Hướng dẫn lắp đặt, chạy thử và vận hành bộ truyền mức radar

Hướng dẫn lắp đặt, vận hành và hiệu chỉnh thiết bị truyền tín hiệu mức bằng radar –

. Các thiết bị truyền tín hiệu mức bằng radar sử dụng sóng điện từ để đo khoảng cách giữa cảm biến và bề mặt vật liệu, sau đó chuyển đổi khoảng cách này thành giá trị mức chất lỏng hoặc mức vật liệu dạng khối rắn theo độ cao tham chiếu đã được thiết lập. Thiết bị radar không tiếp xúc có thể được áp dụng cho nước, dầu, hóa chất, hỗn hợp huyền phù, bột, hạt và các loại vật liệu dạng khối khác mà không yêu cầu phần cảm biến phải được ngâm trong hệ thống quy trình.

Tính ổn định trong đo lường dài hạn phụ thuộc vào việc lựa chọn thiết bị, vị trí lắp đặt, hình dạng của bình chứa, độ phản xạ của môi trường đo và các thông số vận hành ban đầu. Một cách bố trí lắp đặt phù hợp giúp giảm thiểu các tín hiệu phản xạ gây nhiễu cố định; trong khi việc thiết lập đúng khoảng đo, điều chỉnh trạng thái rỗng và đầy, hệ thống giảm chấn cũng như các tham số xử lý tín hiệu phản xạ giả sẽ nâng cao độ tin cậy của kết quả đo trong các điều kiện vận hành thực tế.

1. Thiết bị truyền tín hiệu mức bằng radar hoạt động như thế nào?

Anten radar phát ra các sóng điện từ hướng tới bề mặt vật liệu. Các sóng này được phản xạ bởi bề mặt chất lỏng hoặc chất rắn, sau đó được anten thu nhận. Thiết bị tính toán khoảng cách đến vật liệu dựa trên thời gian truyền sóng, hoặc trong hệ thống radar FMCW, dựa trên sự chênh lệch tần số giữa tín hiệu phát và tín hiệu thu.

Mức độ = Cao độ tham chiếu − Khoảng cách từ radar đến bề mặt vật liệu

Radar không phụ thuộc vào tốc độ âm thanh trong không khí và có thể hoạt động trong điều kiện chân không. Thiết bị này thường có khả năng thích ứng tốt với những biến thiên thông thường về nhiệt độ, áp suất và lưu lượng khí trong không khí. Hiệu suất thực tế vẫn phụ thuộc vào các đặc tính điện môi, thiết kế ăng-ten, hơi nước, lớp xốp, hiện tượng ngưng tụ cũng như cấu trúc lắp đặt.

2. Những thông tin về quy trình nào cần được xác nhận trước khi lắp đặt?

Môi trường quy trình;

Xác định liệu ứng dụng có liên quan đến chất lỏng, hỗn hợp dạng bùn, bột, hạt hoặc chất rắn dạng khối hay không;

Khoảng cách đo tối đa;

Xác định khoảng cách tối đa từ điểm lắp đặt cảm biến đến mức thấp nhất được dự kiến.

Nhiệt độ và Áp suất

: Các điều kiện quy trình phải được duy trì trong giới hạn định mức của thiết bị đã được lựa chọn.

: Hình dạng bình chứa

: Xác định đường kính bình chứa, chiều cao, vòi phun, các bộ khuấy, thanh đỡ, cuộn dây, thang dẫn và các điểm nạp liệu.

: Đối với các bình chứa đang được vận hành, mọi mặt bích, mối nối ren hoặc cửa quy trình đều phải được xử lý theo đúng quy trình an toàn tại hiện trường.Trước khi tiến hành lắp đặt hoặc bảo trì, cần cách ly an toàn áp suất, nhiệt độ cao và các môi chất quy trình nguy hiểm.

– 3. Thiết bị truyền tín hiệu radar đo mức nên được lắp đặt tại vị trí nào?

