Рассмотрена на заседании ЦМК
Средства механизации и автоматизации
Протокол № 4
«13» ноября 2014_г.
Председатель ЦМК
_______________Л.А. Захарченко
|
Одобрена и
рекомендована к использованию
методическим Советом колледжа
«21» ноября 2014г.
Зам. директора по УМР
_______________Г.И. Руденская
|
Радарный уровнемер SAAB: Методическое пособие
Разработали: Захарченко Л. А, преподаватель ОГБОУ СПО «ТГПК»
Сафончик Е.И., преподаватель ОГБОУ СПО «ТГПК»
Рецензент: Д. И. Шевченко, к.т.н., технический директор ООО НПП «Автоматизация
технологических процессов»
В методическом пособии рассмотрена одна из ключевых тем междисциплинарного курса «Технология формирования систем автоматического управления типовых технологических процессов, средств измерений, несложных мехатронных устройств и систем» - радарный уровнемер SAAB.
В теоретической части приведены сведения о физической сущности процесса, составных узлах прибора, механическом и электрическом монтаже. В лабораторном практикуме рассмотрено устройство и принцип действия уровнемера, дана пошаговая инструкция по его настройке. Учебное пособие сопровождается иллюстративным медиа – приложением и учебным фильмом «Настройка уровнемера SAAB».
Пособие предназначено для подготовки высококвалифицированных специалистов по специальности 220703 «Автоматизация технологических процессов и производств» (по отраслям), рабочих по профессии 220703.03 «Слесарь по контрольно-измерительным приборам и автоматике», а также в дополнительном профессиональном образовании (курсах повышения квалификации и переподготовки).
634049, г. Томск тел. (факс): (382-2) 75-45-14
ул. Мичурина, 4 e-mail: tgpgk@mail.tomline.r
Содержание
Введение 3
Общие сведения 6
Принцип измерений уровнемера 8
Состав системы 9
Программное обеспечение TankMaster 11
Шина TRL/2 11
Лабораторная работа 13
Контрольные вопросы 24
Литература 24
Введение
Реализация ФГОС третьего поколения ставит перед учебными заведениями задачу обеспечения каждого обучающегося учебно-методическим печатным и/или электронным изданием по каждому междисциплинарному курсу.
Предлагаемое методическое пособие «Радарный уровнемер SAAB» входит в состав учебно-методического комплекса профессионального модуля «Контроль и метрологическое обеспечение средств и систем автоматизации» ФГОС СПО 220703 «Автоматизация технологических процессов и производств» (по отраслям). А также профессионального модуля «Сборка, ремонт, регулировка КИП и систем автоматики» ФГОС НПО 220703.03 «Слесарь по контрольно-измерительным приборам и автоматике».
Целью данной работы является создание условий для освоения следующих видов профессиональной деятельности:
проводить анализ работоспособности измерительных приборов и средств автоматизации;
диагностировать измерительные приборы и средства автоматического управления;
производить поверку измерительных приборов и средств автоматизации;
выполнять работы по монтажу систем автоматического управления с учетом специфики технологического процесса.
Основными задачами - овладение профессиональными компетенциями:
проводить ремонт технических средств и систем автоматического управления;
выполнять работы по наладке систем автоматического управления;
выполнять работы по эксплуатации систем автоматического управления с учетом специфики технологического процесса;
контролировать и анализировать функционирование параметров систем в процессе эксплуатации;
снимать и анализировать показания приборов;
проводить анализ систем автоматического управления с учетом специфики технологических процессов;
выбирать приборы и средства автоматизации с учетом специфики технологических процессов.
Методическое пособие включает конспект лекций, лабораторный практикум и вопросы для самоконтроля. В электронном приложении содержится иллюстративный материал.
Содержательная составляющая пособия ориентирована на образовательный стандарт с учетом требований работодателей и содействует усвоению обучающимися знаний
бесконтактного метода измерений;
системы измерения уровня;
принцип действия измерительный системы;
назначение основных элементов;
структуру средств измерений;
назначение и принцип действия уровнемера.
