3. РОЗРОБКА СИСТЕМИ ВИМІРЮВАННЯ ПАРАМЕТРІВ НАФТОПРОДУКТІВ 3.1 Вибір протоколу обміну Для системи, що розробляється, ми вибираємо найвживаніший в даний вас промисловий протокол - HART (Highway Addressable Remote Transducer Protocol). Протокол HART - широко відомий промисловий стандарт для вдосконалення струмової петлі 4—20 MA до можливості цифрової комунікації. Використання цієї технології швидко росте, оскільки замовники вже оцінили переваги інтелектуального обладнання. Протокол HART дозволяє передавати одночасно аналоговий і цифровий сигнал по одній і тій же парі дротів. При цьому зберігається повна сумісність і надійність існуючих аналогових ліній і-20мА. 3.2 Комунікаційна технологія HART для автоматизашї технологічних процесів Сучасні промислові підприємства є складні технічні структури. Вимога підвищення ефективності управління процесом поставила завдання заміни аналогових датчиків на інтелектуальні. Процес переходу на інтелектуальні контрольно-обчислювальні прилади (КОП) не може бути скачкокоподібним, оскільки переважне число АСУТП є аналоговими. Для рішення даної задачі з'явився НАRТ-протокол, при якому на аналоговий (струмовий) сигнал 4—20 MA накладається частотно-модульований цифровий сигнал HART побудований за принципом "головний-підлеглий", тобто польовий присгрій відповідає по запиту системи. Протокол допускає наявність двох пристроїв, що управляють: ПК системи, що управляє, і комунікатора. Існує два режими роботи датчиків, що підтримують обмін даними по НАКТ-протоколу. Режим передачі цифрової інформації одночасно з аналоговим сигналом представлений на рисунку 3.1. Зювичай в цьому режимі датчик прашоє в аналогових АСУТП, а обмін по НАRТ-протоколу здійснюється за допомогою недороюго портативного контроллера - НАRТ-коммунікатора або комп'ютера. При цьому можна дистанційно здійснювати повну настройку і конфігурацію датчика. У багатоточковому режимі датчик передає і отримує інформацію тільки в цифровому вигляді. Аналоговий вихід автоматично фіксується на мінімальному значенні 4 мА (тільки для живлення пристрою) і не місгить інформації про вимірювану величину. Інформація про змінні процесу зчитуєгься по НАRТ-протоколу (рисунок 3.2). До однієї пари дротів може бути підключено до 15 датчиків. Всі прилади в багатоточковому режимі мають свій унікальний адрес від і до 15, і звернення до кожного йде за відповідним адресом. Комунікатор або система управління визначає всі датчики, підключені до лінії, і може працювати з будь-яким з них. Як середовище передачі сигналу використовується кабель типу екранована кручена пара. У небезпечних зонах можуть бути використані бар'єри іскробезпеки, які пропускають НАRТ-сигнал. У НАRТ-протоколі максимальна довжина кабелю пов'язана з еквівалентним опором мережі і максимально допустимою ємністю системи. У таблиці 3.1 представлена інформація про максимальну довжину кабелю як функцію від кількості приладів, підключених до панцюга і питомої місткості кабелю. Часто в аналоговій АСУТП присутні багато інтелектуальних польових приладів, що працюють в режимі сумісності із струмовою петлею 4-20мА. В цьому випадку дистанційна настройка і конфігурація датчиків за допомогою НАRТ-комунікатора або НАRТ-модему вимагає послідовного підключення комунікаційного пристрою до кожної лінії 4-20 мА, що йде від відповідних приладів. Для вирішення поставленого завдання пропонується використовувати НАRТ-мультиплексор. При такому підході прилади продовжують передавати вимірювальну інформацію в систему по струмовому виходу 4-20 мА, а їх конфігурація може бути змінена з одного цифрового виходу системи, що управляє (рисунок 3.3). При цьому можна об'єднати в мережу близько 500 приладів (наприклад, 30 мультиплексорів сполучених по 118-485, 16 каналів кожен). Існує можливість побудови за допомогою мультиплексора цифрової системи збору і візуалізації інформації. В цьому випадку кожен канал мультиплексора може опитувати до 15 датчиків, підключених до однієї струмової петлі. При такому підключенні витрати на кабельну продукцію істотно знижуються. Згідно семирівневої моделі взаємодії відкритих систем (модель 051), НАRТ-протокол реалізує наступні три рівні: фізичний, канальний і прикладний. Фізичний рівень описує характеристики сигналу і середовище передачі даних. Для передачі цифрової інформації НАRТ-протокол версії 5.0 використовує метод частотної модуляції. У режимі струму, високочастотна НАRТ-складова накладаються на аналоговий вимірювальний сигнал 4-20 мА, Ця складова не впливає на аналоговий сигнал і легко може бути видалена за допомогою фільтру низьких частот. Двійкові значення передаються із швидкістю обміну даними 1200 Бод. Логічна "1" представлена одиночним циклом [200 Гц, а логічна "0" представлений приблизно двома циклами 2200 Гц. Такий вибір частот для формування сигналу і швидкості передачі даних відповідає телефонному стандарту ВЕLL 202 (кодування сигналу методом частотного зміщення) в напівдуплексній формі. НАКТ-сигнал забезпечує двосторонню цифрову комунікацію. НАК'Г-протокол дозволяє системі, що управляє, отримати від польовою пристрою два-чотири цифрові повідомлення в секунду