雷達(dá)液位計(jì)在番茄加工水力輸送系統(tǒng)的應(yīng)用

李 鵬，劉中海，肖 莉，張國玉，辛紅彬，楊傳甲

（1.新疆冠農(nóng)果茸股份有限公司，新疆維吾爾自治區(qū) 庫爾勒 841000；2.新疆冠農(nóng)番茄制品有限公司，新疆維吾爾自治區(qū) 庫爾勒 841000）

長期以來，在番茄醬的水力流送工藝中，水力輸送系統(tǒng)物位的高低完全依靠人工觀察，受人員因素影響，可靠性低，無法做到實(shí)時(shí)跟蹤，易出現(xiàn)水處理系統(tǒng)溢料、跑料，造成原料和資源的浪費(fèi)、生產(chǎn)環(huán)境污染，增加了生產(chǎn)成本。結(jié)合生產(chǎn)情況，選用合適的測量儀表替代人工觀察，可以提高生產(chǎn)的可靠性和連續(xù)性，降低生產(chǎn)的勞動強(qiáng)度。非接觸液位檢測是目前連續(xù)液位檢測最有潛力的產(chǎn)品，對比其他方法，該項(xiàng)技術(shù)顯示出最大的增長比例及技術(shù)優(yōu)勢。文章中選用德國E+H品牌FMR10系列雷達(dá)液位計(jì)進(jìn)行連續(xù)非接觸式物位測量，具有低維護(hù)、高性能、高精度、高可靠性、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。

1 FMR10雷達(dá)液位計(jì)

FMR10是基于行程時(shí)間原理（ToF）工作的“俯視式”測量系統(tǒng)，見圖1。天線發(fā)射雷達(dá)脈沖信號，信號在介質(zhì)表面發(fā)生發(fā)射，反射信號又被儀表接收，測量參考點(diǎn)（過程連接）至介質(zhì)表面間的距離。

圖1 工作原理示意圖Fig.1 The schematic diagram of working principle

2 FMR10雷達(dá)物位計(jì)在水力流送系統(tǒng)中的應(yīng)用

液位測量計(jì)在化工生產(chǎn)中使用較為廣泛，常見的有就地指示液位計(jì)，如磁翻板液位計(jì)、玻璃管液位計(jì)、遠(yuǎn)傳式液位計(jì)，如浮筒式液位計(jì)、靜壓式液位計(jì)、雷達(dá)式液位計(jì)、超聲波式液位計(jì)等。在番茄加工水力流送系統(tǒng)中，最常見的浮球式液位計(jì)，僅用于水池高低液位報(bào)警和離心泵的啟停，可靠性低，故障率較高。在番茄加工水力流送系統(tǒng)中，水和物料混合在流送槽內(nèi)流動，摻雜有泥沙和番茄秧，情況較復(fù)雜，就地指示液位計(jì)、浮筒式液位計(jì)和靜壓式液位計(jì)在此不適用，需要一款測量精度高、非接觸式的液位計(jì)。常用的非接觸式液位計(jì)有雷達(dá)式液位計(jì)和超聲波式液位計(jì)，超聲波是機(jī)械波，其傳播速度與傳播媒介的狀態(tài)密切相關(guān)，故受影響的條件（溫度、壓力等）較多；而雷達(dá)液位計(jì)發(fā)射的是電磁波，波速與環(huán)境溫度、煙霧、壓力等沒有關(guān)系。因此，引入FMR10雷達(dá)液位計(jì)，進(jìn)行番茄水力流送系統(tǒng)的連續(xù)非接觸式物位測量。FMR10雷達(dá)液位計(jì)為非接觸式、可連續(xù)測量的測量儀表，精度等級高，測量精度誤差范圍±5 mm，測量范圍較大，最大測距可達(dá)8 m。

在番茄水力輸送系統(tǒng)中可將該傳感器用于流送槽液位的測量，流送槽深度為1 000 mm，當(dāng)料位達(dá)到980 mm時(shí)關(guān)閉進(jìn)水閥門和放料閥。放料調(diào)節(jié)閥由流送槽料位信號PID連鎖控制，在PLC系統(tǒng)中將流送槽目標(biāo)值設(shè)定為960 mm，當(dāng)料位低于960 mm時(shí)打開放料閥，確保流送槽內(nèi)水和物料的平衡，使生產(chǎn)連續(xù)平穩(wěn)運(yùn)行。該傳感器還可用于水池液位測量，水池深度4 m，正常情況下有1臺三級水泵始終啟動（A/B/C3臺泵可自由切換），當(dāng)液位達(dá)到3 200 mm時(shí)啟動備用B泵，當(dāng)液位升高至3 600 mm時(shí)啟動備用C泵，當(dāng)液位降低至1 000 mm時(shí)停止備用B泵和C泵，當(dāng)液位降低至500 mm時(shí)停止所有水泵。

