Technika_2016

Jednoduchý a spoľahlivý: nový radarový snímač výšky hladiny VEGAFLEX 80 s vedenou vlnou

Po viac ako 10 rokoch výroby radarových snímačov VEGAFLEX série 60 prichádza VEGA Grieshaber s vylepšenou generáciou radarových snímačov s vedenou vlnou VEGAFLEX série 80.


Na akom princípe pracujú snímače VEGAFLEX?

Radarové sondy s vedenou vlnou VEGAFLEX sa používajú na meranie výšky hladiny kvapalín a sypkých materiálov alebo na meranie rozhrania. V rôznych dokumentoch sa môžete stretnúť s rozličným pomenovaním týchto snímačov ako GWR ( Guided Wave Radar) alebo TDR radar ( Time Domain Reflektometry), teda s označením reflektometra, kde sa meranie času šírenia radarovej vlny využíva na meranie výšky hladiny. Metóda merania využíva vysielanie mikrovlnných impulzov s frekvenciou okolo 2 GHz, ktoré sa vedú pozdĺž lana alebo tyče smerom ku meranému materiálu. Po dopade na meraný povrch sa vlna odrazí a vráti do elektroniky sondy. Intenzita odrazenej energie závisí od permitivity materiálu ( er ). Po vyhodnotení času medzi vyslaním impulzu a prijatím jeho odrazu od meraného povrchu sa  vypočíta vzdialenosť a teda aj výška materiálu.

V prípade merania výšky rozhrania sa využíva podobný princíp s tým rozdielom, že po dopade vlny na horný produkt sa časť energie odráža späť ku elektronike sondy a zvyšná časť vlny postupuje k druhému produktu a opäť sa odráža od dolného produktu. Elektronika sondy analyzuje časy prechodu vlny medzi prvým a druhým odrazom a vypočíta informácie o výške rozhrania a hrúbke horného produktu.

Podmienkou merania výšky rozhrania je, aby permitivita dolného produktu bola aspoň o 10 vyššia ako u horného produktu. Typickou oblasťou aplikácií sú zásobníky olej/voda alebo v odlučovačoch rozpúšťadiel, či v nádržiach na skvapalnené plyny (LPG), kde je základná vrstva vody, od ktorej sa odráža mikrovlnný signál na rozhraní.

 

VEGAFLEX 80

Jednou z najväčších výziev bolo vyrobiť prístroj s novými inteligentnými funkciami a algoritmami, ktoré nevyžadujú od obsluhy poznať všetky zložitosti softvéru.  Štúdie ukazujú, že viac ako 20 % všetkých výpadkov výroby alebo zastavenia výroby sú spôsobené nesprávnym uvedením snímačov do prevádzky a ich nastavením. Toto všetko je v prípade radarových snímačov VEGAFLEX 80 vylúčené: Ako náhle sa snímač VEGAFLEX pripojí do elektrického okruhu začne merať výšku hladiny.

Užívateľ je vedený v menu nastavovania prístroja maximálne v 6 krokoch, v ktorých optimalizuje meranie v špecifickej aplikácií. Vybrať si možno z verzie s lanovou, tyčovou alebo rúrkovou anténou, rôzne druhy mechanických pripojení, kryty elektroniky optimálne odpovedajúce podmienkam prevádzky a vďaka tomu možno vyriešiť v podstate každú úlohu.

 

Prvou diametrálne zmenou je skutočnosť, že sondy dostali úplne nový typ elektroniky a každá sonda série VEGAFLEX 80 môže byť vybavená v nasledujúcej verzii výstupov:

  • 4...20 mA/HART, 2 alebo 4 -vodičové zapojenie s napájaním 9,6...48 VDC alebo 90...253 VAC
  • Foundation Fieldbus
  • Profubus PA
  • Modbus (RTU, ASCII, Levelmaster)

Voliteľne možno sondy doplniť aj druhým výstupom 4...20 mA, cez ktorý sa prenáša doplnková informácia, napr. o výške rozhrania, informácie o permitivite alebo teplote elektroniky.

 

Všetky sondy VEGAFLEX sú dodávané s elektronikou z rodiny plics® plus s mnohými vylepšeniami:

  • presnosť sond je ± 2mm
  • čas meracieho cyklu je 500 ms
  • register 500 udalosti, ako napr. zmena parametrov, chyby merania so zaregistrovaným časom a dátumom.

Koncept plics® zaviedla VEGA v roku 2000 na snímače tlaku VEGABAR 60 a už v roku 2003 sa podľa tohto jedinečného konceptu vyrábali všetky senzory VEGA. Za 10 rokov výroby tejto úspešnej koncepcie, ktorú vo svete postupne kopírujú aj ďalších významní výrobcovia procesnej automatizácie  sa predalo viac ako 1,7 miliónov VEGA snímačov po celom svete.   Jednou z podstatných prednosti novej série VEGAFLEX 80 je automatická kompenzácia rýchlosti šírenia elektromagnetickej vlny v aplikáciách nasýtenej pary.

