Aktuální vydání

celé číslo

03

2024

Automatizační technika v energetice a teplárenství, úspory energie

Snímače teploty

celé číslo

Přístroje Siemens pro bezkontaktní měření polohy hladiny

číslo 3/2006

Přístroje Siemens pro bezkontaktní měření polohy hladiny

Společnost Siemens, s. r. o., je od minulého roku v ČR plně zodpovědná mj. za prodej a servis výrobků společnosti Siemens Milltronics Process Instruments. V souvislosti s touto změnou byla zkompletována nabídka produktů pro měření hladiny, průtoku, tlaku a teploty, pro analýzu plynů a kapalin a pro dynamické a statické vážení a měření průtoku sypkých látek v průmyslu. V rámci zajištění komplexních služeb v oblasti měření hladin společnost Siemens vybudovala Centrum pro měření výšky hladiny. Centrum nabízí zákazníkům odbornou technickou pomoc počínaje výběrem optimálního principu měření pro konkrétní úlohu, přes konzultace při projektování až po instalaci hladinoměru a jeho uvedení do provozu. Samozřejmá je také poprodejní péče o zákazníky, ať již jde o pravidelné revize důležitých měřicích přístrojů anebo případný servis.

Článek popisuje základní nabídku ultrazvukových a radarových hladinoměrů značky Siemens.

Ultrazvukové hladinoměry

Ultrazvukový princip měření vzdálenosti je jedním z nejrozšířenějších bezkontaktních principů měření polohy hladiny.

Kompaktní sondy
V nabídce společnosti Siemens je nejprodávanějším typem ultrazvukového hladinoměru kompaktní sonda The Probe pro kontinuální měření polohy hladiny kapalin. K jejím přednostem patří jednoduché a rychlé nastavení prostřednictvím dvou nastavovacích tlačítek a bezpečná a spolehlivá funkce při měřicím rozsahu do 5 m.

Obr. 1.

Obr. 1. Sonda Sitrans Probe LU

Nástupcem sondy The Probe je nový typ Sitrans Probe LU (obr. 1), umožňující kontinuálně měřit polohu hladiny a objem kapalin v nádržích nejrůznějších tvarů a průtok v otevřených žlabech. Sonda Sitrans Probe LU je opět řešena jako kompaktní sonda. Patentovaný systém Sonic Intelligence® dovoluje měřit i v zásobnících osazených míchadly. Sondu lze nastavovat prostřednictvím infračerveného rozhraní (standardní výbava) a ručního programátoru nebo s využitím protokolu HART či Profibus-PA a softwaru Simatic PDM. Sonda měří do vzdálenosti 6 m, popř. 12 m.

Pro limitní měření polohy hladiny kapalin a sypkých látek je určena kompaktní sonda Pointek ULS 200 s měřicím rozsahem do 5 m a se dvěma reléovými výstupy 5 A/250 V AC. Přístroj se ovládá nastavovacími tlačítky.

Přístroje s odděleným senzorem
Základním typem v nabídce ultrazvukových kontinuálních hladinoměrů s oddělenou montáží převodníku (vyhodnocovací jednotky) a senzoru je univerzální převodník hladiny MultiRanger 100/200. Přístroj může mít jeden nebo dva vstupy pro senzory polohy hladiny. Nabízí až šest regulačních relé, funkci regulace čerpadel, rozdílovou regulaci, měření průtoku v otevřeném žlabu a možnost využití externího vstupu.

Především pro obor vodárenství je zkonstruován převodník hladiny HydroRanger 200 (obr. 2), vycházející z typu MultiRanger. Převodník HydroRanger má opět jeden nebo dva vstupy, avšak s rozšířením o doplňkové funkce, např. ovládání až šesti čerpadel (s různými režimy), sledování průtoků, příjmu různých vstupních signálů (proudových, binárních) apod.

Obr. 2.

Obr. 2. Převodník hladiny HydroRanger 200

Nejvýkonnější v řadě převodníků hladiny je přístroj Sitrans LUC 500, nabízející funkce obsažené v předchozích typech převodníků spolu s nadstavbou komplexního monitorování a regulace rozvodu vody se speciálními algoritmy. Při sledování průtoku v otevřeném žlabu lze použít i rychlostní senzor průtoku typu VS 100.

