雷达液位计FMR230、FMR130的使用

1、雷达液位计 惠州油田 MUNIN FPSO By 李全华 雷达测距的原理雷达液位计的简介雷达液位计的安装雷达液位计的调试雷达液位计的诊断雷达液位计雷达液位计第一部分雷达基本工作原理W “Radio Detection And Ranging” 雷达测距包括 单基地雷达，双基地雷单基地雷达，双基地雷达达 和多基地雷达和多基地雷达单基地雷达:发射天线朝一个目标发射电磁波，电磁波发射后返回发射源。安装在发射源处的接收器捕获到反射波，并把它与发射波作比较，确定目标的存在和它到发射源的距离。2RcTR W 使对方很难对其实施攻击。至于接收机，它的配置也十分灵活，地面战斗车辆、前沿阵地、飞机、舰船均可配置

2、 。发射天线Tx接收天线Rx目标RTRRW 脉冲雷达的天线是收发共用的，这需要一个收发转换开关。在发射时，收发开关使天线与发射机接通，并与接收机断开，以免高功率的发射信号进入接收机把高放或混频器烧毁。接收时，天线与接收机接通，并与发射机断开，以免因发射机旁路而使微弱的接收信号受损失。 距离分辨力：距离分辨力：距离分辨力是指同一方向上两个大小相等点目标之间最小可区分距离，它取决于雷达信号波形。 对简单脉冲雷达而言，脉冲越窄，距离分辨力越好。而从信号检测角度讲，希望发射脉冲宽度越宽越好，这样辐射出去的能量越大，目标回波信号越强，越有利于信号检测。显然这是一对不可调和的矛盾，可以采用脉冲压缩信号加以

3、解决。W 雷达的最大单值测距范围由其脉冲重复周期决定，即 当确定了雷达的最大作用距离 后，为保证单值测距，通常选取雷达脉冲重复周期满足下列条件： )(210mintcRrcTR21maxmax2RcTr)(21maxrTcRrTW 式中 为非负整数， 为接收的回波信号与最邻近发射脉冲间的延迟。 如果雷达重复频率选得过高(如在脉冲多普勒雷达中为了保证无测速模糊)，测距有可能出现多值性。此时无模糊测距、无模糊测速又成为一对矛盾此时无模糊测距、无模糊测速又成为一对矛盾(MTI 、PD雷达各有侧重点)。 )(21RrtmTcRrRTtt0W 多种脉冲重复频率法多种脉冲重复频率法舍脉冲法舍脉冲法W ）脉

4、冲式（脉冲式（Pulse）Nivelco E+H FMR230 W 发射接受 线性变化的高频信号（10GHz），通过计算信号发出与回波接收的频率差测量距离。功耗大，须采用四线制，电子电路复杂 W DC供电，容易实现本质安全，精确度高，适用范围更广。 W 电磁脉冲以光速沿钢缆或探棒传播，当遇到被测介质表面时，雷达液位计的部分脉冲被反射形成回波并沿相同路径返回到脉冲发射装置，发射装置与被测介质表面的 距离同脉冲在其间的传播时间成正比，经计算得出液位高度。 W 时的角度微波也可以散射到波束外部并被干扰源所反射W 无可动部件，不存在机械磨损，使用寿命长。(2) 雷达不需要传输媒介，具有不受大气、蒸气、

5、槽内挥发雾影响。(3) 雷达液位计几乎能用于所有液体的液位测量。 (4)采用非接触式测量，不受槽内液体的密度、浓度等物理特性的影响。(5)测量范围大，最大的测量范围可达035m，可用于高温、高压的液位测量。(6)天线等关键部件采用高质量的材料，抗腐蚀能力强，能适应腐蚀性很强的环境。(7)功能丰富，具有虚假波的抑制功能。输入液面的实际液位，软件能自动地标识出液面到天线的虚假回波，排除这些波的干扰。 (8)参数设定方便，可用液位计上的简易操作模块进行设定，也可用HART协议的手操器或通讯到 PC机进行设定W 而其最大辐射脉冲能量为1mW ，平均功率输出1W 。对人类及动物完全无害，而且测量不受介质