 

Modely, široké spektrum aplikácií

Séria radarových snímačov s vedenou mikrovlnou obsahuje 4 rozličné typy prístrojov, každý z nich je perfektný pre špecifické aplikácie. VEGAFLEX 81 je optimalizovaný na použitie v kvapalinách; VEGAFLEX 82 je mimoriadne vhodný na meranie sypkých materiálov. Pri meraní v potravinárskom, farmaceutickom alebo agresívnom chemickom priemysle je vhodný VEGAFLEX 83, ktorý vďaka odolným materiálom a špeciálne povrchovej úprave spĺňa požiadavky hygieny a trvanlivosti. VEGAFLEX 86 bol špeciálne vyvinutý pre nízke ale aj vysoké teploty, ako aj vysoké tlaky, ktoré sú často prevádzkovým prostredím v destilačných kolónach.


Univerzálny snímač pre kvapaliny

Či sa jedná o malé zásobníky, plniace tanky alebo meranie obtokovom stavoznaku, v reakčných a iných zásobníkoch sú snímače s vedenými mikrovlnami VEGAFLEX 81 spoľahlivé a presné.  Využívajú sa najmä v regulácií alebo v ochranných systémoch.

Počas kontinuálneho merania inteligentný snímač dynamicky adaptuje merané hodnoty na špecifické procesné podmienky. To zaisťuje absolútne bezpečné meranie výšky hladiny kvapalín v rozsahu prevádzkových teplôt -40...+200 °C a tlakov do 40 bar.

Zníženie mŕtvej zóny na 0... 50 mm a vyššia vzorkovacia frekvencia až tri merania za sekundu umožňuje použitie v malých dávkovacích nádržiach s rýchlou zmenou hladiny. Okrem toho, presnosť merania ± 2 mm a lepšia opakovateľnosť umožní lepšie využiť objem nádrže. Koaxiálne sondy sa osvedčili aj v prípade merania skvapalnených plynov a rozpúšťadiel. K dispozícií sú koaxiálne antény v dvoch rôznych priemeroch (21.3 mm a 42 mm), umožňujúce inštaláciu v nádržiach s mnohými prekážkami alebo v nádržiach s nedostatkom priestoru a bolo zaistené tiež presné meranie médií s permitivitou len 1,4. Pre agresívne média najmä pre meranie v čpavku je určená špeciálna verzia VEGAFLEX 81 s tesnením zo skla, zamedzujúceho únik čpavku do okolitej atmosféry. Tesnenia zaisťujú tiež najvyššiu spoľahlivosť systému a dlhú životnosť.


Automatické sledovanie konca sondy

Radarový snímač s vedenými mikrovlnami VEGAFLEX 82 je špeciálne vyvinutý pre meranie výšky sypkých materiálov. Dokáže presne merať sypké materiály s veľmi nízkou permitivitou už od 1,1 aj v širokom rozsahu do 70 metrov v kovových alebo betónových zásobníkoch aj pri pneumatickom plnení. Praktická účinnosť je dosiahnutá vďaka inovatívnej technológií: automatickému sledovaniu konca sondy: ak sa zásobník vyprázdni, koniec lana zobrazí aktuálnu vzdialenosť, t.j. celkovú dĺžku sondy.

Rýchlosť šírenia mikrovlnného impulzu je závislá na okolitom dielektriku. Vzhľadom k tomu, mikrovlnný sa šíria v sypkých materiálov pomalšie ako vo vzduchu, signál od konca sondy sa javí, že prichádza z väčšej vzdialenosti, keď je silo plné. Čím vyššia je hladina, tým sa javí vzdialenosť signálu od konca sondy väčšia. Vzhľadom k tomu, že VEGAFLEX 82 pozná svoju presnú dĺžku sondy a vyhodnotením tohto posunu môže nepretržite určovať dielektrickú konštantu sypkého materiálu .


Funkcia sledovania konca sondy:

Čím viac stúpa hladina, tým viac sa vzdiaľuje „koniec sondy".

v1: rýchlosť šírenia vo vzduchu

v2: pokles rýchlosti v meranom médiu

1: Signál od konca sondy v prázdnom tanku

2: Signál od konca sondy v plnom tanku

d: rozdiel medzi signálmi koncov sondy v prázdnom a plnom tanku


Najmä v sypkých materiálov je permitivita často veľmi malá. Ak je odraz od hladiny nezistiteľný, VEGAFLEX 82 sa automaticky prepne na funkciu sledovania konca sondy ( meranie nepriame výšky). Táto funkcia vyhodnocuje zvyškovú energiu odrazenú od konca sondy a vypočíta hladinu pomocou naposledy stanovenej dielektrickej konštanty. Permitivitu potrebnú pre meranie si určí samotný snímač. Táto funkcia predstavuje úplne nové možnosti, najmä s veľkými meracími rozsahmi. Ak je odraz od hladiny opäť viditeľný, prístroj sa prepne späť do režimu priameho merania .