Specialitou v oblasti ultrazvukového měření polohy hladiny jsou převodníky Sitrans LU 01, Sitrans LU 02 a Sitrans LU 10, určené ke sledování polohy hladiny kapalin a sypkých látek v rozsahu až 60 m při vybavení až 40 reléovými výstupy. Jejich předností je schopnost spolupracovat se všemi typy senzorů Siemens Milltronics, a to při různých počtech měřicích vstupů (číslo na konci typového označení vždy znamená maximální počet vstupů pro senzory, tj. jeden, dva nebo deset). Provedení Sitrans LU 10 s využitím funkce rozdílového měření nebo měření průměrné hodnoty je s oblibou používáno např. při sledování systému zauhlování v uhelných bunkrech.

Všechny již zmíněné převodníky s oddělenou montáží mají jednotný způsob ovládání přes infračervené rozhraní (standardní výbava) s využitím ručního programátoru, popř. prostřednictvím protokolu Modbus RTU a softwaru Simatic PDM nebo Dolphin Plus. Převodníky komunikují prostřednictvím rozhraní Modbus RTU a RS-232/485 (v ASCII), popř. přes volitelné komunikační karty SmartLinx (Profibus-DP, Allen-Bradley RIO, DeviceNet).

Řada oddělených ultrazvukových senzorů Siemens Milltronics Echomax pro již uvedené převodníky obsahuje typy XRS-5, XPS-10, XPS-15, XPS-30, XPS-40, XCT-8, XCT-12, XLT-30, XLT-60 a ST-H (obr. 3). Senzory řady Echomax lze použít v zásobnících na kapaliny i sypké látky, při měření průtoku v otevřených žlabech, v zásobnících s agresivními kapalinami i za složitých provozních podmínek (rozsah měření až 60 m, teplota od –40 do +150 °C) a s různě provedeným mechanickým připojením, včetně kloubové směrovací příruby, s úspěchem využívané u sypkých látek. Senzory Echomax se dodávají s certifikátem ATEX.

Obr. 3.

Obr. 3. Výběr ultrazvukových senzorů řady Echomax

Speciálním přístrojem ve skupině ultrazvukových hladinoměrů je jednotka OCM III pro velmi přesné měření průtoku v otevřených žlabech v podstatě libovolného profilu na základě měření výšky hladiny protékající kapaliny. Primárně se používá oddělený senzor Echomax XRS-5. Při použití univerzálních vstupů (napěťový, proudový) lze ale k jednotce připojit i jiný senzor polohy hladiny. Dále je možné použít také externí rychlostní senzor proudění typu VS100. Jednotka OCM III je vybavena záznamníkem dat přístupných s použitím rozhraní RS-232 a programu Flow Reporter. Parametrizuje se standardně ručním programátorem přes infračervené rozhraní, popř. z PC s programem Flow Reporter.

Mikrovlnné měření – „radary„

Společnost Siemens Milltronics vyrábí a dodává radarové hladinoměry jak impulsní, založené na principu měření doby potřebné na průlet mikrovlnného impulsu od snímače k měřené hladině a zpět (Time-of-Flight – ToF), tak i s frekvenčně modulovanou nosnou vlnou (princip FMCW). Přístroje obou typů jsou konstruovány pro provoz v prostředí s nebezpečím výbuchu a dodávány s certifikáty ATEX. Standardně je lze přímo nastavovat ručním programátorem přes infračervené rozhraní bez nutnosti otevírat kryt přístroje.

Impulsní radarové hladinoměry
Nejnovějším z mikrovlnných hladinoměrů nabízených společností Siemens Milltronics je impulsní radarový hladinoměr Sitrans Probe LR (obr. 4), vzhledem i ovládáním velmi blízký již uvedené sondě Sitrans Probe LU, ovšem při využití mikrovlnného záření. Díky této příbuznosti je Sitrans Probe LR ideálním hladinoměrem pro různé skladové i provozní zásobníky kapalin. Jeho velkou spolehlivost zaručuje použitý systém Sonic Intelligence. Přístroj měří na vzdálenost až 20 m. Nastavuje se standardním způsobem přes infračervené rozhraní, popř. i elektronicky s využitím protokolu HART a softwaru Simatic PDM. Jeho předností, stejně jako všech kompaktních hladinoměrů značky Siemens Milltronics, jsou také nízké pořizovací náklady.