6、改变、温度变化、气层或蒸汽的影响W 、两线制技术适用于防爆场合W PA及基金会现场总线(FF)通信方式可以通过以下方式通讯操作该设备FXA191/195转换成RS232链接笔记本FXA291 转换成RS232链接笔记本通过HART手操器组态液位计通过液位计自带的VU331面板组态W FMR230/FMR231 - - - 20m FMR240/241 - - - - 40m FMR240/241 - - - - 70m FMR250 - - - - - - 70m这里的测量范围只是该型号的具备的最大测量范围，根据被测液体的介电常数的不同，同一型号的液位计也具有不同的最大测量范围。W 石油，凝析

7、油都属于B类，生产水属于D类。对于雷达液位计来说，被测介质的介电常数越小，测量的最大距离就越小。W 测量距离10M 误差为满量程的+/-0.1%W 雷达液位计雷达液位计FMR 230投投运流程运流程 安装安装-接线接线-投运投运- 设定设定-诊断调试诊断调试-运行运行W 喇叭天线内部安装是最常用的一种安装方式。主要影响的因喇叭天线内部安装是最常用的一种安装方式。主要影响的因素是安装的位置和方向。素是安装的位置和方向。W 出接管标记应位于法兰的两个螺栓孔的正中间杆式天线必须调整至垂直W well）就是连接天线的一根套管，可以减少雷达波强度的衰减。提高测量的精度和距离。W 下面就以FMR230为例

8、子，说明雷达液位计的安装方法和注意事项。1. 不要安装在罐子的正中央，因为产生干扰回波太强会导致不要安装在罐子的正中央，因为产生干扰回波太强会导致信号丢失。信号丢失。*推荐安装位置。推荐安装位置。罐壁至安装短管外壁的距离约罐壁至安装短管外壁的距离约为罐体直径的为罐体直径的1/6（最小（最小30cm）W 对称装置如加热线圈、挡板造成多次反射形成干扰回波。W 时的角度。时的角度。微波也可以散射到波束外部并被干扰源所反射，所以波束角越小，产生的干扰回波也越小W x ia 外壳，带有附加的端子腔室，电源必须为本安外壳，带有附加的端子腔室，电源必须为本安*电源必须与铭牌数据(1)一致*在连接设备前必须切

9、断电源W EEx e或或 EEx dW 安装完成之后就要对雷达液位计进行设置，雷达液位计的功能很强大，可以适应很多复杂的工况，可以利用自身的处理系统对干扰进行分析和排除。设置就变的很重要，这也是使用雷达式液位计的最为重要的地方。 现在在MUNIN FPSO上用的有FMR130和FMR230两种，后者是前者的升级版，FMR130是采用的四线制，单独供电，体积较大，操作菜单为EH矩阵式。FMR230采用两线制，节省了布线成本，增加了UV331回波曲线和抑制曲线的现场显示功能，使得可以更加方便的在现场进行调试；菜单为分级式FMR130FMR230W PROFIBUS PA， FF等等。可以用笔记本和

10、UV331对雷达液位计进行组态设置这里着重讲下用UV331进行设置的过程。这种方法方便，直观，而且说明说也主要是针对它来讲的。笔记本来设置能得到比较好的回波曲线图，主要用于细致的调试。在上电之前先介绍一下操作单元UV331的基本信息W “+” “E”三个键和一个显示屏组成。操作方法：操作方法：E键：在功能组中向右移动，确认键键：在选择列表中向上移动，数值减+键：在选择列表中向上移动，数值加键 and +键 ：返回上一级菜单E键盘 and +键 and 键 ：硬件锁定/解锁E键 and +键：LCD对比度+E键 and 键 ：LCD对比度-W PROFIBUS PA及基金会现场总线传输数据时显示

