E+H雷达料位计在韶钢第三炼钢厂的应用

1  引言

工业生产现场物料的测量对生产很重要，物料测量不准确，将会影响生产的顺利进行。韶钢第三炼钢厂2 号转炉副原料上料系统现场粉尘大、噪声大、环境温度高，现场环境相当恶劣，对现场物位检测仪表提出了很高的要求。原来安装的超声波料位计对物位检测准确度较低。由于受现场电磁场的干扰，信号不稳定，物位检测不准确，导致物料堆积在上料皮带机上，需要经常维护，且维护工作量大，不能满足满负荷的生产需求。FMR250 料位计采用先进的回波处理技术和数据处理技术，同时由于雷达波本身频率高，穿透性能好的特点，FMR250 雷达料位计能够克服恶劣的现场环境，准确地对物位进行连续测量[1]。针对这种情况，综合考虑仪表的特性，韶钢第三炼钢厂对2 号转炉副原料料位检测系统进行技术改造，于2010 年2 月采用 E+H 的FMR250 型雷达料位计进行料位测量。

2  系统工作原理

2.1  FMR250 测量原理

FM250 的变送器采用 DC24V，两线制进行供电，传输电缆采用屏蔽电缆，用以对现场其他干扰信号进行屏蔽。FMR250 料位计采用先进的回波处理技术和数据处理技术，同时由于雷达波本身频率高，穿透性能好的特点，FMR250 雷达料位计能够克服恶劣的现场环境，准确地对物位进行连续测量。 Micropilot是基于时间行程原理的“俯视式”测量系统，用于测量参考点（过程连接）与物料表面间的距离。天线发射微波脉冲信号，在被测物料表面产生反射，且反射的回波信号又被雷达系统所接收。FMR250型雷达料位计的测量原理如图 1 所示。

图1  FMR250测量原理图

天线接收物料表面反射回的微波脉冲信号，并将其传输给电子部件。微处理器对信号进行处理，识别微波脉冲在物料表面所产生的回波信号。参考点至物料表面间的距离与脉冲信号的运行时间成正比：

D=Ct /2

其中 C 为光速。

空罐高度已知，则物位为：

L=E-D+A

其中 A 为修正值。

2.2   物位测量系统原理

FMR250 型料位计采用两线制进行供电和信号输出。整套料位检测系统的原理图如图2 所示[2]。

图2  料位检测系统原理图

如图 2 所示，三钢厂 2 号转炉副原料料位检测系统的物位传感器安装在现场，用以检测料位信号，采用屏蔽线进行信号传输，减少电磁干扰。配电隔离器、PLC 、上位机均在配电房和操作室，可在最大限度上减少现场恶劣环境对系统的干扰，提高系统的稳定性，提高数据的准确度。配电隔离器对物位计提供直流24V 电源，接受变送器输出的 4~20mA 标准信号，同时对输入的标准信号进行光电隔离后输入PLC ，经由PLC 再把数据传送到上位机上，供操作人员使用。

3  E+H FMR250型料位计的安装

3.1  FMR250 型料位计的安装要求

由于雷达料位计是采用接受返回的雷达波的方式来计算空距，通过换算得出料位高度的，所以料位计的安装位置对料位计的测量有至关重要的影响。雷达料位计安装位置的选择要遵循不能产生干扰回波的原则，干扰回波将直接影响测量数据。FRM205 型雷达料位计的安装位置的选择如图 3 所示[3]。

图3  FMR250型雷达料位计安装位置选择

（1）由罐的内壁到安装短管的外壁应大于罐直径的1/6（图 3 中“1”所示距离），在任何情况下，仪表与罐内壁间的距离不能小于 20cm。

（2）料位计不能安装在罐顶的中心位置（图 3 中“3”的位置），干扰回波会导致信号丢失。

（3）为了保持在上料过程中数据的稳定，料位计不能安装在上料口的上方（图3 中“4”的位置）。若安装在上料口上方，在上料过程中，下落的物料会造成回波干扰，使测量数据波动，不能真实地反映上料情况。