Реализация лабораторной работы, содержащейся в практикуме, требует наличия программного обеспечения Saab TankMaster, которое включает в себя следующие основные модули:
TankServer.
WinSetup.
WinOPI.
Master Protocol Server.
Slave Protocol Server.
Выполнение лабораторной работы способствует овладению умениями
осуществлять монтаж уровнемера;
определять причины и устранять неисправности уровнемера;
проводить испытания отремонтированного уровнемера;
осуществлять сдачу после ремонта и испытаний;
выявлять неисправности прибора;
использовать необходимые инструменты и приспособления при выполнении ремонтных работ;
применять техническую документацию при испытаниях и сдаче отдельных приборов, механизмов и аппаратов;
А также содействует приобретению практического опыта ремонта, сборки, регулировки, юстировки уровнемера, что максимально приближает обучающихся к будущей профессиональной деятельности на современных предприятиях.
Иллюстрированное медиа-приложение и учебный фильм предназначены для совершенствования понятийного аппарата обучающихся посредством визуализации.
Общие сведения
Система коммерческого учета нефтепродуктов Saab TankRadar L/2 (TRL/2) представляет собой систему контроля и измерения уровня, объема и массы нефти и нефтепродуктов в резервуарных парках. Основное назначение системы – обеспечение возможности проведение операций по приему – отпуску продуктов с коммерческой точностью.
Аппаратно – программные средства системы TRL/2 обеспечивают измерение, вычисление и архивацию параметров продукта в резервуарах,
Обмен информацией между оборудованием системы TRL/2 осуществляется с использованием информационного протокола Modbus и специализированного физического протокола полевой шины TRL/2.
Система TRL/2 при подключении к уровнемеру соответствующих датчиков может выполнять дополнительные функции:
измерение средней температуры продукта;
измерение давления в газовом пространстве резервуара;
измерение гидростатического давления продукта;
измерение уровня раздела фаз (продукт – вода);
вычисление плотности, объема, веса и массы продукта.
Рис.1 Состав системы TRL/2
Все измеренные и измеренные параметры продукта предоставляются оператору резервуарного парка с помощью программного обеспечения на рабочей станции системы.
Основными устройствами системы TRL/2 являются (см. рис. 1):
Радарный уровнемер RTG – автономное взрывозащищенное устройство, измеряющее уровень продукта в резервуаре. В зависимости от конкретных условий проведения измерений он может комплектоваться четырьмя типами антенн. К радарным уровнемерам могут подключаться температурные датчики (датчики сопротивления), датчики давления и уровня подтоварной воды и др. Радарные уровнемеры могут иметь релейный и аналоговый выходы.
Модуль сбора данных DAU подключается к радарному уровнемеру, и предназначен для измерения средней температуры продукта в резервуаре. Модуль DAU может дополнительно оборудоваться жидкокристаллическим дисплеем для отображения показаний результатов измерен
Дисплейная панель RDU40 подключается к уровнемеру и использажения измеряемых и вычисляемых уровнемером параметров продукта: уровень, средняя и точечная температура, давление в резервуаре, текущая плотность, объем и др.
Модуль полевого соединения FCU 2160 представляет собой концентратор данных, к которому по полевой шине может быть подключено до 32 уровнемеров и до 32 модулей DAU. Модуль FCU самостоятельно опрашивает подключенное полевое оборудование системы и по запросу передает внешнему оборудованию (рабочая станция системы TRL/2, контроллеры АСУ ТП).
Модем полевой шины FBM 2171 является преобразователем физического интерфейса полевой шины TRL/2 в интерфейс RS-232. Модем FBM может использоваться для подключения рабочей станции системы TRL/2 к модулю FCU или к полевому оборудованию системы напрямую, а также модуля FCU к контроллерам АСУ ТП по интерфейсу полевой шины TRL/2.
Программное обеспечение TankMaster представляет собой программный комплекс, обеспечивающий решение задач конфигурации и настройки системы, отображения данных измерений и вычислений, а также выдачи этих данных в систему верхнего уровня с использованием стандартных протоколов.