3 計(jì)水力流送系統(tǒng)中FMR10雷達(dá)物位的特點(diǎn)

測量精度高，測量范圍較大，不受介質(zhì)影響；整體PVDF材質(zhì)的外殼可以在戶外安裝使用，密封接線和整體封裝電子部件完全防水；具備藍(lán)牙功能，通過手機(jī)app即可完成調(diào)試校準(zhǔn)，方便快捷；操作簡單，簡單設(shè)置3個(gè)主要參數(shù)即可滿足大多數(shù)應(yīng)用要求。

4 FMR10雷達(dá)物位計(jì)在水力流送系統(tǒng)中的調(diào)校

（1）可通過smartblue藍(lán)牙連接后確認(rèn)設(shè)備信息，如狀態(tài)信號、輸出電流、物位、距離等，見圖2。

圖2 設(shè)備信息界面 Fig.2 Theequipment information interface

（2）基本設(shè)置。可更改設(shè)備位號、距離單位，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行空標(biāo)和滿標(biāo)設(shè)置，見圖3。

圖3 基本設(shè)置界面 Fig.3 The basic setting interface

（3）高級設(shè)置。①可設(shè)置評估靈敏度，一般選擇高電平（小的液位信號和干擾都能很好的被識別）；②可設(shè)置速度變化，根據(jù)被測物位的期望選擇進(jìn)料或出料速度，如對液位控制要求較高，一般選擇快速＞1m（40 in）/min，會實(shí)時(shí)跟蹤，液位刷新頻率0.5 s；如需通過液位控制電機(jī)的頻率，一般選擇標(biāo)準(zhǔn)＜1 m（40 in）/min，液位刷新頻率2 s，對電機(jī)起到保護(hù)作用。③可設(shè)置輸出模式，如需顯示罐體或者料倉剩余的空間，選擇空高模式；如要顯示當(dāng)前的實(shí)際液位，選擇物位（線性化值）模式，一般常用選擇物位（線性化值）模式。見如圖4。

圖4 高級設(shè)置界面Fig.4 Theadvanced setting interface

5 FMR10雷達(dá)物位計(jì)安裝及注意事項(xiàng)

安裝方式如圖5。

圖5 雷達(dá)液位計(jì)安裝方式Fig.5 The installation modeof radar level gauge

注意事項(xiàng)：①測量水力流送系統(tǒng)液面與液位計(jì)探頭要保持垂直；②安裝應(yīng)高于水力流送槽壁400 mm，最佳位置是流送槽正中間，可避免流送槽壁對雷達(dá)波的干擾；③液位計(jì)不能安裝在出料口上方，盡可能減少因漩渦和氣泡造成雷達(dá)波回傳衰減，液位測量不準(zhǔn)確；④儀表在戶外安裝使用時(shí)，建議安裝防護(hù)罩，避免陽光直射，在炎熱氣候的地區(qū)要特別注意。

6 FMR10雷達(dá)物位計(jì)常見問題處理及日常維護(hù)

FMR10雷達(dá)物位計(jì)在應(yīng)用過程中，也會出現(xiàn)一些問題，如測量值躍變、測量值無變化、輸出超量程等。現(xiàn)將易出現(xiàn)的故障列舉如下:

①測量值在一定區(qū)間內(nèi)來回躍變。應(yīng)排查是否被測液面不穩(wěn)定，或雷達(dá)液位計(jì)探頭上有異物附著，如水珠，會使測量結(jié)果出現(xiàn)波動；②測量值無變化。雷達(dá)波回傳距離一致，應(yīng)檢查液位計(jì)探頭下方有無遮擋物；③輸出超量程。出現(xiàn)此類情況可能是雷達(dá)液位計(jì)探頭與液面不垂直；液面有擾動，或有泡沫；雷達(dá)探頭上異物附著，需調(diào)整探頭方向、清洗探頭等。

FMR10雷達(dá)物位計(jì)主要由電子元件和探頭構(gòu)成，一體式構(gòu)造，在使用中極少發(fā)生故障。使用中偶爾會遇到探頭有黏著物，只要定期檢查和清理，且清理時(shí)忌用硬度過大或含油污的布擦拭，以免造成探頭損傷或失波。

7 結(jié)語

FMR10雷達(dá)物位計(jì)的應(yīng)用，解決了多年來番茄醬生產(chǎn)水力輸送系統(tǒng)物料平衡控制的難題，使生產(chǎn)連續(xù)平穩(wěn)，提高生產(chǎn)效率，效果顯著，且質(zhì)量可靠，維護(hù)少，可廣泛用于番茄加工水力輸送系統(tǒng)中的液位測量。