Radar không tiếp xúc thường được lắp đặt ở đỉnh của tàu hoặc silo. Vị trí ưu tiên này đảm bảo một đường truyền rõ ràng giữa ăng-ten và bề mặt vật liệu, đồng thời giảm thiểu các cấu trúc cố định nằm trong chùm tia radar chính.

Khoảng cách từ thiết bị ra-đa đến thành tàu phụ thuộc vào tần số ra-đa, kích thước ăng-ten, góc chùm tia và hình dạng cấu trúc của tàu. Thiết bị ra-đa có chùm tia rộng có thể yêu cầu khoảng cách an toàn đến thành tàu lớn hơn, trong khi thiết bị có chùm tia hẹp lại có thể yêu cầu khoảng cách này nhỏ hơn.80GHzCảm biến radar thường mang lại độ linh hoạt cao hơn khi đặt gần thành tàu. Vị trí lắp đặt cuối cùng cần tuân thủ đặc tính chùm tia cũng như các yêu cầu lắp đặt của mẫu thiết bị đã được lựa chọn.

Tránh lấp đầy các luồng chất lỏng

Dòng chất lỏng đi vào, các tia phun và các hạt rắn rơi xuống có thể che khuất bề mặt vật liệu thực tế, dẫn đến sự hình thành các phản xạ không ổn định.

Tránh các chướng ngại vật cố định

Các chùm tia, ống dẫn, cuộn dây gia nhiệt và thiết bị khuấy có thể tạo ra các phản xạ nhiễu cố định.

Duy trì đường truyền chùm tia luôn thông thoáng

Hãy giữ cho chùm tia radar chính luôn ở trạng thái rõ nét nhất có thể để giảm thiểu các phản xạ không mong muốn.

Sử dụng hệ thống cố định ổn định;

Các mặt bích, ren và giá đỡ cố định cần được duy trì độ cứng vững và đảm bảo định hướng của ăng-ten được giữ nguyên.

4. Liệu phương án cố định tại tâm có phù hợp hay không?

Việc lắp đặt thiết bị tại tâm tàu phụ thuộc vào hình dạng cấu trúc của tàu và đặc tính của chùm tia radar. Những tàu có hình dạng tròn hoặc vòm đối xứng có thể tạo ra các phản xạ bội mạnh hơn ở khu vực gần tâm tàu; do đó, trong một số ứng dụng radar sử dụng chùm tia rộng, người ta thường lựa chọn vị trí lắp đặt lệch tâm.

Đối với các tàu có đáy hình nón, việc lắp đặt tại tâm tàu có thể mang lại lợi thế trong một số trường hợp ứng dụng cụ thể, vì chùm tia radar có thể tiếp cận phần đáy thấp nhất của tàu một cách trực tiếp hơn.Radar chùm hẹp hiện đại cũng mang lại độ linh hoạt cao hơn, do đó vị trí cuối cùng cần được lựa chọn phù hợp với loại tàu và mẫu radar được sử dụng.

5. Những yếu tố nào cần được xem xét khi lắp đặt vòi phun? Các thiết bị radar

thường được lắp đặt trên vòi phun quy trình có chiều dài ngắn. Đường kính, chiều dài của vòi phun và vị trí ăngten có thể ảnh hưởng đến sự lan truyền tín hiệu. Những vòi phun dài hoặc hẹp, cũng như các vị trí hàn bên trong và các bậc thang, có thể tạo ra các phản xạ bổ sung.

Vật phẩm đầu phun	Yêu cầu chung
Đường kính	Chọn theo kích thước ăng-ten, tần số radar và tài liệu kỹ thuật của sản phẩm
Chiều dài	Giữ ở độ ngắn nhất có thể; chiều dài cho phép phụ thuộc vào đường kính và thiết kế ăng-ten
Vị trí ăng-ten	Một số mẫu yêu cầu mặt ăng-ten phải vươn ra ngoài đầu phun
Bề mặt bên trong	Cần duy trì bề mặt phẳng và hạn chế tối đa các rãnh hàn, các bậc, các cạnh cùn và các vật phản xạ mạnh khác.

