Technology
粉面検知
(ふんめんけんち)
粉面検知とは、ホッパー、サイロ、貯槽、供給機などに入っている粉体や粒体の表面位置をセンサで検出することです。原料が所定位置まで到達したことや、設定した位置より少なくなったことを検知し、満量、空、補給要求、供給停止などの制御に利用します。
粉面検知は、サイロ内の残量を連続的な数値で測定する「レベル計測」とは役割が異なります。一般的な粉面検知では、上限、中間、下限など、あらかじめ決めた位置に原料があるかどうかを接点信号として出力します。
粉面検知を行う目的
粉体設備では、原料残量を目視しにくいことが多く、原料切れや過充填を防ぐために粉面検知が使用されます。
- ホッパーの原料切れを検知する
- 上部ホッパーへの補給を開始する
- 満量時に原料供給を停止する
- 空運転による供給機の異常を防ぐ
- 原料受入れ時の過充填を防止する
- 複数の検知点からおおよその残量段階を表示する
例えば、供給ホッパーの下限センサが原料なしを検知した場合、上位ホッパーや空気輸送設備へ補給要求を出します。上限センサまで原料が到達すると補給を停止します。
代表的な検知方式
粉面検知には、粉体の性質や設備構造に応じて複数の方式があります。
静電容量式
センサ周囲の静電容量変化を利用して原料の有無を検知します。粉体、粒体、液体など幅広い材料に使用できます。
原料の誘電率、付着、水分、周辺金属の影響を受けるため、感度調整が必要です。センサ表面へ粉体が付着した状態でも原料ありと誤検知する場合があります。
回転式
モータで羽根を回転させ、粉体が羽根の回転を妨げたときに原料ありと判定します。ロータリーパドル式、回転羽根式などと呼ばれます。
構造が分かりやすく、サイロやホッパーの上限・下限検知に使用されます。ただし、羽根へ強い荷重がかかる位置や、大きな塊を含む原料には注意が必要です。
振動式
フォーク状や棒状の検出部を振動させ、粉体へ接触したときの振動状態の変化を利用して検知します。
可動部が少なく、比較的細かい粉体にも使用できますが、付着性、かさ密度、粒径によって適否が異なります。
光学式・近接式
光や近接検知を利用して、透明窓の内側やシュート内の原料通過を確認する方式です。粉じんや付着によって検出面が汚れると、誤検知する可能性があります。
圧力・荷重式
原料が検出板へ加える圧力や荷重を利用する方式です。原料のかさ密度や流動状態によって検出感度が変化します。
上限検知と下限検知
上限検知は、原料が所定の高さまで到達したことを検知します。受入れ設備や供給設備を停止し、過充填や原料あふれを防止します。
下限検知は、原料がセンサ位置より少なくなったことを検知します。補給要求、原料不足警報、供給機停止などに使用します。
同じセンサでも、上限用と下限用では異常時の制御が異なります。上限センサが故障すると過充填につながる可能性があるため、重要設備では独立した満量センサを追加する場合があります。
センサの取付位置
粉体は、投入位置を中心に山形に堆積し、排出口を中心にすり鉢状に減少します。そのため、同じ原料量でも場所によって粉面高さが異なります。
上限センサを投入配管の近くへ設置すると、局所的な原料の山や投入中の原料を検知し、サイロ全体が満量になる前に動作する場合があります。
下限センサを排出口から離れた位置へ設置すると、センサ周辺に原料が残っている一方で、排出口側では原料切れが発生する可能性があります。
投入位置、排出口、安息角、ブリッジ、ラットホールなどを考慮して取付位置を決めます。
粉体付着による誤検知
付着性の高い粉体では、実際の粉面が下がっていても、センサ表面へ付着した原料を検知し続けることがあります。特に静電容量式や光学式では、付着の影響を受けやすい場合があります。
付着対策として、センサの取付角度を変更する、先端形状を選定する、感度を調整する、エアパージを行うなどの方法があります。
一方、感度を下げすぎると、低密度の粉体を検知できなくなる可能性があります。実際の原料を使用して調整することが重要です。
ブリッジやラットホールとの関係
上部の粉面センサが原料ありを検知していても、ホッパー下部でブリッジが発生していると、供給機へ原料が流れない場合があります。
粉面検知はセンサ位置の原料有無を確認するものであり、原料が正常に流れていることまで保証するものではありません。必要に応じて、供給機の回転検知、重量変化、流量検知などを組み合わせます。
制御への利用
粉面センサの接点はPLCやリレー回路へ入力します。下限検知後に原料補給を開始し、上限検知後に停止する制御が一般的です。
原料表面が揺れたり、投入中に一時的にセンサへ触れたりすると、信号が頻繁に切り替わることがあります。そのため、一定時間継続して検知した場合に状態を確定するタイマ処理を行います。
上限と下限の間に十分な距離を設けることで、供給設備の頻繁な起動と停止を抑えられます。
異常時の確認方法
原料がないのにセンサが原料ありを出力する場合は、センサ表面の付着、感度設定、配線短絡、検出部の固着を確認します。
原料があるのに検知しない場合は、感度不足、取付位置、電源、配線、原料のかさ密度や誘電率を確認します。回転式では羽根やモータの動作を確認します。
検知信号が不安定な場合は、原料投入による粉面変動、設備振動、ノイズ、端子の緩みを確認します。
選定時のポイント
センサを選定するときは、原料の粒径、かさ密度、付着性、含水率、温度、腐食性を確認します。設備側では、取付ねじやフランジ、ホッパー板厚、内部圧力、必要な挿入長を確認します。
屋外や洗浄環境では、防じん・防水性能も重要です。可燃性粉体を扱う場所では、設置区域に応じた防爆仕様の確認が必要です。
保守・更新
定期的にセンサ先端の付着、摩耗、変形、取付けの緩みを確認します。回転式では、羽根が滑らかに回転するか、軸部へ粉体が入り込んでいないかを点検します。
更新時には、接点方式、電源電圧、配線数、取付寸法、検出感度を確認します。同じ用途のセンサでも、出力論理が異なる場合があるため、PLCプログラムも確認します。
ハカルプラスの対応
ハカルプラスでは、粉体計量設備や供給設備の粉面検知について、原料性状、ホッパー形状、検知位置、必要な制御などの仕様を確認して検討します。
上限・下限警報、原料補給制御、供給機とのインターロックについても、センサ出力や既設制御盤の条件を確認して構成します。
よくある質問
Q. 粉面検知でサイロ内の正確な残量が分かりますか？
A. 一般的な粉面センサは、設定位置に原料があるかどうかを検知します。連続的な残量値を確認するには、距離式レベル計などが必要です。
Q. 粉体がセンサへ付着しても使用できますか？
A. 付着の程度や検知方式によります。取付方法、感度調整、エアパージなどによって対応できる場合があります。
Q. 上限センサと下限センサは両方必要ですか？
A. 補給の開始と停止を自動化する場合は、上限と下限の両方を設置する構成が一般的です。
Q. ブリッジも粉面センサで検知できますか？
A. センサ位置の原料有無は検知できますが、ホッパー下部のブリッジを直接判定できない場合があります。
Q. 既設ホッパーへ後付けできますか？
A. 取付位置、板厚、内部スペース、電源、配線などの条件によって対応できる場合があります。