S touto technikou je možné merať takmer všetky typy sypkých materiálov, ktoré doposiaľ neboli merateľné s radarom na lane. Inou jedinečnou vlastnosťou je automatické určenie dĺžky lana. V praxi sú lana často objednávané o niečo dlhšie, lebo skutočná dĺžka sa často dá určiť až na mieste merania. Keď je snímač pripravený na inštaláciu, postačuje lano skrátiť a snímač s novou skrátenou dĺžkou lana sa zmeria a zadá sa to do senzora. Nové radary VEGAFLEX 82 si určia dĺžku lana automaticky, teda vypadne to z procedúry nastavovania. Táto funkcia sa aktivuje jednoducho stlačením tlačidla na module PLICSCOM alebo cez nastavovací softvér na PC: Snímač sám vyhodnotí novú dĺžku sondy a prispôsobí všetky funkcie pre túto dĺžku.



Priebežné hodnotenie permitivity možno využiť aj v iných aplikáciách, napr.  ako meradlo kvality a vlhkosti meraného média, ktorý je digitálne spracovaný alebo využívaný cez analógový signál druhého prúdového výstupu.


Jednoduché aplikácie aj v zložitých procesoch

Čistenie a hygiena sú prvoradé v aplikáciách potravinárskych a farmaceutických. So svojou tyčovou anténou z nehrdzavejúcej ocele sú v ponuke radarové snímače VEGAFLEX 83, ako jasné riešenie pre citlivé kvapaliny a sypké materiály. Hygienické vyhotovenie (Ra ≤ 0.38 mm a IP 69K) umožňuje jednoduché, spoľahlivé čistenie tak sondy, ako aj krytu vysokým tlakom alebo prúdom pary. Nehrdzavejúca oceľ podľa Basel Norm 2 zaisťuje, že prístroj je použiteľný pre biofarmaceutický priemysel. V prípade verzií pre autoklávy je kryt s elektronikou oddeliteľný od samotného senzora, a tak počas sanitácie môže zostať sonda v zásobníku. Sondy VEGAFLEX 83 s pokrytím PFA a PTFE odolávajú všetkým agresívnym materiálom v rozsahu prevádzkových teplôt -40...+150 °C a tlakov do 16 bar. Majú potravinárske certifikáty podľa FDA, 3A a EHEDG.

Pre vysoké a nízke teploty (-196 ... +450 °C) a rovnako aj vysoké tlaky do 400 bar je vhodnou voľbou  VEGAFLEX 86. Jeho trvanlivá konštrukcia a dvojité procesné tesnenia zaisťujú vysokú úroveň bezpečnosti vo výrobe s extrémnymi procesnými podmienkami. Pre aplikácie v kotloch s nasýtenou parou, VEGAFLEX 86 má automatickú korekciu doby šírenia mikrovĺn. Takto je zaistené presné meranie vo všetkých fázach prevádzky. Tu automatický monitorovací systém senzora zaisťuje bezpečnosť prevádzky a druhé procesné tesnenie (druhá línia bezpečnosti) chráni zamestnancov a ďalšie výrobky.


Spoľahlivá detekcia odrazov

Výrobca uviedol inteligentný algoritmus na zvýšenie presnosti vyhodnocovaného signálu.  Ak si to vyjadríme viac graficky: pri detekcii signálu vyhráva najsilnejší odraz. Ale takýto odraz môže pochádzať od vnútorných inštalácií v zásobníku, napr. od rebríkov, snímačov , nalepeného materiálu, alebo hladina vody pod ľahkým uhľovodíkom. VEGAFLEX sa neustále učí, v akom prostredí meria a porovnáva odrazy s históriou odrazov v danej aplikácií. Navyše deteguje, či odraz sa pohybuje alebo je statický v jednom bode. Senzor pokladá za pravdepodobnejšiu hladinu  pohybujúce sa odrazy skôr ako statický odraz. Detekcia pohybu odrazov je efektívnou ochranou pred vyhodnotením falošných odrazov.