11、该符号仿真开关接通，通过DIP开关启动基金会现场总线仿真功能时，显示该符号W 选择完了之后就会出现读数，这个读数只是在出厂设置下对罐体的液位的反应。当然这个液位是不真实的。还需进行进一步设置W setup00safety settings 01Linearisation 04extended calibr. 05Display 09envelope curve 0EOutput06Diagnostics 0Asystem parameters 0Cservice D00W ：空罐高度F ：满灌高度D：参考点到被测液面的距离,也就是雷达液位计直接所测量的值L ：L= F-D 转换过后的液位高度

12、* 这里需要设置的参数都是以法兰面为测量参考点*W shape 在这个菜单下面有一下几个选项，根据实际的罐体形状进行选择 dome ceiling horizontal cyl bypass stilling well flat ceiling sphereW property这个菜单是用来选择被测液体的属性的，也就是介质的介电这个菜单是用来选择被测液体的属性的，也就是介质的介电常数，在这里根据介电常数由小到大分成了常数，在这里根据介电常数由小到大分成了ABCD和和unknown五类五类 unknownA 10介质类型介电常数A1.4.1.9非导电液体如液化气B1.9.4非导电液体如苯石油石油

13、甲苯C4.10浓缩的酸有机溶剂酯苯胺酒精丙酮等等D10导电液体如水溶液稀释的酸碱W condition这个菜单选择工况，有6个选项，根据实际情况选择 standard calm surface turb. surface add. agitator fast change test:no filtercalm surface平静液面turb. surface波动液面add. agitator增加了搅拌器fast change液面快速变化以上图示的4个选项中都没有找到合适的就选择 standard吧Test no filter是用在诊断或者调试的时候，把所有的滤波器都关掉，在实际运行中不中这个选

14、项W 005=E空罐高度：从液位计法兰面到罐子底部（也可以在底部靠上，以不高出底部30cm为宜） 在空罐标定，也叫空罐校验，必须在罐体液位为零的时候进行，在输入这个E值时，雷达液位计的处理器会记录控告高度，和空罐时候的回波曲线。即这个时候在底部以上出现的强回波都会被记录并当做是虚假回波。W 006=F满罐高度：从刚才空罐校验中定义的零点，到液位的满量程。理论上F可以达到最大值，F=E-天线长度，但是考虑到腐蚀及粘附的影响，测量范围的终值应距离天线的尖端至少50mmW diameter如果在002=tank shape中选择了stilling well 或者bypass ，则需要在007中输入导

15、波管的内直径。微波在管内比在开放空间内传播得慢，这种影响取决于管的内径并由Micropilot.自动计算。只有在使用旁通管或导波管时才需要输入管直径W measure valueD ：雷达液位计测得从液位计法兰面到液面的距离：雷达液位计测得从液位计法兰面到液面的距离L :根据前面所测得的根据前面所测得的D，通过空罐校验中设置的，通过空罐校验中设置的E计算出来计算出来的液位高度的液位高度 完成前面这些基本设置之后，就可以在008中看到测量出的D值。再对比实际的高度，做回波学习抑制*所谓抑制就是虑掉干扰回波*W D和L都和实际值一致。2. D正确，但L不正确。3. D不准确，L也不准确。W ：D和

16、和L都和实际值一致都和实际值一致这种情况下，说明雷达液位计探测到的液面的距离是准确的；而L也和实际液位一致，则说明空罐标定和满罐标定都是对的。没有出现较大的干扰回波（即液位的回波信号比其他的干扰波信号要大）。但为了测量更加的稳定，依然建议做回波一致。进入到下一菜单进入到下一菜单051 check distance因为因为D和实际值一致，所以在这个选项中选择和实际值一致，所以在这个选项中选择Distance=OK 进入以下菜单进入以下菜单052 range of mapping 接受052中给出的推荐的抑制范围 进入下一菜单进入下一菜单053 start mapping选择 on 然后回到然后回