і рисунок 3.4). Як видно на рисунку 3.4, НАRТ-складова накладається на струмову пеглю 4-20 мА. Оскільки середнє значення синусоїди за період рівне "0", то НАRТ-сигнал ніяк не впливає на аналоговий сигнал 4-20 мА. НАRТ-повідомлсння кодується як послідовність 8-розрядних байт, які передаються з використанням стандартного UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter - Універсальний Асинхронний Приймач/Передавач). До кожного байт додається стартовий біт, біт парності і стоп-біт. Це дозволяє приймаючому пристрою UART розпізнавати початок кожною символу і виявити помилку в розрядах із-за перешкод. HART використовує перевірку на парність. Таким чином, одиночний 8-розрядний байт посилається як наступна послідовність бітів (рисунок 4.5): І початковий біт (0), 8 бітів інформації, І біт парності І кінцевий біт (1). Біт парності вірний (1), якщо стькість одиниць в інформаційному байті парна. Канальний рівень розділяється на підрівні: - логічний контроль зв'язку дозволяє приймати повідомлення; - контроль доступу до середовища визначає час звернення певною тристрою до каналу для передачі повідомлення. Обмін інформацією між НАRТ-об'єктами виконується у вигляді кадрів . Кадр обмежений комбінацією символів: преамбули і обмежувача, які визначають початок кадру, і полем лічильника байт, яке визначає кінець кадру (рисунок 4.6). Всім кадрам, передаваним НАRТ-приладами, передує певний набір шістнадцятиричних символів. Ці символи називаються преамбулою і обумовлені завданнями фізичного рівня для синхронізації приймача. Всі частини кадру, включаючи обмежувач, забезпечені подвійною перевіркою на парність: у кожному передаваному байті і контрольним байтом (рисунок 3.7). На прикладному рівні здійснюється взаємодія з користувачем. Тут описуються команди НАRТ-протоколу, що використовуються для роботи з первинними НАRТ-пристроями. Існує три типи НАRТ-команд: універсальні, загальні і спеціальні (рисунок 3.8). Універсальні команди підтримують всі польові НАRТ-прилади. Ці команди забезпечують взаємодію між продуктами від різних виробників і доступ до найбільш загальної інформації, однакової для всіх польових приладів: змінні процесу, виробник, модель і маркування Загальні команди представляють функції, які виконують велику кількість польових пристроїв. Ці команди є необов'язковими. Вони включають такі дії як зміну діапазону, вибір одиниць вимірювання і самотестування. Звичайний польовий НАRТ- пристрій підтримує 12-15 загальних команд. Спеціальні команди різні для кожною приладу. Ці команди представляють унікальні функції пристрою або способи доступу до даних і призначаються виробником. Проте без докладного технічного опису кожного польового пристрою важко створювати програмне забезпечення, що використовує функції приладу в повному обсязі. Цю можливість забезпечує мова опису пристрою Device Description Language (далі DDL). Виробники польового обладнання застосовують DDL для створення опису пристрою (DD) зі всіма унікальними характеристиками приладів. Таким чином, DDL-сумісна система може використовувати всі можливості пристрою, включаючи підтримку cпеціальних команд. Центральна база даних всіх описів пристроїв підтримується фондом НАRТ-комунікації (НАRТ Communication Foundation).Таким чином, прилади від різних виробників стають повніс'по сумісними. Для розширення можливостей протоколу фондом НАRТжомунікації недавно була затверджена версія протоколу НАRТ 6.0. Основним удосконаленням цієї версії є розробка новою фазомодульованою способу передачі даних, що дозволяє значно збільшити швидкість обміну інформації `від двох транзакцій в секунду у версії 5.0 до 12 у версії 6.0). Нові специфікації НАRТ 6.0 приведені у відповідність стандартам ISO і ІЕС (Міжнародній електротехнічній комісії). Так само в новій версії протоколу розширений список стандартних команд. Основною вимогою НАRТ 6.0 є 1абезпечення зворотної сумісності версій, тобто нова версія сумісна з попередніми. 3.3 Переваги НАRТ- протоколу Основні переваги: - Відкритий стандарт, що працює з будь-якою системою управління. - Протокол НАRТ підтримується всіма провідними виробниками обладнання і програмного забезпечення в області промислової автоматизації. - Одночасна аналогова і цифрова комунікація. - НАRТ-протокол дозволяє передавати одночасно аналоговий і цифровий сигнал по одній і тій же парі дротів. - Сумісність з існуючим обладнанням 4-20 мА і лініями зв'язку. - Фактично, датчики з НАRТ можна ставити на місце аналогових і за допомогою засобів НАRТ-комунікації використовувати всі переваги цифрового обміну вже в існуючих аналогових системах. - Дистанційна діагностика і настройка. Технічний персонал може дистанційно здійснювати діагностику і застройку польових приладів, використовуючи для цього комунікатор або комп'ютер з відповідним програмним забезпеченням. Це особливо зручно в зимовий період часу, коли датчики розташовані в труднодоступних місцях, чіа великих відстанях один від одною, а так само в умовах шкідливих або небезпечних виробництв. - Можливість підключення до однієї лініі' декількох датчиків. Об'єднання інтелектуальних датчиків в систему з цифровою