Полевое оборудование системы TRL/2 (уровнемер, модуль DAU и модуль FCU) по сути своей представляют собой специализированный промышленный компьютер со всеми его стандартными атрибутами: процессор, оперативная память, база данных и пр.
Принцип измерений уровнемера
Уровнемер системы TRL/2 непрерывно излучает частотно-модулированное электромагнитное излучение по направлению к поверхности продукта. Диапазон излучения уровнемера – 10 ГГц, мощность излучения – 6 мВт. Отраженный от поверхности продукта сигнал возвращается обратно к уровнемеру, который определяет разницу его частоты и частоты сигнала, излучаемого в тот же момент времени. Разность частот этих сигналов пропорциональна расстоянию до поверхности продукта. Этот метод является классическим частотным методом определения дальности и называется методом частотно – модулированной непрерывной волны.
Рис. 2 Метод частотно-модулированной непрерывной волны
После выделения разностной частоты уровнемер с использованием алгоритма быстрого преобразования Фурье (FFT) определяет расстояние до поверхности продукта и с использованием значения базовой высоты резервуара вычисляет значение уровня продукта.
В зависимости от состава поставляемого основного и дополнительного оборудования система TRL/2 может иметь четыре измерительных канала:
канал измерения уровня с использованием радарных уровнемеров;
канал измерения температуры продукта с использованием многоточечных датчиков температуры;
канал вычисления плотности продукта с использованием датчиков давления;
канал вычисления массы продукта.
Состав системы
Рис.3 Конструкция уровнемера
Электронный блок может содержать следующие электронные платы:
материнская плата;
плата преобразования питания (TRC);
плата процессора (SPC);
плата полевой связи (FCC);
плата обработки аналоговых сигналов (АРС);
плата интерфейса (TIC) - дополнительно;
плата температурных входов (ТМС) - дополнительно;
плата релейных выходов (ROC) - дополнительно.
Модуль FCU осуществляет сбор данных с подключенного к портам полевой шины оборудования, записывает их в буферную память и по запросу передает эти данные на оборудование "верхнего" уровня через порты групповой шины.
К портам полевой шины может подключаться полевое оборудование системы, смонтированное на резервуарах: уровнемеры REX, модули DAU, дисплейные панели RDU 40 и пр. – для этих устройств модуль FCU является Master устройством.
Модуль FCU 2160 имеет шесть портов Х1…Х6 для подключения полевых и групповых шин. Порты могут быть индивидуально сконфигурированы либо в качестве порта групповой шины, либо в качестве порта полевой шины. Для работы по интерфейсу RS232 необходимо вместо платы FCM вставить в порт специальную заглушку, для работы по интерфейсу RS485 – плату FCI.
Рис.4 Внешний вид FCU
Рис.5 Порты полевой шины
Модем полевой шины (FBM) является преобразователем интерфейса полевой шины системы TRL/2 в стандартный интерфейс RS232 и обратно, информационным протоколом при этом является протокол Modbus. Модем FBM используется для подключения персонального компьютера с программным обеспечением TankMaster к шине TRL/2 напрямую или к модулю FCU
Программное обеспечение TankMaster
Программное обеспечение Saab TankMaster включает в себя следующие основные модули:
TankServer.
WinSetup.
WinOPI.
Master Protocol Server.
Slave Protocol Server.
Программа TankServer (ОРС-сервер) является ядром программного обеспечения TankMaster. Именно эта программа в реальном масштабе времени через программу Master Protocol Server осуществляет обмен с устройствами системы, контроль за значениями параметров продукта в резервуарах и, в случае выхода их значений за установленные пределы, формирует сигналы тревоги. Данные об устройствах системы, их имена, данные их конфигурации (тип антенны, количество подключенных датчиков температуры, давления, подтоварной воды и пр.) хранятся в базе данных программы TankServer. В этой базе хранятся также данные о резервуарах (тип, градуировочная таблица, количество и тип устройств на этих резервуарах), а также данные о продукте в резервуарах. Обмен информацией с системами верхнего уровня осуществляется с использованием программы Slave Protocol Server.
