Рассмотрена на заседании ЦМК Средства механизации и

Рассмотрена на заседании ЦМК
Одобрена и
Средства механизации и автоматизации
рекомендована к использованию
Протокол № 4
методическим Советом колледжа
«13» ноября 2014_г.
«21» ноября 2014г.
Председатель ЦМК
Зам. директора по УМР
_______________Л.А. Захарченко
_______________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
ул. Мичурина, 4
тел. (факс): (382-2) 75-45-14
e-mail: [email protected]
1
Содержание
Введение ......................................................................................................................3
Общие сведения ......................................................................................................................5
Принцип измерений уровнемера ..........................................................................................7
Состав системы .......................................................................................................................8
Программное обеспечение TankMaster ..............................................................................10
Шина TRL/2 ..........................................................................................................................10
Лабораторная работа ............................................................................................................12
Контрольные вопросы..........................................................................................................23
Список использованных источников ......................................................................23
2
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.
3
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.
4
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
5
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.
6
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.
7
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.
8
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
9
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.
10
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
11
Лабораторная работа
Тема: Конфигурирование уровнемера SAAB
Цель работы: ознакомиться с возможностями системы STRL-2 и основами настройки
Оборудование, программное обеспечение: радарный уровнемер SAAB
Задание:
1.
Ознакомиться с документацией на уровнемер SAAB TANK RADAR.
2.
Произвести настройку и конфигурирование уровнемера
3.
Сделать выводы по результатам настройки.
4.
Выполнить дополнительные работы, например: установить программу Win
Setup на ноутбук и попытаться заново произвести настройку; произвести подключение
дополнительного датчика температуры
5.
Вычертить схему соединения уровнемера к среднему и верхнему уровню
6.
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
12

Нажимаем правую кнопку. Выбираем новую инсталляцию. Выбираем устройство и
присваиваем устройству имя.
Рис.7

Нажимаем «NEXT». Меняем адрес устройства.
Рис.8
13

Нажимаем «Verify Communication». Нажимаем «NEXT».
Рис.9

Подчинённым устройством должен стоять «REX RTG»
Рис.10
14
В результате производим инсталляцию радара.
Рис.11
Рис.12
15
Рис.13

Нажимаем NEXT. Вводим тип антенны
Рис.14

Проверяем работу радара. Нажимаем «Tanr Skan».
16
Рис.15

Проверяем температурные входы. Вводим положение датчиков.
Рис.16
Нажимаем «OK» и «NEXT». Вводим параметры расположения антенны
17
Рис.17

Инсталлируем резервуар «LT»
Рис.18
Настраиваем параметры резервуара. Инсталлируем цилиндрический резервуар
18
Рис.19
Привязываем установленные устройства к резервуару
Рис.20
19
Рис.21
И нажимаем на указатель добавления
Рис.22
20

Устанавливаем источники сигналов и единицы их измерения
Рис.23
Рис.24
21
Рис.25

Завершаем настройку. Проверяем изменение параметров при изменении уровня
жидкости в резервуаре
Рис.26
22
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
23