РАДИОЛОКАЦИОННЫЙ УРОВНЕМЕР, СПОСОБ ТЕСТИРОВАНИЯ УРОВНЕМЕРА И СИСТЕМА ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ, СОДЕРЖАЩАЯ ТАКОЙ УРОВНЕМЕР
RADAR LEVEL GAUGE, METHOD OF TESTING LEVEL GAUGE AND LEVEL GAUGING SYSTEM COMPRISING SAID LEVEL GAUGE

Область техники
Изобретение относится к радиолокационному (радарному) уровнемеру и к способам его контрольного тестирования, а также к системе, измеряющей уровень посредством такого уровнемера.
Уровень техники
Радарные измерители уровня нашли широкое применение для определения уровня продукта, находящегося в резервуаре (танке). Радарное измерение уровня обычно осуществляется посредством либо бесконтактного измерения, в процессе которого передаваемые электромагнитные сигналы излучаются в направлении продукта, находящегося в резервуаре, либо контактного измерения с применением волноводного радара (GWR, guided wave radar), с помощью которого передаваемые (излученные) электромагнитные сигналы подводятся к продукту и вводятся в него посредством зонда, действующего, как волновод.
Переданные электромагнитные сигналы отражаются от поверхности продукта и принимаются приемником или приемопередатчиком (трансивером) радарного уровнемера. Основываясь на переданных и отраженных сигналах, можно определить расстояние до поверхности продукта.
Более конкретно, расстояние до поверхности продукта обычно определяют по времени, прошедшему между передачей электромагнитного сигнала и приемом его отражения на границе раздела между присутствующими в резервуаре воздухом и продуктом. Чтобы определить уровень заполнения резервуара продуктом, определяют расстояние от референтной позиции до поверхности, основываясь на вышеупомянутом времени и скорости распространения электромагнитных сигналов вдоль зонда.
Радарные уровнемеры при их классификации часто подразделяют на импульсные системы и так называемые системы непрерывного излучения с частотной модуляцией, или системы FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave). В первом случае в направлении поверхности продукта посылают импульсные сигналы, а расстояние до данной поверхности определяют, исходя из времени прохождения импульсного сигнала до поверхности и обратно, т.е. к радарному уровнемеру. В системах FMCW в направлении поверхности продукта посылают сигнал, имеющий переменную частоту, а расстояние определяют, исходя из разности частот (и/или фаз) между посланным сигналом и принимаемым одновременно с ним отраженным сигналом. Кроме того, известны и так называемые импульсные системы FMCW.
В некоторых случаях радарные уровнемеры приходится использовать в приложениях, в которых неисправность такого устройства может привести к опасным ситуациям. В частности, по этой причине особенно надежным должен быть радарный уровнемер, выполняющий функцию предотвращения переполнения.
Чтобы гарантировать надежность радарных уровнемеров, в особенности, радарных уровнемеров, предотвращающих переполнение, и, тем самым, понизить вероятность опасных ситуаций такого рода, принимают различные меры. Например, радарные уровнемеры и другие устройства, важные в данном контексте, могут быть сконструированы с возможностью обеспечить наличие конкретного так называемого Уровня полноты безопасности (УПБ, Safety Integrity Level, или SIL), определяемого международным стандартом IEC/EN 61508. Согласно этому стандарту системы обеспечения безопасности могут отвечать требованиям, соответствующим различным степеням УПБ (УПБ 1 - УПБ 4), из которых УПБ 4 и УПБ 1 отвечают соответственно максимальному и минимальному уровням полноты безопасности.
Оценка системы по параметру УПБ связана с вероятностью невыполнения команды, которая, в свою очередь, является функцией вероятной частоты отказов и временного интервала между контрольными тестированиями. Таким образом, для поддержания требуемой оценки по УПБ необходимо проводить контрольные тестирования через регулярные интервалы времени, выбранные в соответствии с присвоенным УПБ-рейтингом. Например, может потребоваться проводить контрольные тестирования ежегодно.
Как правило, технические требования к контрольным тестированиям определяет изготовитель системы, имеющей УПБ-рейтинг, тогда как ответственность за то, чтобы эти тестирования проводились надлежащим образом, лежит на пользователе системы.
Многие изготовители считают, что для радарных уровнемеров, которые способны предотвращать переполнение, в программу контрольного тестирования следует включать контроль по двум точкам верификации. В ходе такой поверки (далее именуемой двухточечной верификационной поверкой) проводят измерение двух различных уровней заполнения, сопровождаемое проверкой полученных результатов. В идеальном варианте два таких уровня следует разнести на большое расстояние, т.е. в резервуаре один из них будет находиться вблизи дна, а другой - вблизи верхней части.
Эта процедура может занять достаточно много времени и требует участия персонала в закачивании продукта и измерении. Кроме того, преднамеренное существенное повышение уровня продукта в резервуаре может реально увеличить вероятность потенциально опасного переполнения.
