CN2529216Y

CN2529216Y - 雷达液/料位实时测控装置

Info

Publication number: CN2529216Y
Application number: CN 01231077
Authority: CN
Inventors: 刘凤仪
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-07-27
Filing date: 2001-07-27
Publication date: 2003-01-01
Anticipated expiration: 2011-07-27

Abstract

本实用新型涉及一种雷达液料位实时测控装置，属于自动化控制技术领域，包括实时测控装置的“传感器”(即雷达)、实时测控装置的命令执行部件、主控台三部分。本实用新型是一个测控网络，3－32个传感器/网络。传感器与罐区原有的工装设备配套，数据处理采用“小波”技术，主控台采用“主机查询，子机中断”的方式，传感器随时把罐内的参数样本文件远距离通讯发回主控台。应用雷达精密测距技术，采取无接触测量的方式进行液/料位的实时监测，并与罐区原有的工装设备配套，解决石化行业连续生产的过程中，由于石油加工工艺的非线性、大滞后、多变量、不确定性等给测控带来的技术难题。

Description

雷达液/料位实时测控装置

技术领域：

本实用新型涉及石化行业的一种在线测控装置，其集计算机、微波、通讯、自控技术于一体，属于自动化控制技术领域。

技术背景：

在石油化工的生产过程中，由于其工艺非线性、大滞后、多变量、不确定性等给测量、控制带来了许多难以解决的技术问题。这些难点主要表现在准确计量和过程控制问题。不能准确计量的问题成为石化行业一些重大事故的直接原因。在石化行业特定的条件下，液/料位测量方法和测量精度是一个亟待解决的问题，因为这是在连续化生产中保证工艺衔接和预测事故可能性的重要手段。

在石化行业现代化的大生产中对液/料位的测量一是要求在线无接触测量，二是精度要达到毫米量级。通过联机检索，对数据的处理方法一般采用傅立叶分析的方法，该方法的缺点是只能获得在整个时域内的频谱信号，而难以获得信号的局部特性，虽然工程上可通过采用快速傅立叶变换(FFT)在一定程度上弥补这一不足，但如要达到一定精度，则必须通过增大采样点数来实现。在装置应用傅立叶分析技术时有两种方案可增加采样点数，一是增大A/D采样速率，但这无疑会增加设备的成本；二是延长读取数据的时间。本装置如果采取后者方案，即在有效数据不连续、分段读取数据时，就出现了在解决了傅立叶分析误差的同时，增加了新的装置误差的现象，使装置难以实现毫米级的测量精度。例如：中国专利授权公告号2294462(雷达液位计)。

发明内容：

本实用新型雷达液/料位实时测控装置所要解决的技术问题：

1、实现石化行业可靠的在线实时测量；

2、解决石化行业实时无接触计量的难题；

3、解决石化行业连续化生产中压力容器的安全性问题；

4、改善操作人员的工作条件，降低或避免石化行业生产过程中由于测量不准确导致的生产事故，确保人身安全。

工作原理：馈源采用X波段(cm波)压控振荡器(1)，采用线性调频的方式向运动着的液/料面(7)发出连续调制波。调制波形是一个三角波，同时以压控振荡器的振荡源作为“本振信号”，其与接收来的回波信号在混频器(4)中以逆序下变频的方式进行差频，得到的差频信号就是与距离相对应的频率数。然后采用数字信号处理技术(即DSP)信号的处理采用“小波”技术，把差频后的频率信号进行处理换算成数字信号和模拟信号。

解决问题的技术方案：

雷达液/料位实时测控装置，它包括天线(6)、信号传输电缆(18)、主控台(22)、防爆接线盒(23)、传感器(24)和储存罐(25)，其特征在于该装置包括三个主要部分：

A、实时测控部件：传感器(24)，即雷达；

B、命令执行部件(19)

C、主控台(22)

储存罐(25)通过防爆接线盒(23)与传感器(24)相连；传感器(24)由信号传输电缆(18)，经防爆控制板(20)，多通道转换板(21)，到达主控台(22)；命令执行部件(19)通过防爆控制板(20)和多通道转换板(21)执行主控台(22)的命令。

