Радарный уровнемер УЛМ. Конструкция и принцип действия

38

Для работы с программой Reservoirs Viewer необходимо, чтобы конфигурация персонального компьютера отвечала следующим требованиям:

- операционная система Windows-95, Windows-98, Windows-
NT  4.0,   Windows-2000   аппаратные  требования   к
персональному компьютеру:

- процессор с тактовой частотой не менее 400 МГц;

-  свободное пространство на жестком диске не менее
100 Мб;

-  объем оперативной памяти не менее 64 Мб;

-  видео карта совместимая  с  DirectX 8,  желательна
поддержка акселерации;

-  наличие устройства чтения CD-ROM;

-  наличие не менее одного порта RS-232;

-  VGA совместимый монитор;

-  манипулятор типа "мышь".

Рис.10.

ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ

После запуска в эксплуатацию уровнемер не требует регулирования и настройки. Для изоляции датчика уровня от воздействия разного рода факторов технологического процесса (избыточное давление, температура, агрессивные пары, пыль, конденсат и т.д.) устанавливается фторопластовая прокладка. На протяжении всего срока службы уровнемера проводится лишь одна операция (при необходимости): очистка внутренних поверхностей прокладки от возможного загрязнения продуктом (парами, пылью). Ремонт датчиков уровня и комплектующих частей производится на предприятии-изготовителе или в его сервисных центрах.

КОНТРОЛЬ

Контроль работоспособности уровнемера заключается в постоянной самодиагностике параметров, характеризующих его работу.

БЕЗОПАСНОСТЬ

Уровнемер экологически безопасен и не требует каких-либо мер защиты обслуживающего персонала.

ПОВЕРКА

Поверка уровнемера осуществляется один раз в 2 года по методике, утвержденной ГОССТАНДАРТОМ, при этом демонтаж датчика не требуется.

ГАРАНТИНЫЕ ОБЯЗАТЕЛЬСТВА

Гарантийный срок эксплуатации - 1 год. По окончании срока поставщик осуществляет ремонт уровнемера на договорной основе.

НАЗНАЧЕНИЕ

Радарные уровнемеры УЛМ-11, УЛМ-11А1, УЛМ-31, УЛМ-31А1 предназначены для высокоточного бесконтактного измерения уровня жидких, вязких, пастообразных, сыпучих продуктов в закрытых и открытых резервуарах. Основой уровнемера является малогабаритный датчик уровня, представляющий собой радиолокатор, устанавливаемый на крыше резервуара. Отсутствие контакта между датчиком и измеряемым продуктом обуславливает высокую надежность уровнемера как средства измерений.

В состав уровнемера входят: датчик уровня, блок коммутации, блок питания, преобразователь интерфейсный, программное обеспечение для конфигурирования и настройки. В уровнемерах УЛМ используется сверхвысокая рабочая частота радиоволны 94 ГГц, что обеспечивает применение уровнемеров в тяжелых условиях (наличие взвеси, тумана, пара, пыли и т.п.). Основными параметрами, характеризующими качество радарного уровнемера, являются погрешность

измерений, размеры антенны, высочайшая чувствительность - десятки микрон (возможность измерения уровня продуктов с малым коэффициентом отражения), а также наличие системы температурной стабилизации (отсутствие дополнительной температурной погрешности, свойственной многим другим уровнемерам). Датчики уровня УЛМ имеют самую малогабаритную антенну (диаметр 86 мм) по сравнению с другими уровнемерами подобного типа, при этом ширина луча для уровнемеров модификаций УЛМ-11 и УЛМ-31 всего 4°, что позволяет сократить возникновение паразитных отражений от внутренних конструкций (мешалки, теплообменники, лестницы и т.д.) и повысить точность измерений. Размер антенны значительно облегчает монтаж датчика на объекте и позволяет разместить его целиком снаружи резервуара. В настоящее время радарные уровнемеры УЛМ успешно работают на объектах нефтехимической, нефтегазовой, энергетической, целлюлознобумажной, пищевой и других отраслей промышленности.

КОНСТРУКЦИЯ И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ

Датчик уровня представляет собой сложный                   содержимого в контролируемом резервуаре. Датчик

стационарный радиолокационный прибор непрерывного             выполнен в виде конического модуля и не содержит

действия. Датчик обеспечивает радиолокационное            движущихся механических частей (см.рис.1),
зондирование и формирование информации об уровне

Рис.1. Габаритные и присоединительные размеры.