Раскрытие изобретения
С учетом перечисленных, а также других недостатков, присущих уровню техники, общая задача, решаемая изобретением, состоит в разработке усовершенствованного радарного уровнемера и способа контрольного тестирования для системы, измеряющей уровень заполнения и содержащей радарный уровнемер.
Соответственно, согласно первому аспекту изобретения предлагается способ контрольного тестирования для системы, измеряющей уровень заполнения, т.е. определяющей уровень продукта в резервуаре. Предлагаемая система содержит радарный уровнемер, в комплект которого входят референтный отражатель, установленный на специально выбранном уровне (т.е. в известном положении по высоте) над поверхностью продукта, а также центр управления, принимающий измерительные сигналы, поступающие отданного уровнемера.
Способ по изобретению включает следующие этапы:
- посылают, посредством радарного уровнемера, множество передаваемых электромагнитных сигналов в направлении поверхности продукта, находящегося в резервуаре,
- принимают, посредством радарного уровнемера, множество отраженных электромагнитных сигналов, каждый из которых состоит из нескольких эхо-сигналов, образующихся в результате отражения одного из переданных электромагнитных сигналов у встречающихся на его пути границ скачков импеданса (т.е. у разрывов импедансной непрерывности),
- на основе референтного эхо-сигнала, образующегося в результате отражения одного из передаваемых электромагнитных сигналов от референтного отражателя, определяют первый уровень верификации,
- на основе эхо-сигнала, образующегося в результате отражения одного из передаваемых электромагнитных сигналов от поверхности продукта, определяют второй уровень верификации,
- на основе по меньшей мере первого уровня верификации, известного положения референтного отражателя по высоте и второго уровня верификации определяют результат контрольного тестирования.
Резервуаром может быть любой контейнер или любая емкость, способный (способная) содержать продукт. Резервуар может быть металлическим или частично/полностью неметаллическим, открытым, полуоткрытым или закрытым.
Чтобы повысить точность определения первого уровня верификации, желательно иметь возможность при его измерении использовать несколько референтных эхо-сигналов, образующихся в результате отражения от референтного отражателя нескольких передаваемых электромагнитных сигналов. Аналогичным образом, желательно иметь возможность определить второй уровень верификации, используя для этого несколько эхо-сигналов, образующихся в результате отражения от поверхности продукта нескольких передаваемых электромагнитных сигналов.
Желательно также иметь возможность определить известное положение референтного отражателя по высоте посредством одного или нескольких измерений данного положения, выполнив эту операцию в ходе установки радарного уровнемера на надлежащее место. В альтернативном варианте предусмотрена возможность определить это положение референтного отражателя посредством физического измерения его позиции, выполнив эту операцию в ходе установки радарного уровнемера на надлежащее место или при установке на свое место самого референтного отражателя, если его устанавливают позже.
Значение известного положения референтного отражателя по высоте может, например, сохраняться в радарном уровнемере и/или фиксироваться в справочной документации.
При этом первый и второй уровни верификации могут быть определены на основе одного и того же измерения или, в альтернативном варианте, на основе разных измерений.
Изобретение основано на осознании того, что контрольное тестирование, включающее двухточечную верификационную поверку и использующее для одного из верификационных измерений референтный отражатель, установленный над поверхностью продукта в известном положении по высоте, может быть проведено без изменения уровня заполнения.
Таким образом, может быть верифицирована способность радарного уровнемера к точным измерениям и подтверждена его способность идентифицировать и измерять расстояние до поверхности продукта. Более того, поскольку при проведении двухточечной верификационной поверки уровень заполнения изменять не нужно, искомый результат можно получить за относительно короткий отрезок времени при минимальном участии оператора.
Для этапа определения второго уровня верификации желательно предусмотреть возможность наличия операций, на которых идентифицируют эхо-сигнал от референтного отражателя, определяют группу эхо-сигналов, в которую входят сигналы, отобранные для рассмотрения в качестве сигналов от поверхности продукта, и не входит эхо-сигнал от референтного отражателя, а затем соотносят один из этих отобранных эхо-сигналов с сигналом, отраженным от поверхности продукта.
В своих различных вариантах способ согласно изобретению может дополнительно включать этап, на котором уровень заполнения определяют, не используя радарный уровнемер. В этих вариантах результат контрольного тестирования может дополнительно основываться на значении данного определения уровня заполнения.
Уровень заполнения может быть определен с использованием другого способа такого же назначения, конкретно, с применением другого радарного уровнемера или другого измерительного канала, использующего то же распространяющее устройство (излучающую антенну или излучающий зонд), что и радарный уровнемер, подвергаемый двухточечной верификационной поверке. Второй из этих вариантов может рассматриваться как схема типа "два в одном".