（4）为了避免造成虚假回波而影响测量，在信号波束内不能安装纤维开关、温度传感器、对称装置等可能造成回波的设备。

（5）为了使安装具有一定的灵活性，三钢厂 2 号转炉副原料系统所使用的料位计带有万向节的安装法兰，可以很方便地对料位计天线的方向进行调整。

3.2  FMR250 型料位计安装步骤

（1）在罐顶合适的位置开孔，为了便于安装料位变送器，可以加装安装短管。但是喇叭天线必须伸出安装短管。由于机械结构导致天线喇叭无法伸出安装短管时，可以选用尺寸较短的安装短管。

（2）用螺丝固定安装法兰到安装短管上，转动万向节接头，使喇叭口天线朝向罐体的出料口，这样能及时的反应料位的变化。

（3）拧紧固定螺丝，打开表头显示的盖子，根据正负接好电源线，盖好盖子，仪表的安装就完成了。

4  E+H FMR250料位计的调试

4.1   确定喇叭口的准确方向

在料位计投入使用前需要根据工艺的具体要求对其参数进行设定、调试，以满足工艺的需求。安装好之后要确定喇叭口天线的准确方向。在料仓空仓的时候，查看料位计的回波曲线图，通过转动料位计的万向节接头，使喇叭口天线对准料仓出料口，然后微调，使回波曲线显示的空罐高度与设计的罐高相符，记录此数据，用于空罐标定的参数设置。

4.2   各参数的设置

进入参数设定状态，主要设定好表 1 中的参数，料位计即可进行正确的测量。

表1   主要设置参数

5  FMR250雷达料位计的日常维护及故障排除

5.1  FMR250 料位计日常维护要点

（1）由于上料系统现场粉尘大，需要对料位计的现场变送器加装防尘装置，以防止粉尘进入变送器内，损坏变送器内部的电子元器件。

（2）FMR250 雷达料位计支持 HART 协议通讯，技术参数的修改可以通过支持 HART 通讯协议的手持操作器（如 375 等）在配电器端进行，而不必到现场。

（3）由于韶钢第三炼钢厂安装的 FMR250 料位计不带反吹系统，需要定期对料位计的喇叭口天线进行清灰处理，以确保测量数据的准确。

5.2  FMR250 料位计常见故障排除

FMR250 型料位计带有自诊断功能，并以代码的形式在表头显示出来，以帮助现场技术人员排除故障。其故障代码见表 2。

表2   料位计系统错误信息

当仪表系统没有错误提示，但测量数据仍然有故障时，需要检查仪表安装和参数设置，下面是在使用
过程中遇到的问题及处理方法：

（1）料位计静态检测准确，但在上料过程中所测得料位会下降，停止上料后，料位检测回复正常。

原因分析及处理方法：由于料位计天线偏转角度太大，雷达波的投射路径与下料路径交叉，产生干扰回波，导致测量数据波动、不准。此时需要调整天线角度，使雷达波的投射路径不与下料路径交叉，但以能准确反映料位变化为宜。

（2）测得的料位比实际料位偏高或偏低。原因分析及处理方法：根据料位的计算公式：L=E-D+A，可能是天线方向不对，或者参数设置不对。首先检查料位计雷达波的投射方向能否准确反映料仓料位高度，调整天线到适当角度后，故障仍不能排除，则修正量参数设置不对，此时需要根据料位高度调整公式L=E-D+A中的A 值（在 057 菜单中设定）。

（3）料位计表头显示的料位与上位机显示料位不一致。原因分析及处理方法：在排除PLC 故障、配电器输入输出不一致的情况后，可考虑料位计的变送输出量程参数设置与上位机量程不一致。通过修改变送输出量程参数 Max scale 046，使之与上位机量程一致。

6  结束语

三钢 2 号转炉雷达料位检测系统从 2010 年2 月份改造投入使用以来，经过一年的使用，料位检测准确，测量精度高，数据稳定，耐高温，抗干扰能力强，为转炉上料系统提供了可靠的数据保证，解决了因料位检测不准造成的皮带机堆料情况，减少了上料操作人员的劳动强度，减少了仪表系统的维护工作量，获得了良好的经济效益和社会效益。

参  考  文  献

[1]   李新光,  张华,  孙岩,  等.  过程检测技术[M]. 北京:  机械工业出版社，2004:203~221.

[2]   浦昭邦,  王宝光.  测控仪器设计[M]. 北京:机械工业出版社，2007:125~140.

[3]  《E+H FMR 250 雷达料位计使用说明书》.上海:上海恩德斯豪斯自动化设备有限公司.