6. Việc lắp đặt khác biệt như thế nào giữa chất lỏng và chất rắn dạng khối?

Đối với các ứng dụng chất lỏng thông thường, ăng-ten radar thường được hướng vuông góc nhất có thể so với mặt chất lỏng trung bình, nhằm đảm bảo tín hiệu phản xạ được truyền trở lại ăng-ten một cách hiệu quả.

Bề mặt vật liệu dạng khối thường có độ dốc. Do đó, vị trí lắp đặt và hướng định hướng ăngten cần được xác định dựa trên điểm nạp liệu, điểm xả liệu, độ cao của silo và đặc tính bề mặt của vật liệu dự kiến. Các silo lớn có thể sử dụng mặt bích có thể điều chỉnh hoặc hệ thống định hướng nhằm hướng chùm tia đến một khu vực đo lường tiêu biểu. Thiết bị đo mức radar tần số 80 GHz, chịu nhiệt độ cao, model

– 7. Những yếu tố nào cần được xem xét khi làm việc với môi trường có hằng số điện môi thấp?

Cường độ hồi âm radar phụ thuộc vào đặc tính điện môi của môi trường. Các chất lỏng có hằng số điện môi thấp thường tạo ra tín hiệu phản xạ bề mặt yếu hơn, do đó việc lựa chọn phạm vi động radar phù hợp, thiết kế ăng-ten tối ưu và xử lý tín hiệu hiệu quả trở nên đặc biệt quan trọng.

Ở mức độ thấp, một phần năng lượng radar có thể đi xuyên qua chất lỏng và tạo ra tín hiệu hồi âm từ đáy bồn chứa. Do đó, kết quả đo đạc phụ thuộc vào các yếu tố sau: đặc tính điện môi của chất lỏng, độ sâu chất lỏng, hình dạng đáy bồn chứa và quy trình xử lý tín hiệu của thiết bị đo.Loại môi chất, chiều cao bình chứa và cấu trúc đáy bình cần được thiết lập chính xác trong quá trình vận hành thử.

8. Cần xử lý hiện tượng bọt, chuyển động bề mặt và hiện tượng khuấy trộn như thế nào?

: Hiện tượng bọt, chuyển động bề mặt mạnh và hiện tượng khuấy trộn có thể làm thay đổi cường độ cũng như độ ổn định của tín hiệu hồi âm radar. Mức độ ảnh hưởng của hiện tượng bọt kéo dài phụ thuộc vào độ dày lớp bọt, hàm lượng nước, đặc tính của môi trường, tần số radar và thiết kế ăng-ten.

Đối với các bề mặt chất lỏng động, vị trí lắp đặt ưu tiên là đặt xa các thiết bị khuấy, vùng va chạm khi đổ đầy và vùng dòng chảy rối mạnh. Các chức năng giảm chấn và lọc sau đó cần được thiết lập phù hợp với yêu cầu phản hồi thực tế của quy trình vận hành. Trong một số trường hợp ứng dụng bọt đặc thù, có thể cần so sánh giữa các tần số radar khác nhau hoặc sử dụng radar sóng dẫn hướng.

9. Có những phương pháp vận hành nào khả dụng?

Các phương pháp vận hành phụ thuộc vào loại mô hình radar và giao diện truyền thông được sử dụng.Các bộ truyền tín hiệu công nghiệp có thể hỗ trợ một hoặc nhiều phương thức sau:

– Màn hình hiển thị và nút bấm tại chỗ.

Dùng để cấu hình phạm vi đo, loại môi chất, hệ số giảm chấn và các thông số đầu ra.

– Phần mềm cấu hình PC;

– Phù hợp cho phân tích đường cong hồi âm, chẩn đoán và cấu hình chi tiết các thông số;

– Truyền thông kỹ thuật số;

– Các phiên bản HART hoặc RS485 Modbus RTU có thể hỗ trợ việc đọc và cấu hình thông số thông qua các công cụ tương thích.

Công cụ cấu hình thiết bị cầm tay;

Các phiên bản HART và truyền thông công nghiệp được chọn có thể được đưa vào vận hành bằng các thiết bị truyền thông cầm tay tương thích.