Другой способ определения уровня заполнения может представлять собой, например, ручное измерение посредством так называемого погружения измерительного средства вручную. Кроме того, предусмотрена возможность определять уровень заполнения, используя для этого данные, поступившие от других датчиков, таких как датчик расхода, датчики давления, ультразвуковые датчики уровня и прочие подобные средства.
Результат контрольного тестирования желательно определять, используя первую разность, а именно разность между первым уровнем верификации и известным положением референтного отражателя по высоте, и вторую разность, а именно разность между вторым уровнем верификации и уровнем заполнения.
Критерий получения положительного результата контрольного тестирования может зависеть от различных факторов, например от точности сопоставляемых значений, а именно значения положения референтного отражателя по высоте и значения уровня заполнения.
Согласно одному из вариантов результат контрольного тестирования может считаться положительным, если соотношение между первой разностью и уровнем верификации меньше первого порогового значения, а соотношение между второй разностью и вторым уровнем верификации меньше второго порогового значения, которое существенно больше первого порогового значения.
Поскольку известное положение референтного отражателя по высоте может быть определено с высокой точностью, можно задать условие, чтобы первый уровень верификации находился поблизости от этого положения. В зависимости от способа или оборудования, применяемых для определения уровня заполнения, точность измерения уровня заполнения, который затем используют в качестве референтного параметра при сравнении со вторым уровнем верификации, может оказаться существенно более низкой.
В результате адаптации требований к разным уровням верификации обеспечивается высокое качество двухточечной верификационной поверки, в которой задаваемые высокие требования позволяют избежать отрицательного результата контрольного тестирования, вызванного неточностью референтного измерения.
В данном контексте термин "положительный результат" для результата контрольного тестирования означает, что устройство благополучно прошло контрольное тестирование.
В качестве примера, первое пороговое значение может быть меньше половины второго порогового значения.
Согласно различным вариантам осуществления предусмотрена возможность установить референтный отражатель в позиции, соответствующей сигнализации о недопустимо высоком, предельном уровне продукта в резервуаре, или выше этой позиции. Тогда способ может дополнительно включать следующие этапы:
- на основе референтного эхо-сигнала, образующегося в результате отражения одного из передаваемых электромагнитных сигналов от референтного отражателя, определяют уровень заполнения, измеренный в результате контрольного тестирования,
- сигнал, указывающий уровень заполнения, полученный в результате контрольного тестирования, передают в центр управления.
В дополнение к тестированию функционирования радарного уровнемера важно регулярно тестировать и другие узлы системы, измеряющей уровень заполнения, например узлы центра управления, обеспечивающие безопасность, или узлы систем аварийного отключения.
Особенно важно протестировать способность детектирования переполнения (и/или сигнализацию, предупреждающую о переполнении), чтобы гарантировать подачу предупредительного или аварийного сигнала, если уровень продукта в резервуаре поднимется выше уровня, предельно высокого для данного резервуара.
В одном из известных способов тестирования всех узлов системы, детектирующей переполнение (или подающей сигнал о недопустимо высоком уровне продукта), начиная от датчика в резервуаре и кончая устройством для предупреждающей/аварийной сигнализации, установленным в отдаленном месте, таком как пост управления, преднамеренно поднимают уровень продукта в резервуаре выше уровня, который соответствует сигнализации о предельно высоком (недопустимом) уровне продукта. Разумеется, это нежелательно, поскольку нарушается нормальное функционирование резервуара, требуется значительное время и появляются опасность переполнения из-за ошибки оператора, а также опасность воздействия паров продукта на людей и окружающую среду.
Согласно данному варианту изобретения предусмотрена возможность обеспечить надежную поверку всех узлов системы, детектирующей переполнение, не повышая уровень продукта в резервуаре. Вместо такого повышения радарный уровнемер управляемым образом переводят из режима измерения уровня в режим тестирования сигнализации о недопустимо высоком уровне продукта. В этом режиме радарный уровнемер идентифицирует эхо-сигнал от референтного отражателя, интерпретирует его как эхо-сигнал от поверхности продукта и посылает в центр управления сигнал, указывающий уровень заполнения, который соответствует положению референтного отражателя по высоте. Затем можно осуществить мониторинг реакции центра управления на сигнал, указывающий, что заполнение достигло предела, на котором включается сигнализация о недопустимо высоком уровне продукта, или превысило этот предел, причем результат будет таким же, как в случае реального повышения уровня заполнения.
После проведения тестирования радарный уровнемер можно управляемым образом вернуть в режим измерения уровня. В этом режиме эхо-сигнал от референтного отражателя исключают из группы эхо-сигналов от поверхности продукта, отобранных для определения уровня заполнения.
Следует отметить, что эту часть процедуры контрольного тестирования, соответствующую тестированию сигнализации о недопустимо высоком уровне продукта, можно провести, сместив ее по времени относительно процедуры двухточечной верификационной поверки, описанной выше.