A、实时测控部件：传感器(24)，馈源采用cm波(即X波段)的压控振荡器(1)；调制部分采用三角波发生器(2)；压控振荡器(1)的输出一路到达功率放大器(3)一路作为“本振信号”到达混频器(4)；功放后的受调信号经环流器(5)到达收发共用的天线(6)；遇到“靶面”(7)反射回来的信号经天线(6)到达混频器(4)与“本振信号”差频，方式是逆序下变频；混频后的信号经输入滤波器(8)到达中频放大器(9)；放大后的信号经输出滤波器(10)到达DSP处理器(11)；经DSP处理后的信号送给单片机(12)；单片机与如下部件相连：

a、与主控台通讯，接具有防雷击装置的通讯接口(16)；

b、现场数字信号参数显示(14)；

c、用以驱动模拟仪表(15)的数/模转换；

传感器(24)的机壳壳体是防爆机壳、机壳内具有恒温装置、DC/DC转换装置(13)，其信号输出是通过具有防爆控制板(20)最大长度为1200米的5-7芯信号传输电缆(18)，储存罐(25)通过防爆接线盒(23)与传感器(24)，形成一个闭环控制网络，在传感器向主控台发送液/料位数据样本文件时，一并发回罐区原有的传感器测得的数据样本文件，通过现场显示仪表(14)，显示液/料位、压力、温度、湿度、流量5种参数。

B、命令执行部件(19)包括罐区出、入口阀门，压力缓冲调节器，罐区控制部件N和工装设备P与传感器序号一一对应，设计3-32个传感器/网络。

C、主控台(22)发出的指令：

a、向传感器(24)发出实时测控指令，

b、向决策办公室提供数据信息，

c、“记忆”工作人员误操作的全部过程，

d、现场“纠错”处理都经防爆控制板(20)多通道转换板(21)，再通过信号传输电缆(18)发送到传感器(24)，传感器(24)返回样本文件的传输顺序与上述相反。

本实用新型的有益效果：

I、实现了在测量的同时对网络进行实时控制。本实用新型把雷达精密测距技术应用到了石化行业的生产中，把测量和过程控制有效地结合起来，保证了生产的安全性，提高了劳动生产率；

II、本实用新型摈弃了传统的傅立叶分析方法，采用了应用在时域和频域均具有优越性的“小波”分析理论软件包处理测试数据，进行精度测量，使作为控制网络装置的传感器——雷达的性能得到了最大限度的应用，从而为自动化网络精确控制提供了保证。

III、针对石化行业的实际状况，本实用新型在保证高精度测量指标的同时，在传感器的安装中，摈弃了传统使用的与罐高等同的“导波管”，使传感器的安装不仅适用于新建罐，同时也使“在线运行罐”的改造成为可能。

附图说明：

图1：雷达液/料位实时测控装置中传感器的方框原理图；

图2：雷达液/料位实时测控装置方框原理图；

图3：拱顶罐结构安装示意图；

图4：浮顶罐结构安装示意图；

图5：带压力球型罐结构安装示意图；

图6：高温罐或在发射电磁波束轴线有障碍物的结构安装示意图。

图中：微波压控振荡器(1)、三角波发生器(2)、微波功率放大器(3)、混频器(4)、环流器(5)、天线(6)、靶面(7)、输入滤波器(8)、射频放大器(9)、输出滤波器(10)、DSP数字信号处理器(11)、单片机(12)、防爆机壳(13)、现场显示(14)、D/A数模转换器(15)，防雷击通讯接口(16)、驱动模拟仪表(17)、信号传输电缆(18)、命令执行部件(19)、防爆控制板(20)、多通道转换板(21)、主控台(22)、工装设备P和罐区控制部件N(23)、传感器(24)、储存罐(25)。

具体实施方式：本实用新型应用到石化行业涉及到防爆技术。

本实用新型依据中华人民共和国国家标准《爆炸性环境用防爆电器设备通用要求》GB3836.1-83；《爆炸性环境用防爆电器设备隔爆型电器设备“d”》GB3836.2-83的有关规定设计。

