Краткий обзор методов измерения заданной величины

 

 

 

 

 

 

Рисунок 7 –  структурная схема блока индикации (БИ)

 

БИ  предназначен  для  осуществления  связи  между  оператором  и  системой,  отображения  информации на двухстрочном 16-ти разрядном индикаторе и подачи звуковой сигнализации. БИ работает в режиме постоянного отображения информации, которую он периодически запрашивает у БВ.  На БИ имеются кнопки, позволяющие производить смену типа отображаемой информации. Нажатие кнопки  сопровождается  звуковым  сигналом. Полное описание  соответствия нажатой кнопки  и  отображаемой  при  этом  информации  на  БИ  представлено  в  руководстве  оператора КШЮЕ.421451.001 РО1 и КШЮЕ.421451.001РО3.

                    Рисунок 8 – структурная схема блока индикации (БИ)

 

 

БУ питается от сети  ~220В 50Гц. Блок питания выдаёт стабилизированные  напряжения 5 и 12В. Связь БУ  с устройством УВ  осуществляется  через клеммные  соединители “Порт А”, “Порт В” (включены  параллельно).  Интерфейс  связи –  RS-485,  полудуплекс.  Каждый  БУ  в системе  должен  иметь  уникальный  сетевой  адрес,  определяемый  внутренней  кроссировкой.  Внешне это сопровождается маркировкой “Секция ХХ”, где ХХ –  порядковый номер блока в системе. 

 

3. Выбор измерительных  преобразователей 

 

Уровнемер “Струна-М” - это прибор автоматизированного  измерения уровня и других параметров светлых нефтепродуктов при приеме, хранении и оперативном контроле резервуарного парка АЗС.

Уровнемер предназначен для измерения уровня, температуры, плотности, вычисления объёма и массы светлых нефтепродуктов, сигнализации наличия подтоварной воды, повышения уровня пожарной и экологической безопасности, автоматизации процессов учета нефтепродуктов на АЗС стационарного и контейнерного типа.

Система “Струна-М” обеспечивает:

Высокоточное дистанционное  измерение уровня, температуры, плотности  топлива в резервуарах АЗС, вычисление объема и массы по градуировочным таблицам резервуаров, возможность  автоматизации учета движения нефтепродуктов на одной или нескольких АЗС при совместном использовании с системами отпуска, автоматический контроль герметичности одностенных и двустенных (с жидким наполнителем) резервуаров в статическом режиме с включением звуковой и световой сигнализации, предотвращение перелива топлива при наполнении резервуаров путем подачи программируемых управляющих сигналов на отключение насосов, включение (отключение) звуковой и световой сигнализации, самоконтроль функционирования и метрологических характеристик системы во всех режимах работы, включая контроль динамики изменения уровня во время приёма нефтепродуктов, отображение результатов измерения и вычисления параметров на автономном индикаторе или (и) вывод информации в систему пользователя по стандартному интерфейсу RS-232C или RS-485, метрологическую поверку без демонтажа первичных преобразователей (ППП) с помощью встроенных средств,  
значительное сокращение времени простоя АЗС при передаче смены.

 

Таблица 1 – Состав уровнемера “Струна-М”

 

Первичный преобразователь параметров (ППП) ППП с датчиками  уровня топлива, температуры, плотности  и подтоварной воды. Выполнен во взрывобезопасном исполнении с маркировкой  “OExiaIIBT5”, устанавливается в резервуарах.  Первичный преобразователь  параметров (ППП) для сжиженного газа с датчиками уровня и температуры. Выполнен во взрывобезопасном исполнении с маркировкой "Oexia IIBT5 в комплекте "Струна-М" и устанавливается в резервуарах. Рабочая температура от - 40 до + 50 гр. С. Категория защиты IP54.
Блок вычислительный (БВ), устанавливается в помещении  и имеет маркировку взрывозащиты “ExiaIIB”. Предназначен для сбора, предварительного преобразования и обработки информации параметров резервуаров (до 16), подготовки информации к представлению в единицах измерения и связи с внешними системами,  Категория защиты IP20.  Размеры 250*160*120.
Специализированный  блок питания (БП), устанавливается  в помещении и имеет маркировку взрывозащиты “ExiaIIB”,   Категория защиты IP20.  Размеры 270*190*90.