Согласно второму аспекту изобретения предлагается радарный уровнемер, предназначенный для определения уровня заполнения резервуара продуктом и содержащий:
- трансивер, генерирующий, передающий и принимающий электромагнитные сигналы,
- референтный отражатель, установленный над поверхностью продукта в известном положении по высоте,
- распространяющее устройство, подсоединенное к трансиверу и способное распространять множество передаваемых электромагнитных сигналов от трансивера в направлении продукта, находящегося в резервуаре, и возвращать к трансиверу множество отраженных электромагнитных сигналов, каждый из которых содержит несколько эхо-сигналов, образующихся в результате отражения у встречающихся на его пути границ скачков импеданса, и
- процессорный контур, предназначенный для определения уровня заполнения по эхо-сигналу, образующемуся в результате отражения одного из передаваемых электромагнитных сигналов от поверхности продукта,
причем радарный уровнемер выполнен с возможностью обратимого управляемого перевода из режима измерения уровня заполнения в режим контрольного тестирования, в котором процессорный контур способен:
- на основе референтного эхо-сигнала, образующегося в результате отражения одного из передаваемых электромагнитных сигналов от референтного отражателя, определять первый уровень верификации,
- на основе эхо-сигнала, образующегося в результате отражения одного из передаваемых электромагнитных сигналов от поверхности продукта, определять второй уровень верификации,
- используя значения первого уровня верификации и второго уровня верификации, проводить определение результата контрольного тестирования, основанное на значении второго уровня верификации и на соотношении между первым уровнем верификации и известным положением референтного отражателя по высоте.
"Трансивером" может служить функциональный блок, способный передавать и принимать электромагнитные сигналы, или система, состоящая из отдельных передающего и принимающего блоков.
Процессорный контур может быть выполнен в виде единого устройства или из раздельных устройств, причем предусмотрена возможность реализовать его посредством аппаратных средств, программного обеспечения или их комбинации.
Чтобы обеспечить надежное контрольное тестирование с минимальным ручным вмешательством оператора, желательно, чтобы расположение и схема референтного отражателя в режиме измерения уровня заполнения были такими же, как в режиме контрольного тестирования.
В различных вариантах радарного уровнемера, выполненного согласно изобретению, желательно предусмотреть возможность прикрепить референтный отражатель к распространяющему устройству. Такая конструкция позволяет, без дополнительных сквозных отверстий в верхней стенке резервуара и без применения других средств обеспечить надлежащий эхо-сигнал от референтного отражателя.
В тех вариантах, в которых распространяющее устройство представляет собой излучающую (например, рупорную или параболическую) антенну, желательно выполнить референтный отражатель в виде груза, подвешенного на проволоке, прикрепленной к ободу рупорного или параболического отражателя соответственно.
В вариантах, использующих так называемую успокоительную трубку, предусмотрена возможность выполнить референтный отражатель, например, в виде электропроводного стержня или другого электропроводного компонента, установленного внутри данной трубки.
В GWR-системах, использующих в качестве распространяющего устройства зонд на основе передающей линии, референтный отражатель может быть выполнен в виде электропроводной конструкции, обжатой вокруг данного зонда. Такой вариант особенно удобен для тех GWR-систем, в которых применен однопроводной зонд, иногда именуемый линией Губо.
В GWR-системах, содержащих распространяющее устройство в виде зонда на основе передающей линии, желательно предусмотреть возможность иметь в конструкции референтного отражателя, во-первых, первую и вторую части, которые совместно, по существу, охватывают данный зонд, а, во-вторых, - по меньшей мере одно отсоединяемое крепежное средство, присоединяющее первую часть ко второй таким образом, чтобы зонд оказался зажатым между ними.
Желательно выполнить референтный отражатель с первым и вторым отсоединяемыми крепежными средствами, находящимися соответственно на первой и второй (противоположной) сторонах зонда на основе передающей линии, причем второе крепежное средство смещено относительно первого в направлении, параллельном продольной оси зонда. В предпочтительном варианте первым и вторым отсоединяемыми крепежными средствами могут быть винты, у каждого из которых под головкой можно предусмотреть участок, частично не имеющий резьбы.
Кроме того, согласно различным вариантам изобретения желательно предусмотреть возможность включить радарный уровнемер в систему, измеряющую уровень заполнения, в которую, кроме того, входит центр управления, принимающий измеренные сигналы от радарного уровнемера.
На аналоговый выходной интерфейс системы радарного уровнемера значение уровня заполнения может поступать в виде тока 4-20 мА. Тревожный сигнал о недопустимо высоком (предельном) уровне продукта можно задать в этом интервале. В альтернативном варианте может быть задан допустимый предельный уровень заполнения для радарного уровнемера, а уровнемер сконфигурирован с возможностью сообщать о ситуации переполнения аварийным сигналом, соответствующим, например, току 21,75 мА (т.е. току вне интервала 4-20 мА).