Pamäť udalosti v reálnom čase

Pre riešenie problémov je často požadovaná vysoká presnosť. Do prístrojov novej série boli implementované funkcie správy či na preventívnu údržbu alebo okamžitú korekčnú akciu. Pamäť udalostí zaznamenáva všetky  "skúsenosti" v jeho každodennej práci do VEGAFLEX 80. V hlásení prístrojov sú okrem iného aj stavové správy v súlade s NE 107 alebo VDI / VDE 2650. Na displeji prístroja sa zobrazuje text o stave prístroja, v integrovanej pamäti prístroja je záznam o udalostiach s reálnym časom a teplota elektroniky. Pamäť udalostí uľahčuje prácu najmä pri prebiehajúcich operáciách. Všetky udalosti, ako sú poruchy, stavy alebo zmeny parametrov, sú zaznamenané v snímači. Počas niekoľkých sekúnd je celá história prístroja k dispozícii, technika pre rýchlu a spoľahlivú diagnózu.

Senzory VEGAFLEX 80 sú osadené hodinami reálneho času so záložnou batériou. Batéria udržiava hodiny v prístroji, ktorý je pripojený na napájanie až 4 roky, po odpojení napájania sa využíva energia interných komponentov na zachovanie hodu hodín ešte jeden mesiac. Takže prístroje majú stále presný čas aj počas servisu.


Periodická kontrola jednoducho stlačením tlačidla

Nová generácia radarov VEGAFLEX 80 si ukladá nielen čas, vyznačuje sa rýchlym procesom nastavenia, skrátenou dobou na zaškolenie personálu a údržbu, ale aj, čo je najdôležitejšie, rýchlym a jednoduchým pravidelným testovaním.

Pravidelný funkčný test sa môže odštartovať pohodlne cez nastavovací softvér. Elektronika potom vykoná kontrolný úkon, funkčný test, ktorý je nezávislý od aktuálne meranej výšky. Test dokonca umožňuje rovnocennú skúšku plnenia - tzv "mokrý" test. To je obzvlášť nákladovo efektívne, ako sa to dá vykonať bez prerušenia produkcie.

Radarové snímače VEGAFLEX majú uplatnenie vo všetkých aplikáciách so zvýšenou požiadavkou na zaistenie spoľahlivosti a funkčnej bezpečnosti podľa SIL: Prístroje boli vyrobené v zhode s normou IEC 61508 (2. vydanie).

V jednokanálovej verzii (1oo1) spĺňajú senzory  VEGAFLEX 80 stupeň SIL2. V prípade zálohovania možno dosiahnuť aj stupeň SIL3.

Snímače VEGAFLEX 80 sú certifikované aj pre prácu v prostredí s nebezpečenstvom výbuchu podľa ATEX a FM, majú schválenie podľa WHG pre vodohospodárstvo.


Optimálny výber meracích prístrojov pre všetky odvetvia:  Prirodzená voľba VEGA!

Hlavné oblasti aplikácií pre snímače VEGA sú:

  • Priemysel vody a odpadovej vody
  • Banícky a ťažobný priemysel
  • Chemický priemysel
  • Energetika
  • Obnoviteľné zdroje energie
  • Potravinársky priemysel a výroba nápojov
  • Výroba kovov a hutnícky priemysel
  • Petrochemický priemysel a plynárenstvo
  • Papierenský priemysel a  výroba celulózy
  • Farmaceutický priemysel
  • Stavba lodí
  • Ochrana životného prostredia a spracovanie odpadov
  • Výroba cementu a vápna

Reflektometrické snímače hladiny VEGAFLEX 80, ktoré pracujú na princípe riadenej radarovej vlny, ponúkajú úplne novú úroveň kvality pre priemyselné meranie hladiny a meranie rozhraní. Meracie snímače VEGA predstavujú nový štandard v spoľahlivosti, presnosti a sú ekonomicky najlepšie riešenie pre všetky typy meraných materiálov a procesných podmienok.

Spoločnosť K - TEST, s.r.o. už takmer 20 rokov ponúka na našom trhu snímače nemeckého výrobcu VEGA, ktorý  je svetovým lídrom vo vývoji a výrobe snímačov na spojité meranie výšky hladiny, spínačov medzného stavu kvapalín ale aj sypkých materiálov, tlakov, diferenčných tlakov a hustoty produktov.

 

Viac informácií:
Ing. Dušan Kiseľ, CSc.

K - TEST, s.r.o.
Letná 40,
042 60 Košice

Tel./fax.: 00421 55 6253633, 6255150

Späť

Komentáre k článku | Pridať komentár

Erich Lepko (19.06.2015)

Prosím info o cene radarového snímača hladiny pre čerpaciu stanicu odpadových vôd. Vody obsahujú veľké množstvo rozpusteného tuku, ktorý sa usadzuje na plavákoch a tým znemožňuje ich funkciu.
ďakujem a prajem Vám príjemný víkend.
Lepko Erich

 

Pridať komentár

* :
* :
* :
5 + 5 =
Odoslanie formulára

Priemyselné utierky

MEWA - priemyselne_utierky