передачею даних дозволяє скоротити витрати на кабельну продукцію, установку, наладку і на поточне технічне обслуговування. - Передача декількох параметрів одночасно. НАRТ-протокол зручний при роботі з багатопараметричними приладами (наприклад, витратомірами), оскільки дозволяє отримувати інформацію про декілька змінних процесу по одній парі дротів. - Використання у вибухонебезпечних зонах. Прилади, що підтримують НАRТ-протокол, можуть встановлюватися у вибухонебезпечних зонах класу 0, класу І і класу 2. - Оперативна інформація про сган приладу, Безперервна самодіагностнка забезпечує високу надійність обладнання. Інформація про стан приладу передається в кожному повідомленні від пристрою. - Доступ до параметрів приладу. Користувач має можливість прочитати будь-які параметри датчика: значення змінних, одиниці і діапазон вимірювання, індивідуальні параметри приладу (позиція за проектом, дата останнього калібрування). 3.4 Розробка структурної схеми системи Згідно вищевикладеному матеріалу ми можемо визначити, яка сгруктура системи найбільш нас задовольняє і який набір обладнання для ії реалізації буде потрібно. Для забезпечення всього потрібною за завданням спектру вимірювань параметрів нафтопродуктів не менше чим в 10 резервуарах і, враховуючи, що на кожному резервуарі буде розташовано по декілька датчиків, нам треба використовувати мультиплексор, До того ж він використовується для побудови цифрової системи збору інформації і ефективний тим, що дозволяє знизити витрати на кабельну продукцію при побудові системи, що розробляється. Як лінія зв'язку в 118-485 використовується екранована вита пара з квильовим опором К120 Ом. Для захисту від перешкод екран (оплетення) їфученої пари заземляєгься в будь-якій точці, але тільки один раз: це виключає протікання великих струмів по екрану із-за нерівності потенціалів “землі”. Вибір точки, в якій слід заземляти кабель, не регламентується пандартом, але, як правило, екран лінії зв'язку заземляють на одному з 'ії кінців. Пристрої до мережі К5-485 підключаються послідовно, з дотриманням полярності контактів А і В Як видно з рисунку 3.10, довгі відгалуження (шлейфи) від магістралі до периферійних пристроїв не допускаються. Стандарт виходить з припущення, що довжина цшейфу рівна нулю, але на практиці цього досягти неможливо Іневеликий шлейф завжди є усередині будь-якого периферійного пристрою: від клеми до Мікросхеми приймач-передавач), Якість кручсної пари надає великий вплив на дальність зв'язку і максимальну швидкість обміну в лінії. Існують спеціальні методики розрахунку допустимих швидкостей обміну і максимальної довжини лінії зв'язку, засновані на паспортних параметрах кабелю (хвилювий опір, погонна ємність, активний опір) і мікросхем приймачів-передавач (допустимі спотворення фронту сигналу), Але на досить низьких швидкостях обміну (до 19200 бит/с) основний вплив на допустиму довжину лінії зв'язку чинить активний опір кабелю. Дослідним шляхом встановлено, що на відстанях до 600 м допускається використовувати кабель з мідною жилою перетином 0,35 кв.мм (наприклад, кабель КММ 2х0,35), на великі відстані перетин кабелю необхідно пропорційно збільшити. Цей емпіричний результат добре узгоджується з результатами, отриманими розрахунковими методами, Підключення мультиплексора до порггу К5-232 системи управління здійснюється так званим “модемним” кабелем, кабель ВВ9-ОВ9. В наступних розділах наведені описи обладнання для реалізації системи, їхні характеристики та показана розроблена структура системи (Рисунок 3.11) 4.ВИБІР ОБЛАДНАННЯ І СИНТЕЗ СИСТЕМИ 4.1 Обгрунтування вибору обладнання Сучасний розвиток технологій дозволив вбудувати мікропроцесор в прилади самою нижнього рівня автоматизації - датчики і виконавчі механізми, - перетворивши їх на інтелектуальні. Традиційні прилади з аналоговим вихідним сигналом вже не відповідають новим вимогам, що пред'являються до систем автоматизації, обліку і контролю технологічних процесів. Однією з галузей, де використання інтелектуального обладнання приносить відчутні вигоди, є енергетика. Інтелектуальний датчик містить в своєму складі, як правило, не тільки чікропроцесор, але і пристрій двонаправленої цифрової комунікації. Цвонаправлена комунікація є найважливішою перевагою приладів нового покоління. Тепер настройку і управління датчиком можна здійснювати з одного місця, наприклад з диспетчерського пункту. Інтелектуальні прилади, що випускаються відомими виробниками, використовують для обміну даними найвживаніший в даний час промисловий протокол - НАRТ. Заміна традиційних аналогових датчиків на інтелектуальні з протоколом НАRТ надає користувачеві додаткові функціональні і сервісні можливості. Цифровий зв'язок дозволяє проводити дистанційне перенастроювання діапазону вимірювань або напівавтоматичне калібрування без виведення приладу з експлуатації, здійснювати корекцію нуля і зчитування індивідуальних параметрів приладу. Безперервна самодіагностика забезпечує високу надійність функціонування систем. При погіршенні технічних характеристик датчик миттєво видає сигнал про несправність, що приводить до підвищення ефективності роботи персоналу і скорочення простоїв. Останнім часом застосування інтелектуальних контрольно-вимірювальних приладів помітно зросло, адже надійність сисгеми, зручність і зниження витрат на 'ії обслуговування є вирішальними чинниками при виборі обладнання. У дипломному проекті для побудови системи котролю параметрів нафтопродуктів на АЗС використовуватимемо конгрольно-вимірювальні прилади фірми «МЕТРАН» та стандартні вироби фірм AESP, Emerson, Hewllett Packard, LG, NEC, Mitsumi, AT], Sumsung, ASUS, AMD та інших відомих виробників. 