В основу работы датчика положен принцип бесконтактного радиолокационного измерения расстояния до уровня раздела сред: воздушная среда/ контролируемый продукт (см.рис2). В процессе работы датчик может быть полностью изолирован фторопластовой прокладкой и не контактировать как с парогазовой составляющей внутреннего объема резервуара, так и с самим продуктом. При отсутствии изолирующей прокладки, датчик уровня контактирует только с воздушной смесью внутри резервуара, но не с самим продуктом. Примененный передовой метод непрерывного линейного частотно-модулированного излучения (FMCW - в западной абревиатуре) сейчас широко используется в высокоточных радиолокационных уровнемерах, предназначенных для применения в системах коммерческого учета. Излученная антенной радиоволна отражается от поверхности продукта и через определенное время, зависящее от скорости распространения и расстояния до поверхности продукта, вновь попадает в антенну. Происходит преобразование излученного и принятого сигнала. В результате на выходе образуется сигнал, частота которого равна разности частот принятого и излученного сигнала. По разности частот определяется расстояние до продукта, а затем вычисляется    уровень    наполнения     резервуара.

ДИАМЕТР ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО "ПЯТНА

Важной особенностью радарного уровнемера является сфокусированное направление излучения радиоволн, которое вместе со сверхвысокой частотой радиоволны позволяет минимизировать требования к установке прибора на резервуаре. Такой показатель как диаметр "пятна" контакта особенно важен при наличии в резервуаре дополнительных устройств и оборудования (лестницы, ограждения, лопасти мешалок, обогреватели и т.п.). Угол радиолуча датчика уровнемеров УЛМ-11 и УЛМ-31 составляет 4°. Это значение необходимо использовать для расчета диаметра"пятна" D луча на любом расстоянии L от антенны датчика и учитывать с целью исключения попадания в зону его действия различных предметов и элементов конструкций резервуара, способных повлиять на максимальную эффективность измерений уровня. Для расчета диаметра "пятна" луча (D) на расстоянии (L) от антенны датчика (см.рис. 3) можно воспользоваться упрощенной формулой:

D=0,08xL

При использовании уровнемеров УЛМ-11А1, УЛМ-31А1 необходимо помнить, что угол радиолуча этих датчиков составляет 22°, поэтому диаметр "пятна" рассчитывается по формуле:

D=0,389xL

Типовые размеры пятна в зависимости от измеряемого уровня в резервуаре приведены в табл.1.

Для получения максимально достоверных сведений об уровне продукта в резервуаре при измерении на расстоянии L участвует поверхность продукта, попадающая в "пятно" с центром, соответствующим оси датчика уровня, что позволяет при расчетах проводить эффективное усреднение даже при наличии волн на поверхности.

Датчик уровня устанавливается на крыше вертикального или горизонтального резервуара. При установке датчика необходимо обеспечить отклонение положения датчика от вертикали не более Г (см.рис.4).

Монтаж датчика выполняется путем стыковки переходного фланца датчика с фланцем контрольного окна резервуара.

Для стабильной работы датчика и обеспечения гарантированной погрешности измерений необходимо выдерживать минимальное расстояние между верхней плоскостью переходного фланца и предельно возможным верхним уровнем измеряемой среды не менее 0,6 м.

Рис.4.

Вариант присоединительных размеров для стыковки датчика с переходным фланцем приведен на рис.5.

Размеры рекомендуемые.

Рис.5. Монтаж датчика уровня.

При наличии высоких температур, избыточного давления или необходимости герметизации резервуара при измерении уровня датчик уровня может быть изолирован от атмосферы внутреннего объема резервуара изолирующей прокладкой (как вариант - фторопластовой).

Одновременно эта прокладка в случае необходимости вывода резервуара из эксплуатации или проведения каких-либо работ, например, периодическое обслуживание датчика уровня, позволяет обеспечить изоляцию резервуара от внешних условий окружающей среды (атмосферы).

Рис. 6 Установка датчика уровня с изолирующей прокладкой.

ТИПОВАЯ СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ДЛЯ СИСТЕМЫ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ

Каждый из датчиков уровня уровнемеров УЛМ-11, УЛМ-11А1, УЛМ-31, УЛМ-31А1 представляют собой автономное измерительное устройство, обеспечивающее измерение, обработку сигнала и выдачу токового или цифрового сигнала в соответствии с изменением уровня измеряемой среды в резервуаре. Цифровой сигнал Modbus от датчика передается через порт RS485 в систему измерения уровня. В соответствии с данным протоколом каждый датчик уровня имеет свой уникальный номер, что позволяет объединить в одну систему до 255 датчиков. По протоколу Modbus можно осуществлять как конфигурирование датчиков уровня, так и получение точной информации об уроне наполнения резервуара. Применение цифрового выхода позволяет получать результаты измерений без потерь на цифро-аналоговое преобразование выходного сигнала, которые неизбежны в случае использования только пропорционального токового сигнала.