17、到008查看距离，回到前面的步骤，直到查看距离，回到前面的步骤，直到D=实际距离实际距离W ： D正确，但正确，但L不正确不正确这种情况，说明雷达液位计探测到从法兰面到液面的距离这种情况，说明雷达液位计探测到从法兰面到液面的距离是正确的，没有明显的干扰回波。而是正确的，没有明显的干扰回波。而L和实际值不一致，和实际值不一致，根据根据L=F-D 可得出，满罐标定有问题。需要检查可得出，满罐标定有问题。需要检查E和和F值值是否准确。重新做空罐标定和满罐标定。是否准确。重新做空罐标定和满罐标定。然后再从然后再从008查看结果，然后回到前面的步骤进行查看结果，然后回到前面的步骤进行W D不正确，不正确

18、，L也不正确也不正确 由于D是直接测量值，所以从D测不准开始分析D测不准有以下两种情况：测不准有以下两种情况： 1）所测得D 实际距离 2）所测得D 实际距离进入到下一级菜单进入到下一级菜单051 check distance 如果是第1中情况，在选项中选择 distance too big 如果是第2中情况，在选项中选择dist. too small进入下一级菜单进入下一级菜单052 range of mapping 根据给出的抑制范围按E进入下一级菜单进入下一级菜单053 start mapping 选择on 然后回到然后回到008查距离，重复前面的步骤，直到查距离，重复前面的步骤，直到D

19、=实际距离实际距离W unknown，manual。如果选在distance unknown的话则不进行抑制，如果选择manual 的话，则可以在052中手动选择抑制范围进行手动抑制。但要注意是抑制范围是从法兰面开始，必须在液面前0.5M结束。例如，对于空罐时，抑制范围不能是E，而是E-0.5 或者更小。W pres map. distance 可以查看上一次做的抑制所在位置* *在055 cust. tank map 中可以选择active 使用所做的抑制，或者inactive 不使用所做的抑制，或者reset 删除掉之前所做的抑制* W echo quality 中可以查看液位回波质量*在

20、057 offset 中可以设置一个偏移量，这个偏移量会加上测量值L，最后得出一个液位的计算值 * *在058 output damping中输入一个时间，最大可为60S，作为液位计算的输出阻尼* W envelope curve查看包络线，查看包络线，对测量进行评估。对测量进行评估。有以下三种包络线的显示方式： envelope curve env.curve+FAC env.curve+cust.mapW curve 包络线包络线包络线：将接收的高频雷达波的峰值连起来形成的一根曲线。它包含了液位的回波，罐体的、安装设备的固定干扰回波。W 在包络线上面那条就是在053中做的而抑制后的抑制曲线

21、（cust.map）。只有一些重要的、明显的干扰回波会被评估。这种抑制在液位越低的地方做，效果越好。因为这样能记录绝大数的干扰回波。W ：Floating Average Curve 浮动平均曲线，是一个对回波幅值去平均的一条曲线，有点像股票里面的10日均线。它根据回波信号而自动改变。只能覆盖较小的干扰回波，幅值离FAC曲线偏离最远的回波会被采纳，被当做是液位回波，造成虚假液位W Tool用笔记本查看包络线，会得到用笔记本查看包络线，会得到更加精细的曲线，也更有利于分析更加精细的曲线，也更有利于分析W value incorrect （00）显示液位测量值不正确显示液位测量值不正确解决方案解决

22、方案W 10天线延伸管天线延伸管确认确认007中直径输入是否正确中直径输入是否正确确认确认057偏移量偏移量设置是否正确设置是否正确否否是是是是可能是有较大的干扰回波被采纳可能是有较大的干扰回波被采纳否否做干扰抑制图做干扰抑制图05基本设定基本设定W setup 基本设定基本设定W 原因：信号被不稳定的页面削弱了，而干扰回波有时变的比原因：信号被不稳定的页面削弱了，而干扰回波有时变的比较强，这就造成了测量值的突然跳跃较强，这就造成了测量值的突然跳跃1.做干扰抑制图-基本标定 过滤掉干扰波2.将过程条件(004)设置为turb. Surface（不平静表面）或agitator（搅拌器） 改成适合