10. Những thông số nào cần được thiết lập trong quá trình đưa vào vận hành ban đầu?

Thông số đưa vào vận hành;	Chức năng;
Mặt phẳng tham chiếu	Xác định điểm tham chiếu ban đầu cho phép đo khoảng cách, thường liên quan đến bề mặt bịt kín của mặt bích hoặc điểm tham chiếu cảm biến được chỉ định.
– Điều chỉnh trạng thái rỗng / 0%;	– Xác định khoảng cách từ cảm biến đến điểm đo thấp nhất;
– Điều chỉnh trạng thái đầy / 100%;	– Xác định khoảng cách từ cảm biến đến điểm đo cao nhất;
– Loại môi chất.	Giúp tối ưu hóa quá trình xử lý tín hiệu đối với chất lỏng, chất rắn và các điều kiện hồi âm khác nhau.
– Các tham số bình chứa;	– Bao gồm chiều cao bình chứa, hình dạng đáy bình chứa và các thông tin khác phụ thuộc vào mô hình.
Tầm chèn / Thời gian phản hồi	: Cân bằng giữa tốc độ phản hồi của phép đo và độ ổn định đầu ra;
: Quy chuẩn đầu ra	Các bản đồ từ 4–20 mA hoặc các đầu ra khác được kết nối vào phạm vi đo 0–100% đã được cấu hình:
– Thông số truyền thông;	– RS485 (các phiên bản) – yêu cầu địa chỉ thiết bị, tốc độ baud và các thiết lập Modbus phù hợp;
– Kéo giảm tiếng phản hồi giả;	– Giảm nhiễu do thành ống, chùm tia, ống dẫn và các cấu trúc cố định khác gây ra;

– 11. Việc điều chỉnh ở trạng thái rỗng và đầy liệu có thực sự yêu cầu bình chứa phải thực sự rỗng hoặc đầy không?Các thiết bị truyền tín hiệu mức radar hiện đại (

) thường có thể được cấu hình dựa trên các thông số lắp đặt đã được xác định trước. Bình chứa không nhất thiết phải được làm rỗng hoàn toàn hoặc được đổ đầy để thực hiện việc hiệu chỉnh ban đầu ở mức 0% và 100%.

Người cài đặt có thể nhập khoảng cách đã biết từ mặt phẳng tham chiếu đến các điểm đo thấp nhất và cao nhất, sau đó kiểm tra các giá trị đã cấu hình so với các mức thực tế trong quá trình vận hành thử.

– 12. Học tập phản hồi giả là gì?

– Các thành bình chứa, vòi phun, chùm tia, ống dẫn, thiết bị khuấy và các cấu trúc cố định khác có thể tạo ra hiện tượng phản xạ radar.Phương pháp học phản hồi giả ghi lại các phản xạ tĩnh này và giảm thiểu ảnh hưởng của chúng trong quá trình đo lường thông thường.

Cấp độ thực tế của quá trình cần được xác định trong suốt quá trình vận hành thử, và phạm vi vận hành cần được thiết lập theo hướng dẫn sử dụng sản phẩm nhằm đảm bảo tín hiệu phản hồi thực tế vẫn được nhận diện chính xác. Việc lựa chọn vị trí lắp đặt phù hợp sẽ tạo nền tảng cho việc triệt tiêu hiệu quả các tín hiệu phản hồi giả.

13. Cần kiểm tra những nội dung nào sau khi đưa hệ thống vào vận hành?

: Mức hiển thị tương ứng với mức thực tế

: Giá trị khoảng cách hoặc độ giãn hợp lý

: Đầu ra 4–20 mA phù hợp với phạm vi đã được cấu hình

: Truyền thông HART hoặc RS485 hoạt động ổn định

: Các chức năng cảnh báo cao/thấp hoặc rơ le hoạt động đúng cách trong các trường hợp áp dụng

Đường cong Echo không thể hiện các phản xạ cố định bất ngờ chiếm ưu thế.