Программа WinSetup представляет собой ОРС-клиент и используется для настройки базы данных TankServer в части инсталляции и конфигурации устройств системы TRL/2, а также для настройки связи с системами верхнего уровня.
Программа WinOpi также представляет собой ОРС-клиент и является основной программой программного обеспечения TankMaster, которая обеспечивает настройку системы коммерческого
Шина TRL/2
В системе TRL/2 используется специализированный физический протокол для передачи данных. Принцип передачи данных – полудуплекс с частотной модуляцией (передаче "нуля" соответствует посылка с частотой 90 кГц, передаче "единицы" – посылка с частотой 100 кГц), скорость передачи – 4800 бод. Этот принцип передачи данных был разработан для обеспечения помехозащищенной связи на расстоянии до 4-х км.
Информационным протоколом передачи данных в системе TRL/2 является протокол Modbus RTU.
Полевая шина может подключаться как модулю FCU, так и к рабочей станции TankMaster через модем полевой шины FBM. Каждый уровнемер REX, модуль DAU и модуль FCU должны иметь в системе свой уникальный адрес для обмена информацией по протоколу Modbus. К одной полевой может быть подключено не более 8 уровнемеров и не более модулей DAU.
Кабель, по которому осуществляется обмен информацией между модулем FCU и рабочей станцией TankMaster или контроллером системы управления, в системе TRL/2 называется групповой. К порту групповой шины модуля FCU может быть подключено только одно внешнее устройство (рабочая станция
Лабораторная работа
Тема: Конфигурирование уровнемера SAAB
Цель работы: ознакомиться с возможностями системы STRL-2 и основами настройки
Оборудование, программное обеспечение: радарный уровнемер SAAB
Задание:
Ознакомиться с документацией на уровнемер SAAB TANK RADAR.
Произвести настройку и конфигурирование уровнемера
Сделать выводы по результатам настройки.
Выполнить дополнительные работы, например: установить программу Win
Setup на ноутбук и попытаться заново произвести настройку; произвести подключение дополнительного датчика температуры
Вычертить схему соединения уровнемера к среднему и верхнему уровню
Ответить на контрольные вопросы
Ход работы:
Произвести запуск Win Setup
Проверить связь по Modbus. Правая кнопка на Find Devicec.Затем шелчок на Start
Рис. 6
Нажимаем правую кнопку. Выбираем новую инсталляцию. Выбираем устройство и присваиваем устройству имя.
Рис.7
Нажимаем «NEXT». Меняем адрес устройства.
Рис.8
Нажимаем «Verify Communication». Нажимаем «NEXT».
Рис.9
Подчинённым устройством должен стоять «REX RTG»
Рис.10
В результате производим инсталляцию радара.
Рис.11
Рис.12
Рис.13
Нажимаем NEXT. Вводим тип антенны
Рис.14
Проверяем работу радара. Нажимаем «Tanr Skan».
Рис.15
Проверяем температурные входы. Вводим положение датчиков.
Рис.16
Нажимаем «OK» и «NEXT». Вводим параметры расположения антенны
Рис.17
Инсталлируем резервуар «LT»
Рис.18
Настраиваем параметры резервуара. Инсталлируем цилиндрический резервуар
Рис.19
Привязываем установленные устройства к резервуару
Рис.20
Рис.21
И нажимаем на указатель добавления
Рис.22
Устанавливаем источники сигналов и единицы их измерения
Рис.23
Рис.24
Рис.25
Завершаем настройку. Проверяем изменение параметров при изменении уровня жидкости в резервуаре
Рис.26
Рис.27
Контрольные вопросы
1.Назначение системы SAAB TANK RADAR
2. Состав системы SAAB TANK RADAR
3. Характеристика интерфейса TRL
4. Состав и назначение программных средств
Литература
SAAB TANK RADAR Техническое описание
SAAB TANK RADAR Инструкция по настройке и конфигурированию
SAAB TANK RADAR Инструкция по монтажу
|