Obr. 4.

Obr. 4. Impulsní radarový hadinoměr Sitrans Probe LR

Osvědčený dvouvodičový (napájený z proudové smyčky 4 až 20 mA) impulsní radarový hladinoměr Sitrans LR 200 využívá frekvenci 5,8 GHz při široké variabilitě typů a tvarů antén, umožňující jeho použití v nejrůznějších, i konstrukčně složitějších zásobnících, popř. při nestandardně řešených montážních otvorech. Měří do vzdálenosti až 20 m, a to i ve složitých provozních podmínkách (tlak až 4 MPa, teplota –40 až +200 °C). V potravinářství a farmacii se uplatní v provedení s hygienickým připojením. Sonda se nastavuje prostřednictvím infračerveného rozhraní a ručního programátoru nebo s využitím protokolu HART či Profibus-PA a softwaru Simatic PDM.

Ke kontinuálnímu bezkontaktnímu měření polohy hladiny kapalin, včetně kalů, v obtížných provozních podmínkách je s úspěchem používán impulsní radarový hladinoměr Sitrans LR 300, jehož spolehlivost je zvýšena samostatným univerzálním napájením napětím 24 až 230 V AC/DC. Co do měřicího rozsahu, provozních podmínek a variability antén se Sitrans LR 300 v rámci univerzálního stavebnicového řešení shoduje s již zmíněným typem Sitrans LR 200. Proudový výstup 4 až 20 mA umožňuje vedle spojitého přenosu měřené hodnoty také přístroj nastavovat s použitím protokolu HART. Dále lze s přístrojem komunikovat protokoly Profibus-PA nebo Modus RTU, vše s použitím softwaru Simatic PDM a Dolphin Plus, popř. ho standardně parametrizovat přes infračervené rozhraní.

Radarové hladinoměry FMCW
Bezkontaktně a kontinuálně měří polohu hladiny sypkých a kapalných látek přístroj Sitrans LR 400. Použitím metody FMCW se jmenovitou frekvencí 24 GHz je u něj dosaženo skutečně malého vyzařovacího úhlu (pouhých 8°). V kombinaci s kloubovou směrovací přírubou je výrazně eliminován pokles úrovně signálu způsobený sypným úhlem měřené látky. Výsledkem je, že přístroj se standardní kuželovou anténou relativně malého průměru 50, 75 nebo 100 mm má dosah až 50 m. Díky použité metodě FMCW je Sitrans LR 400 velmi vhodný do značně obtížných provozních podmínek vyskytujících se např. při měření ve zvlášť vysokých zásobnících kapalin (k dispozici je např. vysokoteplotní provedení pro média s teplotou od –40 do +250 °C). Elektronika přístroje je řešena jako čtyřvodičová s napájecím napětím 120 až 230 V AC nebo 24 V DC a s výstupním signálem 4 až 20 mA a jedním relé. Vedle standardního infračerveného rozhraní lze k nastavování přístroje použít protokol HART a software Simatic PDM.

Závěr

Bezkontaktní ultrazvukové a mikrovlnné systémy uvedené v článku tvoří důležitou část nabídky hladinoměrů společnosti Siemens. Další přístroje, např. kapacitní hladinoměry a vibrační a rotační sondy, budou představeny v některém z příštích čísel časopisu.

Centrum pro měření výšky hladiny společnosti Siemens je připraveno v rámci komplexních služeb zákazníkům zodpovědět otázky spojené s návrhem vhodného řešení měření hladiny, vypracovat technické a cenové nabídky a rovněž pro ně zajistit technickou podporu, včetně koordinace servisních služeb. V případě potřeby lze také dohodnout bezplatné zapůjčení přístroje pro jeho vyzkoušení v reálných podmínkách.

Filip Tůma,
Siemens s. r. o.

Siemens, s. r. o.
divize Automatizace a pohony
Evropská 33a
160 00 Praha 6
tel: 233 032 411
http://www.siemens.cz/ad