Во многих областях применения предусмотрена цифровая линия связи. Она обеспечит возможности, позволяющие для конкретной рабочей ситуации передавать несколько показаний. Например, независимо друг от друга могут передаваться аварийный сигнал и полученное значение уровня заполнения.
Согласно различным вариантам осуществления при измерении уровня заполнения резервуара продуктом может быть использовано дополнительное измерительное устройство для измерения уровня заполнения.
Варианты осуществления второго аспекта изобретения и достигаемые при их использовании преимущества, в основном, аналогичны описанным выше применительно к первому аспекту изобретения.
Таким образом, изобретение относится к радарному уровнемеру, который снабжен референтным отражателем, установленным в резервуаре в известном положении по высоте. Данный уровнемер выполнен с возможностью обратимого перевода из режима измерения уровня заполнения в режим контрольного тестирования, в котором уровнемер способен
- на основе референтного эхо-сигнала, образующегося в результате отражения одного из передаваемых электромагнитных сигналов от референтного отражателя, определять первый уровень верификации,
- на основе эхо-сигнала, образующегося в результате отражения одного из передаваемых электромагнитных сигналов от поверхности продукта, определять второй уровень верификации,
- используя наличие первого и второго уровней верификации, проводить определение результата контрольного тестирования, основанное по меньшей мере на значениях первого уровня верификации, известного положения референтного отражателя по высоте и второго уровня верификации.
Для реализации других преимуществ в способе по изобретению могут быть предусмотрены отдельно друг от друга или в комбинации следующие существенные признаки:
- этап определения второго уровня верификации дополнительно включает обеспечение постоянного нахождения референтного отражателя в своем заданном положении,
- результат тестирования считают положительным только при условии, что разность между первым уровнем верификации и известным положением референтного отражателя по высоте меньше первого порогового значения,
- результат тестирования считают положительным только при условии, что второй уровень верификации удовлетворяет заданному критерию, основанному на предыдущих измерениях эхо-сигналов от поверхности продукта,
- результат тестирования определяют посредством системы, внешней по отношению к радарному уровнемеру.
Для реализации других преимуществ в способе по изобретению могут быть предусмотрены, по отдельности или в комбинации, следующие особенности:
- в предлагаемый способ включают дополнительный этап определения уровня, на котором уровень заполнения резервуара продуктом определяют с использованием одного из следующих приборов или операций:
- второго радарного уровнемера, функционально независимого от тестируемого радарного уровнемера,
- ультразвукового уровнемера,
- поплавкового уровнемера,
- измерения уровня на основе расхода продукта,
- измерения уровня на основе давления продукта,
- измерения уровня на основе электрической емкости продукта,
- ручного измерения уровня, например погружением измерительного средства,
причем при определении результата тестирования дополнительно учитывают соотношение между вторым уровнем верификации и указанным уровнем заполнения.
Для реализации других преимуществ в способ по изобретению могут быть включены отдельно друг от друга или в комбинации следующие существенные признаки:
- результат тестирования считают положительным только при условии, что указанные первая и вторая разности меньше первого порогового значения и второго порогового значения соответственно,
- результат тестирования считают положительным только при условии, что отношение первой разности к первому уровню верификации меньше третьего порогового значения, а отношение второй разности к второму уровню верификации меньше четвертого порогового значения,
- результат тестирования считают положительным только при условии, что амплитуда эхо-сигнала от референтного отражателя лежит в заданном интервале амплитуд,
- результат тестирования считают положительным только при условии, что амплитуда эхо-сигнала от поверхности продукта больше амплитуды эхо-сигнала от референтного отражателя.
Для реализации других преимуществ в способ по изобретению могут быть включены отдельно друг от друга или в комбинации следующие существенные признаки:
- радарный уровнемер выполнен с возможностью переключаться на работу в режиме измерения уровня заполнения или в режиме контрольного тестирования,
- способ дополнительно включает этапы: определения уровня заполнения резервуара продуктом, выполняемого радарным уровнемером на основе эхо-сигнала от поверхности продукта; передачи сигнала, указывающего уровень заполнения, от радарного уровнемера в центр управления; приема на входе радарного уровнемера команды начать контрольное тестирование системы; перевода, в ответ на данную команду, радарного уровнемера в режим контрольного тестирования и выведения радарного уровнемера, после передачи в центр управления сигнала, указывающего уровень заполнения согласно контрольному тестированию, из режима контрольного тестирования системы.
Для достижения других преимуществ в способе по изобретению может быть предусмотрен дополнительный этап, на котором посредством центра управления или устройства ввода данных, контролируемого оператором и расположенного на радарном уровнемере, выдают команду начинать контрольное тестирование системы.
