能接收真實的物料信息。

（2）不能連續(xù)監(jiān)測物料變化，固定點位，物料波動區(qū)間受傳感器檢測點位影響，物料穩(wěn)定區(qū)間設置點位間距限制，相對物料波動較大。

3 輥式磨粉機狀態(tài)監(jiān)測傳感器

輥式磨粉機工作狀態(tài)主要通過接近開關(guān)傳感器檢測運行狀態(tài)或工作位置，如喂料輥運行狀態(tài)、磨輥的運行狀態(tài)和磨輥離合閘的工作位置等，由于接近開關(guān)傳感器屬于開關(guān)量傳感器，其輸出信號是通過開閉0和1兩個狀態(tài)進行，輸出信息可靠，結(jié)構(gòu)簡單，所以各輥式磨粉機廠家基本都使用該傳感器用于磨粉機的狀態(tài)檢測，但是需要注意的是，接近開關(guān)因廠家和型號不同，最大監(jiān)測的可靠距離基本在3～6 mm，在設計選用或面粉廠現(xiàn)場維護更換時，應盡可能選擇具有較大監(jiān)測距離的接近開關(guān)，以保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性和機械安全。

4 結(jié)語

輥式磨粉機里的電容料位控制傳感器具有較大的發(fā)展前景，隨著材料、工藝、電子技術(shù)，特別是集成電路的高速發(fā)展，將會使電容式傳感器的優(yōu)點得到發(fā)揚而缺點不斷得到克服。據(jù)實際使用數(shù)據(jù)統(tǒng)計，質(zhì)量可靠的電容料位傳感器在生產(chǎn)線上已連續(xù)運行達86 421 h，仍能保持良好的可靠性和檢測精度，電容式傳感器作為一種高靈敏度、高精度的傳感器，正逐漸成為動態(tài)、低壓及一些特殊測量方面用途廣泛的傳感器。