4.3 Активне обладнання НАRТ- мультиплексор Метран-670 Призначення і принцип дії НАRТ-мультиплексор Метран-670 призначений для зв'язку персонального комп'ютера або засобів АСУТП з інтелекгуальними датчиками і будь-якими іншими пристроями, що підтримують НАRТ-протокол. Мультиплексор забезпечує перетворення інформаційного сигналу HART в цифровий сигнал інтерфейса RS485 або RS—232, при цьому аналоговий сигнал 4-20мА струмової петлі може використовуватися системою реєстрації і управління. Користувачеві пропонуються варіанти використання мультиплексорів: - для інтеграції в довільні системи надається докладний опис формату команд для можливості самостійного протрамування; - для роботи з виділеного персонального комп'ютера передбачена програма «МUХ-Мастер» розробки ГП` "Метран". Оператор, використовуючи програму «МUХ-Мастер» на виділеному комп'ютері, може дистанційно міняти параметри настройки датчиків по НАRТ-протоколу через чультиплексор, не використовуючи контролери існуючої АСУТП. Мультиплексор підключається до цього комп`ютера через послідовний порт. Основні технічні характеристики Параметри каналів введення/виведення мультиплексора з боку польових приладів відповідають вимогам фізичного рівня НАRТ-каналу для первинних майстрів: - Кількість каналів введення/виведення - 8, 16, 32 залежно від виконання мультиплексора. Здатність навантаження кожною каналу введення/виведення - 15 датчиків в багатоточковому режимі; - Входи мультиплексора лінію 4-20 мА по постійному струму не навантажують; - Світлова індикація функцій, що виконуються мультиплексором; - Зв'язок з системою управління здійснюється по протоколу НАRТ з фізичним рівнем К5-485/232. Адресація мультиплексорів, підключеннх до однієї лінії 115-485 (до 15 мультиплексорів), здійснюється як для приладів, що працюють в багатоточковому режимі згідно специфікаціям протоколу НАRТ; - Виходи К5-485 або К5-232 гальванічно ізольовані від ліній НАRТ, витримують випробувальну напругу змінного струму не меншою 1500 В; - Живлення - від джерела постійного струму напругою 9-18 В, споживаний струм не більше 50 мА; -Мультиплексор виконаний в стандартному корпусі ВорІа з можливістю монтажу на DIN-pейці; -Габаритні розміри від 225х75х120 до 95x75x120 мм залежно від кількості каналів введення/виведення; -Маса не перевищує 0,3 кг; -Під'єднування мультиплексора до комп`ютера здійснюється за допомогою кабелю DB9-DB9 (інтерфейс 115-232), або через інтерфейс RS485 Двохлротовою лінією з використанням перетворювача інтерфейсів RS-232/RS-485. Ha лінію до датчика (HART-пристрою) мультиплексор під'єднається за допомогою дротів і відповідного роз'єму під «гвинт» мультиплексора. Умови експлуатації По стійкості до кліматичних впливів мультиплексор відповідає виконанню УХЛ 341 по ГОСТ 15150, зокрема для роботи при температурі навколишнього повітря від О до плюс 50“С і відносній вологості 80% при температурі 350С. По стійкості до механічних впливів мультиплексор має вібростійке виконання `11 по ГОСТ 12997. Мультиплексор має ступінь захисту від проникнення пилу і води ІР30 по ГОСТ 14254. Мультиплексор зберігаєпрацездатний стан, забезпечує обмін інформацією персонального комп'ютера і датчика без збоїв і спотворенъ при дії магнітного поля змінного струму частотою 50 Гц, напругою 400 А/м. Надійність Середній термін служби - 12 років. Середнє напрацювання на відмову - не менше 50000 год. Хвильовий вимірювач рівня серії 3300 - Вимірювані середовища: рідкі (нафта, темні і світлі нафтопродукти, вода, водні розчини, зріджений газ, кислоти і ін.); - Діапазон вимірювань рівня від 0,1 до 23,5 м; - Вихідний сигнал: 4-20 мА з цифровим сигналом на базі НАRТ-протоколу; - Похибка вимірювань рівня: і0,1% від вимірюваної відстані для зондів >5м; - Виконання: звичайне, вибухозахищене; - Маркування вибухозахисту: іскробезпечний ланцюг 0Ехіа11СТ4; вибухонепроникна оболонка ІЕхс1[іа]ІІСТ6; - Ступінь захисту від дії пилу і води - ІР66; - Міжперевірочний інтервал - 1 рік; - Гарантійний термін експлуатації- І рік; - Внесений до Держреєстру засобів вимірювань під М925547-03, сертифікат М915816; - Датчики рівня з успіхом застосовуються в насгупних галузях промисловості: - хімічна і нафтохімічна; - нафтогазова; - целюлозно-паперова; - фармацевтична; - харчова промисловість і виробництво напоїв; - контроль питної води і стічних вод; енергетика (дамби і гідроелектростанції) Хвильові датчики рівня серії 3300 - це нові інтелектуальні прилади, побудовані на основі хвилевідної технології і забезпечують надійні вимірювання рівня рідин і суспензій в складних умовах експлуатації. Переваги: - точність вимірювань не залежить від діелекгричної проникності, щільності, температури, тиску і рН; - різні типи зондів дозволяють застосовувати датчик в резервуарах з внутрішніми конструкціями, турбулентністю, піною і для середовищ, які утворюють плівку на зонді; - простота установлення; - низька вартість кабелів (можна використовувати наявні кабелі); - простота заміни датчиків, що використовувались раніше; можливе використання існуючих конструкційних пристосувань від буйкового датчика рівня; - можливість одночасного вимірювання рівня зовнішньої поверхні і поверхні розділу двох рідин; - розширений діапазон застосування; - надійність вимірювань в умовах високої турбулентності або вібрацій; - значне скорочення експлуатаційних витрат. Призначення і принцип вимірювань Хвильовий вимірювач рівня серії 3300 з'явився на ринку в кінці 2002 р. Принцип його дії заснований на технології рефлектоме'грії з часовим розрішенням (TDR-Time Domain Reflectomery) (рисунок 4.3). Мікрохвильові радіоімпульси малої потужності прямують вниз по зонду, зануреному в технологічне середовище, рівень якого потрібно визначити. Коли радіоімпульс досягає середовища з іншим коефіцієнтом діелектричної проникності, із-за різниці коефіцієнтів діелектричної проникності повітря і рідини відбувається віддзеркалення мікрохвильового сигналу у зворотному напрямі. Часовий інтервал між моментом передачі зондуючого імпульсу і моментом прийому ехо-сигнала пропорційний відстані до рівня контрольованого середовища. Аналогічннм чином вимірюється відстань між датчиком і межею розділу двох рідких середовищ з різними коефіцієнтами діелектричної проникності. Інтенсивність відображеною сигналу залежить від діелектричної проникності середовища. Чим вище діелектрична проникність, тим вище інтенсивність відображеного сигналу. Радарний метод має ряд переваг в порівнянні з іншими методами вимірювання рівня: радіоімпульси практично несприйнятливі до складу середовища, атмосфери резервуару, температури і тиску. У датчику 3300 для зручності застосування і обслуговування в різних умовах застосовані наступні принципи і конструкторські рішення: - модульність конструкцій; - вдосконалена аналогова і цифрова обробка сигналу; - можливість використання зондів декількох типів залежно від умов застосування датчика; - підключення дводротовим кабелем (живлення подається по сигнальному контуру); - підтримка комунікаційного цифрового протоколу НАRТ, що забезпечує виведення даних в цифровому вигляді і можливість дистанційного настроювання приладу. Оскільки радіоімпульси прямують по зонду, ця технологія вимірювання може з успіхом застосовуватися для малих і вузьких резервуарів, а також для резервуарів з вузькою юрловиною. Головка датчика, що знімається, дозволяє замінювати модуль електроніки, не порушуючи гермегичності резервуару, що може бути важливим при вимірюванні рівня зріджених газів і аміаку. Електроніка датчика і клемна колодка для підключення кабешо розташовані в окремих відсіках корпусу. Головка датчика має можливість повороту на 360“ для розміщення індикатора в зручному положенні. Точнісгь і надійність вимірювань одним датчиком двох параметрів рівня зовнішньої поверхні і рівня розділу двох рідких середовищ забезпечується: - технологією динамічної оптимізації коефіцієнта посилення; - подальшою цифровою обробкою сигналу мікропроцесорною електронікою датчика. Вимірювання рівня поверхні розділу двох середовищ Модель 3302 - ідеальний вибір для вимірювання поверхні розділу нафти і води або інших рідин з великою відмінніспо діелектричних проникностей. Для вимірювання рівня поверхні розділу двох середовищ можна використовувати коаксіальний зонд (рекомендується), жорсткий двохстрижньовий або гнучкий двохдротовий зонди. Для вимірювання рівня поверхні розділу рідин використовується принцип, що полягає в наступному: частина енергії зондуючого імпульсу проходить у верхнс середовище, потім частково відбивається від поверхні розділу двох середовищ. Іншими словами частина хвилі, яка не відбилася від верхнього продукту проходить крізь нього і відбивається від поверхні нижнього продукту, при цьому швидкість розповсюдження хвилі у верхньому середовищі залежить від діелекгричної проникності верхнього середовища. Якщо потрібно вимірювати рівень поверхні розділу двох середовищ, необхідно дотримуватись наступних умов: - діелекгрична проникність верхньою середовища повинна буги відома і не повинна мінятися; - різниця між діелектричними проникностями середовищ повинна бути більше 10; - максимальне значения діелеіггричної проникності верхньою середовища при використанні коаксіалыюю зонла повинна бути не менше 10, а при застосуванні зондів двохстрижньовою або двохдротовою не більше 5; - щоб відрізнити ехо-сигнал від поверхні розділу, товщина шару верхньою середовища повинна бути більше 0,2 м для гнучкою двохдротового зонду або більше 0,1 м для жорсткого двохстрижньового або коаксіального зонду. Максимальна товщина шару верхньою середовища і діапюон вимірювань в основному визначаються діелеіпричними проникностями двох рідин. Датчик орієнтований на вимірювання рівня розділу нафти (або