 

 

продолжение Таблицы 1. Состав уровнемера “Струна-М”

Блок индикации (БИ), настольного исполнения, устанавливается  в помещении и предназначен для  представления информации о параметрах нефтепродуктов в резервуарах и сообщений о состоянии системы на индикаторе 2 строки по 16 знаков.  Категория защиты IP20.  Размеры 195*185*45.
Устройство  управления (УУ), устанавливается в  помещении и предназначено для  управления световой и звуковой сигнализацией, а также исполнительными механизмами, (от 1 до 64 каналов). Состоит из одного блока контроллера управления (БКУ) и до 4-х блоков коммутации нагрузки (БКН).   Категория защиты IP20.  Размеры блоков 200*130*65.
Блок соединительный (БС), устанавливается в помещении  и имеет маркировку “ExiaIIB”. Предназначен для подсоединения кабелей от преобразователей ППП к блоку БВ.   Категория защиты IP20.  Размеры 250*160*50
Блок световой и звуковой сигнализации.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 9 - ППП КШЮЕ.407533.001

1 – контроллер

2 – БДУТС

3 – шина заземления

4 – кабель

5 – СУВ

6 – поплавок уровня

7 – верхнее органичительное  кольцо

8 – нижнее ограничительное  кольцо

9 – фланец

10 – направляющая

11 – крышка

 

ППП  КШЮЕ.407533.001 -  состоит из  контроллера 1 и блока датчиков БДУТС 2. При этом БДУТС состоит из трубы 3 и КАТ 4, изготовленных из немагнитного материала. Труба несет защитные функции для КАТ 4,  в которой установлены ДТ 5,  неподвижный элемент с магнитом

(маркера) 6, катушка считывания 7, магнитострикционный проводник  (струна) 9 и демпфер 10, представляющий  собой эластичный материал, гасящий  отраженную  ультразвуковую волну.  Контроллер подключается к центральной  части системы с помощью кабеля 11. В нижней части трубы расположен СУВ 12.  Подвижные  элементы  с  магнитами 13, 14 (поплавки  уровня  и  плотности)  в  рабочем состоянии  скользят  по  поверхности  трубы  и  принимают  положение  по  длине  трубы  в зависимости от уровня и плотности жидкости. Диапазон перемещения поплавков определяется верхним 15 и нижним 16 ограничительными кольцами.

ППП  крепится  на  резервуаре   с  помощью  фланца 17.  Перемещение  ППП  по  высоте  в резервуаре  осуществляется  с помощью направляющей 18, жестко  соединенной  с фланцем 17. Шина заземления 8 соединяет фланец 17 с контроллером 1.  Измерения  уровня  и  плотности  жидкости  основаны  на  измерениях   времени распространения  ультразвуковой  волны  в  магнитострикционном  проводнике.  Скорость распространения ультразвуковой  волны в проводнике  практически не  зависит от  давления  и влажности.  Влияние температуры автоматически компенсируется  с помощью специального алгоритма обработки временных интервалов распространения ультразвука. Генерация ультразвукового  импульса  происходит  по  принципу  магнитострикции непосредственно в проводнике (волноводе). При  взаимодействии  переменного  магнитного  поля,  создаваемого  импульсом  тока  в проводнике,  и  полем  постоянных  магнитов  происходит  деформация  кристаллической структуры волновода, что создает механическую волну, распространяющуюся с ультразвуковой

скоростью. Ультразвуковые  импульсы,  возникшие  в  местах  расположения  маркера  и  поплавков  распространяются по волноводу в  обоих направлениях от места возникновения. В  верхней  части  волновода  ультразвуковые  импульсы  вследствие  обратного магнитострикционного  эффекта  преобразуются  катушкой  считывания  в  электрические