: Việc đo lường nên được kiểm tra tại nhiều cấp độ quy trình thay vì chỉ tại một điểm duy nhất. Trong các ứng dụng dài hạn, có thể sử dụng dữ liệu xu hướng từ PLC, DCS hoặc SCADA để xác nhận rằng giá trị đo được phản ánh đúng những thay đổi thực tế trong quy trình.

14.Các vấn đề vận hành phổ biến và các điểm kiểm tra:

– Tình trạng quan sát được;	– Nguyên nhân có thể xảy ra;	– Hướng kiểm tra;
– Hiện tượng nhảy giá trị đọc;	– Rào cản cố định, hiện tượng dịch chuyển bề mặt hoặc hiện tượng hồi âm giả;	– Kiểm tra vị trí lắp đặt, đường cong hồi âm và các thiết lập liên quan đến hồi âm giả;
– Giá trị đọc ở mức thấp bất thường;	– Hiện tượng hồi âm từ môi trường điện môi có độ dẫn điện thấp hoặc từ đáy bồn chứa.	Kiểm tra các thông số của môi trường, chiều cao bình chứa và hình dạng đáy bình;
– Suy hao tín hiệu hồi âm ở vị trí cao;	– Gây nhiễu trong vùng gần, hiện tượng phản xạ từ vòi phun hoặc sự nhiễm bẩn trên ăngten;	– Kiểm tra các cấu trúc trong vùng gần, vị trí ăngten và tình trạng nhiễm bẩn;
– Trạng thái không ổn định của mặt phân cách giữa pha lỏng và pha rắn;	– Mặt bề mặt có độ dốc, hiện tượng bụi bám hoặc hiện tượng phản xạ bội;	– Tối ưu hóa hướng đặt thiết bị.Các thiết lập trung bình và lọc:
– Hiện tượng trôi dài hạn hoặc mất ổn định;	– Tích tụ trên ăng-ten, hiện tượng ngưng tụ hoặc thay đổi vị trí lắp đặt;	– Kiểm tra tình trạng ăng-ten, cấu trúc lắp đặt và trạng thái phản hồi âm;

– 15. Vận hành và bảo trì định kỳ

Radar không tiếp xúc không có các bộ phận cơ học chuyển động tiếp xúc liên tục với môi trường quy trình, do đó yêu cầu bảo trì định kỳ thường ở mức thấp. Tuy nhiên, trong quá trình vận hành dài hạn, vẫn cần thực hiện kiểm tra định kỳ các yếu tố sau: sự tích tụ trên ăng-ten, hiện tượng ngưng tụ, độ kín của cáp, cấu trúc lắp đặt và trạng thái tín hiệu đầu ra.

Đối với các ứng dụng có môi trường đầy bụi, dễ dính hoặc dễ hình thành hơi ngưng tụ, có thể áp dụng các khoảng thời gian kiểm tra và vệ sinh dựa trên tốc độ tích tụ thực tế. Các tham số cấu hình quan trọng như phạm vi đo, loại môi chất, hệ thống giảm chấn, tỷ lệ đầu ra và thiết lập truyền thông cũng có thể được lưu trữ làm sao chép nhằm phục vụ công tác bảo trì và khôi phục trong tương lai.

– Câu hỏi thường gặp

– Câu hỏi 1: Thiết bị truyền tín hiệu đo mức bằng radar nên được lắp đặt cách thành bồn chứa bao xa?

A1: Khoảng cách phụ thuộc vào góc chùm tia, thiết kế ăng-ten, đường kính tàu và các chướng ngại vật bên trong. Với chùm tia hẹp80GHzHệ thống radar thường mang lại độ linh hoạt cao hơn trong việc lắp đặt gần thành ống.

Q2: Việc đưa hệ thống radar vào vận hành có yêu cầu bồn chứa phải trống không?

A2: Các thiết lập khoảng cách ban đầu thường có thể được thực hiện dựa trên các thông số lắp đặt đã biết, sau đó tiến hành kiểm chứng theo điều kiện thực tế của quy trình vận hành.

Q3: Những thông số nào thường được yêu cầu trong quá trình đưa hệ thống vào vận hành?