详见附图1至图6，具体实施方式和工作过程：由主控台[22]在对被控罐的液位/温度/压力高低限、所控罐数、防误操作的密码、罐“死区”进行设定。

采用主控台[22]“查询”、传感器[24]“中断”的方式，主控台[22]对现场传感器[24]网络实行群控。

当达到了预定的液位/温度/压力高低限时主控台对所控制的罐采取相应措施。

主控台[22]与决策办公室进行通讯，为决策办公室实时打印流入/流出及罐容报表。建立操作者操作过程的技术档案。

主控台[22]依次向网络群中的传感器[24]发出以“中断”信号为形式的搜索命令，然后等待接收传感器[24]信号。

如果主控台[22]搜索不到网络群中的传感器[24]的回波信号或数据位的末位不是通讯协议的事先约定，主控台[22]“断开”以并联形式存在的有问题的传感器[24]支路并启动故障报警。向有问题传感器[24]支路连续发3次‘中断’命令用以判断该传感器[24]是否工作正常，如不正常则立即指令关入口电磁阀门[19]。

主控台[22]“查询”工艺程序，把工艺程序与现场操作人员的操作过程相比较，用以判断现场操作人员有无误操作，如有则进入RAM锁定状态，按照工艺程序计算机做出修正处理。

主控台[22]“判断”是否设备故障，如是则立即使设备进入“休眠”状态(所有阀门全部关闭)并启动“通讯”程序请示决策办公室。

如果工作正常主控台[22]在接收到传感器[24]信号后即发下一个地址指令。

作为雷达液料位实时测控装置的传感器[24]，对罐内的液位实时检测。

采集罐区原有的工装设备(例如温度/压力/湿度等传感器)的数据，以10次/s的速率随时把罐内的液位、液温、压力显示[14]给在现场的工作人员并随时等待主控台[22]的命令以便向主控台[22]发回样本文件

本实用新型还可以广泛应用在以下技术领域：

a、国防武备装置行走机械；

b、船舶进港自身定位；

c、飞行器着陆前平飞高度的测量；

d、高速公路车辆管理。

Claims

1、雷达液/料位实时测控装置，它包括天线(6)、信号传输电缆(18)、主控台(22)、防爆接线盒(23)、传感器(24)和储存罐(25)，其特征在于该系统包括三个主要部分：

A、实时测控部件：传感器(24)，即雷达；

B、命令执行部件(19)

C、主控台(22)

2、按照权利要求1所述的雷达液/料位实时测控装置，其特征在于A实时测控部件：传感器(24)，馈源采用cm波(即X波段)的压控振荡器(1)；调制部分采用三角波发生器(2)；压控振荡器(1)的输出一路到达功率放大器(3)，一路作为“本振信号”到达混频器(4)；功放后的受调信号经环流器(5)到达收发共用的天线(6)；遇到“靶面”(7)反射回来的信号经天线(6)到达混频器(4)与“本振信号”差频，方式是逆序下变频；混频后的信号经输入滤波器(8)到达中频放大器(9)；放大后的信号经输出滤波器(10)到达DSP处理器(11)；经DSP处理后的信号送给单片机(12)；单片机与如下部件相连：

a、与主控台通讯，连接具有防雷击装置的通讯接口(16)；

b、现场数字信号参数显示(14)；

c、用以驱动模拟仪表(15)的数/模转换；

3、按照权利要求1或2所述的实时测控装置，其特征在于传感器(24)的机壳壳体是防爆机壳、机壳内具有恒温装置、DC/DC转换装置(13)，其信号输出是通过具有防爆控制板(20)最大长度为1200米的5-7芯信号传输电缆(18)，储存罐(25)通过防爆接线盒(23)与传感器(24)，形成一个闭环控制网络，在传感器向主控台发送液/料位数据样本文件时，一并发回罐区原有的传感器测得的数据样本文件，通过现场显示仪表(14)，显示液/料位、压力、温度、湿度、流量5种参数。

4、按着权利要求1所述的雷达液/料位实时测控装置，其特征在于B命令执行部件(19)包括罐区出、入口阀门，压力缓冲调节器，罐区控制部件N和工装设备P与传感器序号一一对应，设计3-32个传感器/网络。