Токовый выход датчика в диапазоне от 4 до 20 мА пропорционален  уровню  заполнения   резервуара  и

предназначен для подключения к уровнемеру исполнительных устройств, индикаторов и т.п., имеющих токовый сигнал 4-20 мА.

Помимо датчиков уровня, в состав уровнемера входят следующие элементы:

-  клеммные коробки;

-  источник питания;

-  преобразователь интерфейсный RS485;

-  кабель питания и кабель управления.

Клеммные коробки обеспечивают соединение кабеля управления с кабелем питания и витой парой и не допускают проникновения влаги к контактам.

Источник питания (ИП) обеспечивает напряжение питания постоянного тока (с учетом падения напряжения на подводящих проводах). В общем случае ИП - один, но допускается использовать несколько ИП для питания отдельных групп датчиков при большой протяженности кабельной сети и (или) большом количестве датчиков, подключенных к этой сети.

Рис.7. СХЕМА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ СИСТЕМЫ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ С ДВУМЯ ДАТЧИКАМИ УРОВНЯ

Питание датчика осуществляется от стандартного источника постоянного тока. Рекомендуемые модели источников питания: TSL 060-124, TCL 060-124, TIS 75-124, DR-75-24, DRA-60-24.

УЛМ

37

КОМПЛЕКТ ПОСТАВКИ

Комплект поставки определяется отдельно в каждом конкретном случае на основании заполненного заказчиком опросного листа (см.приложение 2) и зависит от конфигурации объекта и дополнительных требований, предъявляемых к аппаратуре.

Стандартный комплект поставки:

1. Датчик уровня

•  для измерений с погрешностью ±1 мм:

-  УЛМ 4.01.000 (взрывозащищенное исполнение) - для
УЛМ11;

-  УЛМ 4.02.000 (обыкновенное исполнение) - для УЛМ31;

•  для измерений с погрешностью ±3 мм:

- УЛМ 4.01.000-01 (взрывозащищенное исполнение) - для
УЛМ11А1;

-  УЛМ 4.02.000-01  (обыкновенное исполнение) - для
УЛМ31А1.

2.  Руководство по эксплуатации - на комплект
датчиков.

3.  Программное обеспечение для DOS -  на
комплект датчиков.

4.  Паспорт - на каждый датчик уровня.
Дополнительно     за     отдельную     плату

поставляются:

1.  Преобразователь интерфейсный (RS485).

2.  Блок коммутации (клеммная коробка).

3.  Блок питания.

4.  Программное обеспечение для Windows.

5.  Контрольная шайба.

6.  Переходный фланец.

7.  Фторопластовая прокладка.

8.  Кабели (питания и управления); указать длину кабелей.

9.  Персональный компьютер.

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

В комплекте с уровнемером УЛМ поставляется пакет программного обеспечения, облегчающий интеграцию уровнемера в существующую на предприятии систему АСУТП совместно с другими устройствами, поддерживающими протокол Modbus.

В комплекте с уровнемером по желанию заказчика может быть поставлена программа ResViewer for DOS для конфигурирования уровнемера, визуализации и контроля движения продукта в резервуарном парке; предназначена для работы под управлением MS-DOS.

По желанию заказчика в комплекте с уровнемером может поставляться комплект программного обеспечения для работы под управлением операционной системы Windows.

ResViewer for WINDOWS - программное обеспечение,   предназначенное для  отображения

информации системы измерения уровня УЛМ. Reservoirs Viewer позволяет визуализировать движение продукта в резервуарном парке, контролировать уровень, объем и массу продукта в резервуаре, скорость изменения объема продукта в процессах отгрузки и загрузки; программа снабжена функциями аварийной сигнализации. Всю информацию о количестве и состоянии продукта в резервуаре Reservoirs Viewer получает от серверной программы LIMACO ОРС, поэтому вывод данных возможен только при совместной работе этих двух программ. Данные от серверной программы могут передаваться по локальной сети, поддерживает работу с несколькими резервуарными парками и обеспечивает больший набор сервисных функций под управлением Windows 95/98/NT/ 2000 с использованием графической подсистемы DirectX 8.0 и выше.

Рис.9.

Limaco OPC Server - программа предназначена для сбора информации