нафтоподібної рідини) і води. При подібних вимірюваннях діелектрична проникність верхнього середовища менше 3, а діелектрична проникнісгь нижнього середовища більше 20. Для таких умов діапазон вимірювань обмежується лише допустимою довжиною гнучкого двохдротового або жорсткого двохстрижньовоґо зонду. Корозієстійкі датчики тиску Метран-49 -Вимірювані середовища: агресивні середовища з високим вмістом сірководня, нафтопродукти, сира нафта та інші, по відношенню до яких матеріали датчика, що контактують з вимірюваним середовищем є корозієстійкими; -Основна похибка вимірювань до *0,1 5% від діапазону; -Діапазони перенасгроювань меж вимірювань до 25 : 1; -Кнопкове управління параметрами датчика з вбудованої панелі або за допомогою НАКТ- комунікатора або комп'ютера; -Виконання по ГОСТ 12997: звичайне; вибухозахищене Ех; -Міжперевірочний інтервал - 2 роки; -Гарантійний термін експлуатації - 3 роки; -Внесені до Держреєстру засобів вимірювань, сертифікату Н27633-2000; Корозієстійкі інтелектуальні датчики тиску Метран-49 призначені для роботи в системах автоматичного котролю, регулювання, управління технологічними процесами і забезпечують безперервне перетворення в уніфікований аналоювий струмовий вихідний сигнал і/або цифровий сигнал в стандарті протоколу НАRТ наступних вхідних величин: -надмірного тиску (Метран-49-ДИ); -розрішення (Мети-49-дв); -тиск-розрідження (Мегран-49-ДИВ); -різниці тиску (Метран-49-ДД). Управління параметрами датчика: кнопкове з вбудованої панелі; за допомогою НАRТ-комунікатора або комп'ютера. Датчики працююпъ з вторинною реєструючою і показуючою апаратурою, регуляторами і іншими пристроями автоматики, що сприймають стандартний струмовий сигнал і/або цифровий в стандарті протоколу НАRТ. Особливості датчика: вбудований фільтр радіоперешкод; зовнішня кнопка установки "нуля"; безперервна самодіагностика. Коди виконання датчика в залежності від виконання електронного перетворювача, вихідні сигнали, опції наведені в таблиці 4.3. Датчик має електронне демпфування вихідного сигналу, що характеризується часом усереднювання результатів вимірювання вихідного сигналу. Час усереднювання результатів вимірювання збільшує час встановлення вихідного сигналу, згладжуючи вихідний сигнал при швидкій зміні вхідного сигналу. Значення часу демпфування tд вибирається з ряду 0,2; 0,4; 0,8; 1,6; 3,2; 6,4; 12,8; 25,6 с і встановлюється споживачем при настройці. Час включення датчика, вимірюваний як час від включення живлення датчика до встановлення аналогового вихідного сигналу з похибкою не більше 5% від встановленого значення, повинен бути не більше 2с при мінімальному часі демпфування (на індикаторі відображається час встановлення вихідного сигналу 0,2с). Експлуатаційні характеристики -Датчики стійкі до впливу атмосферного тиску від 84,0 до 106,7кПа (група РІ по ГОСТ 12997). -Датчики залежно від кліматичнопо виконання по ГОСТ 15150 стійкі до впливу температури навколишнього повітря. -Датчики кліматичного виконання УХЛ3.1, У2, УІ стійкі до впливу відносної вологості навколишнього повітря до (95і3)% при 35“С і нижчих температурах без конденсації вологи. Датчики виконання ТЗ, ТС! стійкі до впливу відносної вологості навколишнього повітря 100% при 35”С і нижчих температурах з конденсацією вологи. Ступінь захисту від впливу пилу і води ІР65 по ГОСТ 14254. датчики ДД витримують дію одностороннього перевантаження робочим, що гранично допускаєгься, надмірним тиском в рівній мірі як з боку плюсової, так і мінусової камер. -Датчики ДИ, ДВ, ДИВ, витримують вплив одностороннього перевантаження тиском Р = 1,25 Рґпах, де Ртпах - максимальна верхня межа вимірювань для даної моделі датчнкач датчик Метран-49-ДИ моделі 9170 витримує тиск, що не перевищує 110Мпа. По стійкості до механічних дій датчики відповідають групі виконання VI - по ГОСТ12997. Допускається вібрації уздовж вертикальної осі датчика, встановленою в робочому положенні. Датчики стійкі до дії індустріальних радіоперешкод: - сгупінь жорсткості 3 по ГОСТ Р51317.4.4;.4.6; - ступінь жорсткості 4 по ГОСТ Р51317.4.2; - ступінь жорсткості 5 по ГОСТ Р50648, Р50649, Р50652; - стійкість датчиків до мікросекундних імпульсних перешкод (ГОСТ Р 51317.4.5) забезпечується в комплекті з блоком фільтру перешкод (БФП). БФП може бути замовлений разом з датчиком. БФП не встановлюється на датчики вибухозахищеного виконання "Ех"; -рівень ВЧ-пульсацій в смузі частот понад 10кГц і амплітуда імпульсів вихідного сигналу датчиків тривалістю менше і0мс не нормується. Датчики відповідають нормам перешкодоемісії, встановленим для класу Б по ГОСТ Р 5131822. Положення датчика не впливає на діапазон вимірювань, що калібрується. Принцип дії Принцип дії датчиків заснований на використанні п'езорезистивною ефекту в гетероепітаксіальній плівці кремнію, вирощеної на поверхні монокристалічної пластини з штучного сапфіра. Чугливий елемент з монокристалічною структурою кремнію на сапфірі є основою всіх сенсорних блоків датчиків сімейства "Метран". При деформації чутливою монокристапічною елементу під впливом вхідної вимірюваної величини (наприклад, тиск або різниці тиску) змінюється електричний