Для реализации других преимуществ в радарном уровнемере по изобретению могут быть предусмотрены, отдельно друг от друга или в комбинации, следующие существенные признаки:
- излучающая антенна выбрана из группы, в которую входят параболическая антенна, рупорная антенна и фидерная антенна успокоительной трубки, причем излучающая антенна снабжена крепежным узлом для прикрепления блока референтного отражателя,
- в конструкцию блока референтного отражателя входит удлиненный подвесной компонент, выполненный с возможностью изгибаться в боковом направлении и присоединенный верхним концом к крепежному узлу референтного отражателя, а нижним концом - к отражающей поверхности референтного отражателя, которая обладает свойствами, позволяющими жидкости стекать с нее в виде капель, и к грузу, ориентирующему данную поверхность в пространстве, причем предусмотрена возможность регулировки расстояния между излучающей антенной и этой поверхностью референтного отражателя.
Краткое описание чертежей
Далее эти и другие аспекты изобретения будут описаны более подробно, со ссылками на прилагаемые чертежи, иллюстрирующие вариант изобретения, рассматриваемый как предпочтительный.
На фиг. 1 схематично представлена система, измеряющая уровень заполнения, которая выполнена согласно первому варианту изобретения и содержит радарный уровнемер и центр управления.
На фиг. 2 представлен, в перспективном изображении, референтный отражатель, содержащийся в радарном уровнемере по фиг. 1 и показанный с пространственным разделением компонентов.
На фиг. 3 схематично представлена система, измеряющая уровень заполнения, которая выполнена согласно второму варианту изобретения и содержит радарный уровнемер и центр управления.
На фиг. 4 представлена блок-схема, иллюстрирующая пример варианта способа согласно изобретению.
На фиг. 5а-5е схематично проиллюстрированы соответствующие этапы способа согласно блок-схеме по фиг. 4.
Осуществление изобретения
На фиг. 1 схематично проиллюстрирована система 1, измеряющая уровень заполнения, которая выполнена согласно первому варианту изобретения и содержит радарный уровнемер 2 типа GWR и центр 10 управления (проиллюстрированный, как пост управления).
RR
Радарный уровнемер 2 устанавливается с целью измерений уровня заполнения резервуара 4 продуктом 3 и содержит измерительный блок 6, а также распространяющее устройство в виде зонда 7 на основе передающей линии, который проходит от измерительного блока 6 в направлении продукта 3 и, далее, в его внутренний объем. В варианте, приведенном на фиг. 1, зонд 7 на основе передающей линии представляет собой однопроводной зонд, который для удерживания его в вертикальном и выпрямленном состоянии снабжен прикрепленным к его концу грузом 8. Кроме того, в конструкцию радарного уровнемера 2 входит референтный отражатель 9, прикрепленный к зонду 7 в известном положении L по высоте.
Измерительный блок 6 содержит трансивер, процессорный контур и коммуникационный интерфейс, которые на фиг. 1 не видны.
S
Трансивер выполнен с возможностью генерирования, передачи и приема электромагнитных сигналов. Подключенный к трансиверу процессорный контур предназначен для определения уровня L заполнения резервуара продуктом 3 по времени прохождения принятого электромагнитного сигнала, образующегося в результате отражения излученного сигнала от поверхности 11 продукта 3. Подключенный к процессорному контуру коммуникационный интерфейс обеспечивает возможность коммуникации с центром 10 управления. В варианте, приведенном на фиг. 1, коммуникация между радарным уровнемером 2 и центром 10 управления является беспроводной. В альтернативном варианте она может быть выполнена в виде коммуникационного канала на основе аналоговой и/или цифровой техники. Например, коммуникационный канал может представлять собой двухпроводной токовый контур 4-20 мА, а значение уровня заполнения можно передавать, подавая на данный контур ток, соответствующий конкретному уровню заполнения. Через этот же контур, т.е. токовый контур 4-20 мА, можно посылать и цифровые данные, используя для этого протокол цифровой передачи данных HART.
T
T
T
В своем рабочем режиме, радарный уровнемер 2 передает излученный электромагнитный сигнал S в направлении поверхности 11 продукта 3 (сигнал Sнаправляется в нужном направлении зондом 7, выполненным на основе передающей линии). Часть энергии сигнала S после взаимодействия его с границей скачка импеданса отражается обратно, т.е. в направлении измерительного блока 6 радарного уровнемера 2, в виде эхо-сигнала, у которого время прохождения (туда и обратно) определяется расстоянием от блока 6 до данной границы скачка импеданса.