23、现场情况的工况选项，这样才能对应正确的算法3.增加输出阻尼(058)在一个4.优化安装方向 雷达波发射呈现出一个截面为椭圆的锥状体，调整安装方向可以改变雷达波的分布5.若有必要选择更好的安装位置和/或更大的天线W 因为雷达液位计算法与罐体的形状有关系。2.在blocking dist.盲区(059)范围内无回波 在设定的盲区内，所有的在该区间内的回波都被过滤掉了，所以要确定是否这个值设置的太大，延伸到F以内了。根据情况调整该值3.若有可能不要在罐的中心位置安装 安装在罐体的中心容易产生多重回波4.使用导波管 使用导波管可以有效的引导雷达波的传输，并最大化的减少干扰波的产生。W 641 (los

24、s of echo) 失波 接收到的液位回波信号太弱，导致无法识别液位在哪儿。导致液位回波太弱的可能原因：1.加注/drain空时导致液面不平稳2.搅拌器3.泡沫W (003)及(004)2.优化安装方向3.若有必要选择更好的安装位置和/或更大的天线如果是在上电后失波，则可能由于在初始化的时候噪音太大了，造成初始化不准确。 措施：重新做空罐校验 W .UV331选择到0E选择envelop curve，借助包络线进行优化3 .打开法兰4 .朝一个方向转动法兰一个孔位，注意查看回波质量5 .继续旋转直到转动一圈为止，看处在哪一个位置的时候回波质量最好，干扰回波最小。6.在最优位置固定好法兰或拧紧

25、螺纹若有必要更换密封圈7. 做干扰抑制图W 20%80% ），转换成），转换成4mA20mA电流送电流送到到DCS。电流输出模式 063 curr.output mode 这里有三个选项 1.standard 2.curr.turn down 3. fixed current （固定值不变）1.Standard液位计默认量程0%-100%对应输出电流4mA20mA2.curr.turn down 量程的一部分转化为4mA20mA送出去。在068中设置4mA对应的液位值XX%,在069中设置对应的20mA的液位值XX%W downfixed currentW setting 中就可以实现这些中就

26、可以实现这些功能，它下面功能，它下面9个子菜单个子菜单010 output on alarm011 output on alarm012 outp. echo loss013 ramp %span/min014 delay time015 safety distance016 in safety dist. 017 ackn. alarm018 overspill prot.W output on alarm液位计出现报警时，输出选择 1.MIN (= 3.6mA)报警时输出跳到最小电流值，DCS出现open circuit 2.MAX (22mA)报警时输出跳到最大时，22mA，DCS出现s

27、hort circuit 3.hold报警时输出保持当前值不变 4.user specific报警时输出一个用户设定值（hart only）W echo loss 012液位计检测不到液位回波时的输出选择，无论选择那一项，在输出变化之前都会有一个延时。在delay time期间输出值保持不变 1.alarm失波时经过delay time后出现报警，输出同前面讲的010 output on alarm 设置的一样 2.hold失波时保持当前值不变 3.ramp %/min失波时经过delay time后以一定的速率递增到最大值或者递减最小值。W time在014中选择这个变化速率，如下图所示W

28、distance 015 当液位达到这个设定的safety distance 时，出现报警或者警告。如果要设置059 blocking distance（盲区），在这之前就要先设置safety distanceW safety dist. (016) 液位上升到安全距离时的动作液位上升到安全距离时的动作 1.alarm 液位上升到safety distance时，出现E651报警，报警期间输出同output on alarm报警时的输出一致，液位降下来时，报警消除，继续测量、输出. 2.warning 液位上升到safety distance时，出现E651报警，但测量会继续，输出也继续。当液位重新低于安全距离时，警报解除 3.self holding 液位上升到safety distance时，出现E651报警，同时切换到output on alarm 010，按010中的设置的输出，或3.8mA，或22mA，或不变，直到在017 ackn. alarm中reset报警，才会重新测量输出W 1.level CU 2.level DU 3.ullage CU 4.ullage DU CU：customer unit 用户可以