импульсы и, затем, гасятся  демпфером. Промежуток времени между  моментом генерации ультразвукового импульса и его приемом

пропорционален измеряемому  расстоянию. При изменении плотности  жидкости глубина погружения поплавка уровня меняется мало, а 

от  поплавка  плотности -  в  значительной  степени,  при  этом  изменяется  расстояние  между магнитными системами поплавков, которое пропорционально измеряемой плотности. Диапазон  измерений  уровня  определяется  расстоянием  между  маркером  и  катушкой

считывания. Измерения  температуры  осуществляются  с  помощью  интегральных  кварцевых  датчиков температуры, которые непосредственно преобразуют температуру в цифровой код.

Принцип  работы  СУВ  –  кондуктометрический.  При  достижении  уровня  воды  порога срабатывания  сигнализатора  резко  уменьшается  сопротивление  чувствительного  элемента, которое преобразуется в соответствующий цифровой код.

Технические характеристики уровнемера «Струна-М»:

Диапазон измерения  уровня (без плотности) мм от 150 до 4000  
Диапазон измерения уровня (с плотностью), мм от 200 до 4000  
Абсолютная погрешность измерения уровня мм ± 1,0  
Порог чувствительности мм 0,2  
Температурный диапазон эксплуатации ППП 0 С от - 40 до + 50  
Диапазон измерения плотности 600-880 кг/м3:  
- диапазон (АИ-80) кг/м3 от 690 до 760  
- диапазон (АИ-92, АИ-95, АИ-98) кг/м3 от 715 до 785  
- диапазон (ДТ) кг/м3 от 810 до 880  
Абсолютная погрешность измерения плотности кг/м3 ± 1,5  
Сигнализация наличия подтоварной воды на уровне мм 25  
Количество контролируемых резервуаров шт. до 16  
Длина кабеля от каждого резервуара до операторской М до 200  
Количество выходов управления силовыми цепями на каждый резервуар 4шт 
Параметры цепи управления (коммутации):  
силовые цепи В/А ~220/0,5  
маломощные цепи (сухой контакт): В/А =27/0,5

=12/1,0  
=5/1,5А

Питание:  
Напряжение 220В, потребляемый ток 0,6А

Условия поставки и ввод в эксплуатацию уровнемера “Струна-М”:

Для изготовления датчиков уровнемера “Струна-М” необходимо знать следующую информацию о резервуарах:

- максимальная высота  взлива нефтепродукта в резервуаре Н1, (рис.10);  
- расстояние от днища резервуара до крышки горловины Н2 (рис.10);  
- расстояние от крышки горловины до крышки приямка или крыши навеса контейнерных АЗС, H3 (рис.10);

- градуировочные таблицы  на каждый резервуар (при необходимости); 
- вид топлива в резервуаре (для датчиков плотности).

 

 
Рисунок 10. Контрольные размеры резервуаров

Датчики уровнемера поставляются с крепежным фланцем, обеспечивающим герметичность и вертикальность установки его в резервуаре.

 

Вывод о проделанной работе: На основе проведенного обзора и анализе существующих на сегодняшний день технических решений был выбран датчик ППП КШЮЕ.407533.001, на основе которого была проведена разработка информационно измерительной системы «Струна-М», по техническим характеристикам соответствующего заданию для курсового проекта.

 

Список литературы

1. http://odessa.prom.ua/p531571

2. http://www.sensor.ru/section1561/?catalog/120/

3. http://kiev.prom.ua/p64751-ultrazvukovoj-datchik-urovnya-ascon-italiya.html

4. http://www.gilbarco.ru/products/atg/product/7/

5. http://aprioil.com.ua/ru/catalog/petro_vend/

6. Хансуваров К. И., Цейтлин В.Г. Техника измерения давления, расхода, количества и уровня жидкости, газа и пара: Учебное пособие для техникумов. — М.: Издательство стандартов, 1990. 287 с