T
Эхо-сигналы от различных границ скачков импеданса, расположенных на пути передаваемого сигнала S, могут быть использованы (совместно с данным сигналом) для построения графического изображения (графика) 13 эхо-сигналов. Приведенный на фиг. 1 график 13 содержит, если смотреть сверху вниз,
- реперный эхо-сигнал 15, соответствующий границе скачка импеданса у соединения между трансивером и зондом на основе передающей линии,
- эхо-сигнал 16, образующийся в результате отражения от референтного отражателя 9,
- эхо-сигнал 17, образующийся в результате отражения от поверхности 11 продукта 3, и
- эхо-сигнал 18, образующийся в результате отражения от конца зонда 7.
RR
S
Идентифицируя и анализируя различные эхо-сигналы на графике 13, можно определить, в частности, положение L референтного отражателя по высоте и уровень L заполнения.
Как более подробно будет показано далее, радарный уровнемер 2 по фиг. 1 выполнен так, что оператор системы 1, измеряющей уровень заполнения, получает возможность проводить надежные контрольные тестирования как самого уровнемера 2, так и системы 1 в целом.
Далее со ссылками на фиг. 2 будет подробно описан пример конструкции референтного отражателя 9.
Как проиллюстрировано на фиг. 2, референтный отражатель 9 состоит из первой части 20а и второй части 20b. На данном чертеже схематично показано, что в каждой из этих частей 20а, 20b выполнена, по существу, полуцилиндрическая канавка 21а, 21b, предназначенная для помещения в нее проволочного зонда 7. Глубина канавок 21а, 21b выбрана так, чтобы проволочный зонд 7 оказался зажатым между первой частью 20а и второй частью 20b, когда они стянуты друг с другом посредством отсоединяемых крепежных средств (в данном случае винтов 22а, 22b). Как показано на фиг. 2, в конструкции референтного отражателя 9 винты 22а, 22b расположены на противоположных сторонах проволочного зонда 7 с взаимным смещением по его продольной оси. Кроме того, у винтов есть участки, частично не имеющие резьбы, что позволяет стянуть винтами одну с другой первую и вторую части 20а, 20b достаточно плотно.
Далее со ссылками на фиг. 3 будет описан второй вариант системы 1 согласно изобретению, измеряющей уровень заполнения. От предыдущего варианта, описанного выше со ссылками на фиг. 1, данный вариант отличается тем, что использованный в нем радарный уровнемер 30 предназначен для измерения уровня заполнения продуктом 3 не в "технологическом резервуаре", схематично показанном на фиг. 1, а в резервуаре-хранилище 31.
Радарный уровнемер 30 содержит измерительный блок 6, распространяющее устройство в виде параболической антенны 32 и референтный отражатель 33, который имеет отражающую поверхность и дополнительно снабжен металлическим грузом, подвешенным на гибком проводе 34, прикрепленном к ободу параболической антенны 32. Функция груза заключается в обеспечении надлежащей ориентации отражающей поверхности, предпочтительно, в целом, перпендикулярно центральной продольной оси антенны 32. Подобные конструкция, структура и функция отражателя применимы также и в комбинации с рупорной антенной, с фидерной антенной успокоительной трубки и с другими антеннами.
S
Как показано на фиг. 3, резервуар 31 оснащен дополнительным радарным уровнемером 50, который может участвовать в определении уровня L заполнения. Предусмотрена также возможность применения варианта под условным названием "два в одном", согласно которому радарный уровнемер 30 содержит два раздельных измерительных канала с эффективным образованием двух радарных уровнемеров с общей антенной.
s
В добавление к этому, в резервуаре 31 предусмотрен инспекционный люк 51, позволяющий иметь доступ к внутреннему объему резервуара 31 для выполнения, например, погружения измерительного средства вручную при ручном определении уровня L заполнения.
Далее со ссылками на блок-схему по фиг. 4 и иллюстрации на фиг. 5а-5е будет описан конкретный пример способа согласно изобретению.
T
На первом этапе 100 посредством радарного уровнемера 30 определяют первый уровень верификации, используя для этого эхо-сигнал 40 (RR), образующийся в результате отражения передаваемого электромагнитного сигнала S от референтного отражателя 33.
RR
RR
На следующем этапе 101 первый уровень верификации, определенный на этапе 100, сопоставляют с известным положением L референтного отражателя по высоте, которое было предварительно определено с использованием радарного уровнемера 30. В предпочтительном варианте положение L референтного отражателя можно определить во время установки радарного уровнемера 30 на место или во время установки референтного отражателя 33 на место, если его добавляют к уже установленному уровнемеру 30.
RR
Известное положение L референтного отражателя по высоте, определенное радарным уровнемером 30, может быть проверено посредством ручного измерения, например с использованием измерительной ленты или другого подобного средства.
T
На следующем этапе 102 посредством радарного уровнемера 30 определяют второй уровень верификации, используя для этого эхо-сигнал 41, образующийся в результате отражения передаваемого электромагнитного сигнала S от поверхности 11 продукта.
S
S
После этого на этапе 103 определяют уровень L заполнения, не используя радарный уровнемер 30, проходящий контрольное тестирование. В зависимости от конструкции резервуара 31 для процедуры определения уровня L возможны различные варианты.