A3: Các thông số điển hình bao gồm phạm vi đo, khoảng cách khi trống và khi đầy, loại môi chất, các thông số của bình chứa, hệ số giảm chấn, tỷ lệ đầu ra và các thiết lập truyền thông.

Hỏi 4: Tại sao thiết bị phát ra tín hiệu radar lại có thể hiển thị mức tín hiệu giả?

A4: Thành bình, dầm, bộ khuấy, hệ thống ống dẫn và vòi phun có thể tạo ra các phản xạ cố định. Việc lắp đặt phù hợp cùng với kỹ thuật triệt tiêu tiếng vọng giả sẽ giúp phân biệt các tín hiệu này với tiếng vọng thực tế từ bề mặt chất lỏng.

Q5: Radar có thể đo được các chất lỏng có chứa bọt không?

A5: Hiệu suất phụ thuộc vào độ dày lớp bọt, hàm lượng nước, đặc tính của môi trường và tần số radar. Khi lựa chọn sản phẩm, cần đánh giá kỹ lưỡng các trường hợp xuất hiện lớp bọt dày và kéo dài.

Q6: Những yếu tố nào có thể gây ra kết quả đo bất thường ở mức độ thấp?

A6: Các chất lỏng có hằng số điện môi thấp có thể tạo ra các tín hiệu phản xạ bề mặt yếu, trong khi các tín hiệu phản xạ từ đáy bồn sẽ trở nên rõ rệt hơn. Cần kiểm tra loại chất lỏng, chiều cao bồn chứa, hình dạng đáy bồn và các đường cong phản xạ.

Q7: Cần thiết lập những thông số nào cho bộ phát radar RS485?

A7: Ngoài các thông số đo lường, cần thiết lập địa chỉ thiết bị Modbus, tốc độ baud và các thiết lập truyền thông phù hợp, đồng thời kiểm tra các thanh ghi được yêu cầu.

Q8: Người lắp đặt có thể xác nhận vị trí lắp đặt phù hợp như thế nào?

A8: Đánh giá mức độ đọc thực tế, đường cong hồi âm, cường độ tín hiệu và độ ổn định tại các cấp độ quy trình khác nhau. Một tín hiệu hồi âm quy trình mạnh với nhiễu cố định ở mức hạn chế thường cho thấy bố trí lắp đặt là phù hợp.

– Kết luận

Việc lắp đặt và vận hành đúng quy trình tạo nền tảng cho việc đo mức bằng radar một cách đáng tin cậy. Thiết kế lắp đặt cần tính đến hình dạng tàu, góc rộng tàu, vị trí nạp chất, kích thước vòi phun và cấu trúc bên trong của tàu. Sau đó, quá trình vận hành cần thiết lập đúng khoảng đo, các điểm rỗng và điểm đầy, loại môi chất, hệ thống giảm chấn, thang đo tín hiệu đầu ra cũng như các thiết lập liên lạc.

Các môi trường có hằng số điện môi thấp, vật liệu xốp, các bề mặt chuyển động mạnh, silo dạng khối rắn và các cấu trúc bình chứa phức tạp có thể cần được tối ưu hóa bổ sung thông qua phân tích đường hồi âm và ức chế hồi âm giả. Sau khi đưa hệ thống vào vận hành, các thông số thực tế như mức chất lỏng, tín hiệu đầu ra tương tự, truyền thông kỹ thuật số và dữ liệu xu hướng cần được kiểm chứng nhằm xác nhận hiệu suất hoạt động của hệ thống.

METRAVONCác sản phẩm đo lường theo radar có thể được cấu hình dựa trên loại môi chất trong quy trình, phạm vi đo, nhiệt độ quy trình, áp suất quy trình, hình dạng thiết bị chứa và các yêu cầu về giao diện tự động hóa, đồng thời hỗ trợ tích hợp với các hệ thống khác.PLC, DCS, RTU và các hệ thống giám sát từ xa phục vụ đo lường ở cấp độ công nghiệp với độ ổn định và khả năng mở rộng cao.