опір кремнієвих п'езорезисторів мостової схеми на поверхні цього чутливою елементу. Електронний пристрій датчика перетворить цей електричний сигнал від термоперетворювача в стандартний аналоювий сигнал постійного струму і/або в цифровий сигнал в стандарті протоколу НАКТ. У пам'яті сенсорного блоку (АЦП) зберігаються в цифровому форматі результати калібрування сенсора у всьому робочому діапазоні тиску і температур. Ці дані використовуються мікропроцесором для розрахунку коефіцієнтів корекції вихідного сигналу при роботі датчика. Цифровий сигнал з плати АЦП сенсорного блоку разом з коефіцієнтами корекції надходить на вхід електронного перетворювача, мікроконтролер якою проводить корекцію і лінеаризацію характеристики сенсорного блоку, обчислює скоректоване значення вихідного сигналу і передає його в цифроаналотовий перетворювач (ЦАП), який перетворить його в аналоговий вихідний сигнал (коди МП, МПІ) і/або цифровий сигнал в стандарті НАRТ (коди МП2, МПЗ). Для кращого огляду рідкокристалічного індикатора (РКІ) і для зручною доступу до двох відділень електронною перетворювача останній може бути повернений щодо внмірювальною блоку від встановленою положення на кут не більш 90” проти годинникової стрілки. Енергоспоживання Електричне живлення датчиків Метран-49. Мегран-49-Вн здійснюється від джерел постійного струму. Напруга живлення і опори навантажень, що допускаються, приведені в таблиці 4.4, 4.5. Для датчиків з кодами МП2, МПЗ - задовольняти вищенаведеним вимогам по ізоляції і пульсації внхідної напруги при частоті гармонійних складових до 500 Гц і мати середньоквадратнчне значення шуму в смузі частот від 500 Гц до 2,2 кГц - не більше 2,2 мВ, Опори навантажень, що допускаються, приведені в таблиці 4.5. Надійність Середній термін служби датчиків 10 років. Середнє напрацювання датчиків на відмову 100 000 годин. Використовуваний при монтажі кабель - екранована кручена пара, екран заземляєгься на приймальній стороні у опору навантаження. Неекранований кабель може бути використаний, якщо перешкоди не впливають на якість зв'язку. Діаметр провідника: - 0,51-1,38 мм при загальній довжині кабелю менше 1500 м; - 0,81-1,38 мм при загальній довжині кабелю більше 1500 м. Максимальна протяжність лінії зв'язку 3000 м. Якшо використовується один багатожильний кабель, в якому розташовано декілька пар сигнальних дротів, то загальна довжина кабелю обмежується довжиною пари, що має найменшу довжину, але у будь-якому випадку довжина такого багатожильною кабелю не повинна бути більше 1500 м, Інтелектуальні перетворювачі температури серії Метран-280 - Високая точність; - Вихідний сигнал 4-20 мА/НАКТ; ' Цифрова передача інформації по НАКТ-протоколу; - Використання 2-х-дротових струмових ліній для передачі сигналів; . Дистанційне управління і діагностика; ' Внесені в держреєстр засобів вимірювання під Л923410-02, сертифікат Л212910. Свідоцтво вибухозахищеності електрообладнання М902. і 87 Метран-280Ехіа, Л202. І 88 Метран-280Ехкі. Модернізовані інтелектуальні перетворювачі температури (ІПТ) Метран-280-1: -гальванічна розв'язка входа від виходу; -підвищений захист від електромагнітних перешкод; -програмувальні рівні аварійних сигналів і насичення; -конструктнв електронною перетворювача забезпечує високу надійність при тривалій експлуатації; - скорочений мінімальний піддіапазон вимірювань. Інтелектуальні перетворювачі температури (ІПТ) Метран-280 призначені для точних вимірювань температури в складі автоматичних систем управління технологічними процесами (АСУТП). Використання ІПТ допускається в нейтральних, а також агресивних середовищах, по відношенню до яких матеріал захисної арматури є корозієстійким. Зв'язок ІПТ Метран-280 з АСУТП здійснюється: - по аналоговому каналу - передачею інформації про температуру, що вимірюється, у вигляді постійного струму 4-20 мА; - по цифровому каналу - у відповідності з НАRТ-протоколом в стандарті Вell-202. Для передачі сигналу на відстань використовуються 2-х-дротові токові лінії. Коиструктивні особливості і принцип дії Конструктивно ІПТ Метран-280 складається з первинного перетворювача і електронною перетворювача (ЕП), вбудованою в корпус сполучної головки. ЕП перетворює сигнал первинното перетворювача температури в уніфікований вихідний сигнал постійного струму 4-20 мА з накладеним на нього цифровим сигналом НАRТ в стандарті ВеН-202. Залежно від використовуваного ЕП перетворювачі Метран-280 підрозділяються: - Метран-280-1 - ЕП з гальванічною розв'язкою (код ЕПІ); - Метран-280-2 - ЕП без гальванічної розв'язки (код ЕП2). Комунікаційний протокол НАRТ забезпечує двосторонній обмін інформацією між Метран-280 і пристроями, що управляють. Управління ІПТ здійснюється дистанційно, при цьому забезпечується настройка датчика: -вибір його основних параметрів; -перенастроювання діапазонів вимірювань; -запит інформації про самий ІПТ (тип, модель, серійний номер, максимальні і мінімальні діапазони вимірювань, фактичний діапазон вимірювань). У Метран-280 реалізована можливість вибору одиниць вимірювання: градуси Цельсія оС; градусн Кельвіна, К; градуси Фаренгейта, Р; а для Метран-280-1 додатково - градуси Ренкина, К; Оми; мілівольти. Функціональні особливості ЕП здійснює: -дистанційне перенастроювання діапазонів вимірювань температури з урахуванням мінімального піддіапазону (різниці між верхнім і иижнім значеннями діапазону вимірювань, що настроюєгься). -детектування обриву або короткою замикання первинного перетворювача температури; -самодіагностику; -перехід в режим насичення при виході температури первинного перетворювача за межі діапазону вимірюваних температур. -перенастроювання номінальної статичної характеристики (НСХ) первинного перетворювача, у разі заміни на інший тип; -лінеаризацію НСХ чутливою елементу первинного перетворювача температури; -захист від випадкової зміни встановлених парамегрів; -вибір величини демпфування: -для ЕПІ - будь-яке значення від 0 до 32 с -(за умовчанням установлюється 5 с); -для ЕП2 - з ряду: 0,78; 3,2; 5,6; 7,8; 10,1; 19,5; 26,5; 31 с; - фільтрацію частоти мережі змінного струму 50/60 Гц в Метран-280-і; - Час включення і оновлення показань для ЕП вказані в таблиці 4.6. Основні технічні характеристики Тип і виконання ІПТ, НСХ первинного перетворювача температури, діапазон вимірюваних температур, межі основної похибки, що припускається, вказані в таблиці 4.7. Ступінь захисту від дії пилу і води - ІР65 по ГОСТ 14254. Вибухозахист Метран-28 1 -Ех, Метран-286-Ех можуть вибухонебезпечних зонах, в яких можливе утворення вибухонебезпечних застосовуватися у сумішей газів, пари, горючих рідин з повітрям категорії ПС групи Т6 або Т5 по ГОСТ 12.1.011. Живлення: - від 18 до 42 В постійного струму - для Метран-280, Метран-280-Ехо; Потужність: -1,0 Вт - для Метран-280-1, Метран-280-1-Ехсі; - 0,65 Вт - для Метран-280-1-Ехіа; - 0,9 Вт - для Мегран-280-2, МеТраН-280-2-Ехб; - 0,5 Вт - для Метран-28О-2-Ехіа. Гарантійні зобов'язання Гарантійний термін експлуатації: 18 місяців з моменту введення в експлуатацію. Перевірка: Міжперевірочний інтервал - І рік. Кліматичие виконання: - У1.1 по ГОСТ 15150, але для роботи при значеннях температури навколишньоґо повітря від -40 до +700С; для виконання Ех температурного класу Тб від -20 до +400С; температурного класу Т5 від 40 до +70“С; - ТЗ по ГОСТ 15|50, але для роботи при значеннях температури навколишнього повітря від -10 до +70'3С; для виконання Ех температурного класу Т6 - від -10 до +40“С; температурного класу Т5 від -10 до +700С. Персональний комп'ютер Комп'ютер, який використовується для реалізації системи, за своєю конфігурацією повинен бути досить потужний, надійний та мати високу відмовостійкість, тому що на ньому, крім стандартних офісних додатків, будуть інстальовані всі програмні продукти, що необхідні для роботи із спецобладнанням: мультиплексором, датчиками. Рекомендована комплектація ПК: процесор АМD) Athlon ІІ Х2 255 3.16Н2/2МВ/4000МHz; пам'ять DDR-1333 2048МВ` Втапd Кіпgston; материнська плата Socket AM3: АSUS М4А771; вінчестер Western Digital. RE4 250GB 720rpm 64МВ; відео Gigabite РСІ-Ex Radeon HD4550 512МВ GDDR-3 (64Ьі1); СD-RОМ DVD-RW/+RW, NEC Bulk, 48х32х48+16/8х, 8/6х (8х/4х 01.), 16х; монітор 19 Asus VW193DR: корпус СооІегМаster Еlite 430. Крім цього обов'язково блок безперебійного живлення та принтер: 4.3 Пасивне обладнання Кабель інтерфейсу [ІЗ-485 Кабель інтерфейсу К5-485 1х2х22 А“/О ЗРТР, 120 Ом в ПВХ оболонці, морозостійкий. Скорочений опис: Інструментальний кабель для типу 115-485, що складається із однієї витої пари (22 АЩО), яка вміщена в екрани із алюмінієвої фольгн і оплетення. Екранова серцевина кабеля захищена надміцною ПВХоболонкою. І. Вита пара: 1.1, Провідник: багатодротовий, лужена мідь, 7х0,254 мм, 22 А“/О 1.2. Матеріал ізоляції: спінений поліолефин 1.3. Номінальний зовнішній діаметр: 2,13 мм І.4. Колір: Синій х Білий 2. Екрани: 2.1. Із фольги: алюмінієва фольга (металевою стороною назовні) щільністю покриття І00% 2.2. Із оплетення: лужена мідь 0,127 мм, щільність покриття 90% (ном.) 3. Зовнішня оболонка: 3.1, Матеріал: надміцний ПВХ-компаунд 3.2. Колір: по замовленню 3.3. Товщина: 0,5 мм (ном.) 3.4. Зовнішній діаметр: 6,0 мм (ном.) 4. Фізичні парамегри: 4.1. Зовнішній діамегр: 6,0 мм (ном.) 4.2. Загальна маса: 51 кг/км (ном.) 4.3. Радіус перегину: 35 мм не меньше 4.4. Діапазон робочих температур: від -550С до +700С 4.5. Тест вогнестійкості: Ш. 1581 "ХУ-1 5.Електричні параметри: 5.1. Опір петлі постійного сгруму: 120,0 Ом/км, не більше. при 20”С 5.2. Електроємність: 34 пФ/м(ном.) 5.3. Хвильовий опір: 120 Ом (ном,) 5.4. Коефіцієнт затухання: - 0,57 дБ/100м при 100кГц, не більше - 0,83 дБ/ІООм при 200кГц, не більше - 1,30 дБ/100м при 500кГц` не більше - 1,83 дБ/100м при ІМГЦ, не більше Підключення НАRТ-мультиплексора до порта RS-232 здійснюється “модемным” кабелем, кабель DB9-ОВ9. Цей кабель використовується для з'єднання двох DТЕ пристроїв. Контакти та сигнали ДЛЯ монтажа: - Прийом даних (Receive Data) 2 - Передача даних (Transmit Data) 3 - Готовність приймача даних (Data Terminal Ready) 4 - Земля (System Ground) 5 - Готовність джерела даних (Data Set Ready) + - Наявність несучої (Сагґіег Detect) 6+1 - Запит на передачу (Request to Send) 7 - Готовність передачі (Clear to Send) 8