S
Резервуар 31, приведенный в качестве примера на фиг. 5d, снабжен дополнительным радарным уровнемером 50, который может быть использован для определения уровня L заполнения. Кроме того, предусмотрена возможность применения варианта "два в одном", если радарный уровнемер 30 содержит два раздельных измерительных канала с эффективным образованием двух радарных уровнемеров с общей антенной.
S
Уровень L заполнения можно определить также вручную, например, посредством ручного погружения измерительного средства через инспекционный люк 51 или через другое средство доступа к внутреннему объему резервуара 31.
S
Уровень L заполнения, который определен без применения радарного уровнемера 30, проходящего тестирование, сравнивают со вторым уровнем верификации.
RR
S
S
На этапе 104 определяют, положительным ли оказался результат двухточечной верификационной поверки, проведенной на этапах 100-103. Процедура этого определения может быть реализована посредством оценки разности между уровнями верификации, определенными на этапах 100 и 102, и соответствующими референтными уровнями (соответственно, известным положением L референтного отражателя по высоте и уровнем L заполнения) по отношению к пороговым значениям, в которых учтена точность определения соответствующих референтных уровней. Например, требование, предъявляемое к первому референтному уровню (уровню, определенному на основе референтного эхо-сигнала 40 от референтного отражателя) может быть более строгим по сравнению с требованием, предъявляемым ко второму референтному уровню, в частности, если для определения уровня Lзаполнения применялось погружение измерительного средства вручную.
Если результат двухточечного верификационного тестирования оказался отрицательным, необходимо его зарегистрировать и провести дополнительное расследование его причины. Возможными причинами отрицательного результата могут быть, например, ошибки, совершенные во время процедуры тестирования, неправильные настройки узлов в системе и сбой в работе оборудования.
Если результат двухточечного верификационного тестирования оказался положительным, выполнение способа может быть продолжено на этапе 105, на котором проводят дополнительное контрольное тестирование системы, детектирующей переполнение.
RR
Если бы радарный уровнемер 30 работал в своем стандартном режиме, он отследил бы эхо-сигнал 40, поступивший от референтного отражателя, а затем исключил этот сигнал из группы эхо-сигналов, отобранных для рассмотрения в качестве эхо-сигналов от поверхности продукта, из которых на основе комплекта критериев отбора будет выбран искомый эхо-сигнал 41. Однако вместо этого в процедуре, проводимой на этапе 105, после приема команды на проведение контрольного тестирования детектирования переполнения радарный уровнемер 30 настраивают на выдачу, в рамках контрольного тестирования, положения Lреферентного отражателя по высоте в качестве уровня заполнения.
RR
В системе, измеряющей уровень заполнения и использующей выходной токовый контур 4-20 мА для передачи измеренных значений от радарного уровнемера 30 в центр 10 управления, значение уровня заполнения может быть передано в виде уровня тока в интервале 4-20 мА. В вариантах по фиг. 5а-5е положение Lреферентного отражателя по высоте находится вне интервала уровней заполнения, поскольку оно соответствует уровню сигнализации о недопустимо высоком, предельном уровне продукта или расположено выше этого уровня. В зависимости от настройки параметров радарного уровнемера 30 уровень заполнения, отвечающий контрольному тестированию, может быть, таким образом, представлен в виде тревожного тока (например, составляющего 21,75 мА), находящегося вне нормального интервала рабочих токов.
Вместо описанной аналоговой коммуникации или в дополнение к ней многие системы, измеряющие уровень заполнения, используют возможности цифровой коммуникации. В таких системах значение уровня, отвечающего контрольному тестированию, может быть передано в виде цифрового сигнала, представляющего конкретный уровень заполнения и/или обеспечивающего аварийное оповещение.
Независимо от того, какой сигнал подается радарным уровнемером 30, этот сигнал принимается центром 10 управления, где проходит обработку. Поскольку в данном случае для системы, измеряющей уровень заполнения, уровень, отвечающий контрольному тестированию и сообщенный радарным уровнемером 30, соответствует заданной сигнализации о недопустимо высоком, предельном уровне продукта или завышен по отношению к нему, центр 10 управления передаст оператору тревожный сигнал или тревожное сообщение, как это схематично проиллюстрировано на фиг. 5е в виде выведенной на экран картинки-предупреждения 55.
Следует отметить, что этап 105 может быть проведен непосредственно после предшествующих этапов или через некоторое время.
Использование в формуле изобретения термина "содержащий", а также упоминание элементов или этапов в единственном числе не исключают присутствия других элементов или этапов. Сам по себе факт, что конкретные технические параметры встречаются в отличающихся друг от друга зависимых пунктах формулы, не исключает возможности эффективного использования и комбинаций этих параметров.