專利名稱：雷達液/料位實時測控裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及石化行業(yè)的一種在線測控裝置，其集計算機、微波、通訊、自控技術于一體，屬于自動化控制技術領域。
技術背景在石油化工的生產(chǎn)過程中，由于其工藝非線性、大滯后、多變量、不確定性等給測量、控制帶來了許多難以解決的技術問題。這些難點主要表現(xiàn)在準確計量和過程控制問題。不能準確計量的問題成為石化行業(yè)一些重大事故的直接原因。在石化行業(yè)特定的條件下，液/料位測量方法和測量精度是一個亟待解決的問題，因為這是在連續(xù)化生產(chǎn)中保證工藝銜接和預測事故可能性的重要手段。
在石化行業(yè)現(xiàn)代化的大生產(chǎn)中對液/料位的測量一是要求在線無接觸測量，二是精度要達到毫米量級。通過聯(lián)機檢索，對數(shù)據(jù)的處理方法一般采用傅立葉分析的方法，該方法的缺點是只能獲得在整個時域內的頻譜信號，而難以獲得信號的局部特性，雖然工程上可通過采用快速傅立葉變換(FFT)在一定程度上彌補這一不足，但如要達到一定精度，則必須通過增大采樣點數(shù)來實現(xiàn)。在裝置應用傅立葉分析技術時有兩種方案可增加采樣點數(shù)，一是增大A/D采樣速率，但這無疑會增加設備的成本；二是延長讀取數(shù)據(jù)的時間。本裝置如果采取后者方案，即在有效數(shù)據(jù)不連續(xù)、分段讀取數(shù)據(jù)時，就出現(xiàn)了在解決了傅立葉分析誤差的同時，增加了新的裝置誤差的現(xiàn)象，使裝置難以實現(xiàn)毫米級的測量精度。例如中國專利授權公告號2294462(雷達液位計)。

發(fā)明內容
本實用新型雷達液/料位實時測控裝置所要解決的技術問題1、實現(xiàn)石化行業(yè)可靠的在線實時測量；2、解決石化行業(yè)實時無接觸計量的難題；3、解決石化行業(yè)連續(xù)化生產(chǎn)中壓力容器的安全性問題；4、改善操作人員的工作條件，降低或避免石化行業(yè)生產(chǎn)過程中由于測量不準確導致的生產(chǎn)事故，確保人身安全。
工作原理饋源采用X波段(cm波)壓控振蕩器(1)，采用線性調頻的方式向運動著的液/料面(7)發(fā)出連續(xù)調制波。調制波形是一個三角波，同時以壓控振蕩器的振蕩源作為“本振信號”，其與接收來的回波信號在混頻器(4)中以逆序下變頻的方式進行差頻，得到的差頻信號就是與距離相對應的頻率數(shù)。然后采用數(shù)字信號處理技術(即DSP)信號的處理采用“小波”技術，把差頻后的頻率信號進行處理換算成數(shù)字信號和模擬信號。
解決問題的技術方案雷達液/料位實時測控裝置，它包括天線(6)、信號傳輸電纜(18)、主控臺(22)、防爆接線盒(23)、傳感器(24)和儲存罐(25)，其特征在于該裝置包括三個主要部分A、實時測控部件傳感器(24)，即雷達；
B、命令執(zhí)行部件(19)C、主控臺(22)儲存罐(25)通過防爆接線盒(23)與傳感器(24)相連；傳感器(24)由信號傳輸電纜(18)，經(jīng)防爆控制板(20)，多通道轉換板(21)，到達主控臺(22)；命令執(zhí)行部件(19)通過防爆控制板(20)和多通道轉換板(21)執(zhí)行主控臺(22)的命令。
A、實時測控部件傳感器(24)，饋源采用cm波(即X波段)的壓控振蕩器(1)；調制部分采用三角波發(fā)生器(2)；壓控振蕩器(1)的輸出一路到達功率放大器(3)一路作為“本振信號”到達混頻器(4)；功放后的受調信號經(jīng)環(huán)流器(5)到達收發(fā)共用的天線(6)；遇到“靶面”(7)反射回來的信號經(jīng)天線(6)到達混頻器(4)與“本振信號”差頻，方式是逆序下變頻；混頻后的信號經(jīng)輸入濾波器(8)到達中頻放大器(9)；放大后的信號經(jīng)輸出濾波器(10)到達DSP處理器(11)；經(jīng)DSP處理后的信號送給單片機(12)；單片機與如下部件相連a、與主控臺通訊，接具有防雷擊裝置的通訊接口(16)；b、現(xiàn)場數(shù)字信號參數(shù)顯示(14)；c、用以驅動模擬儀表(15)的數(shù)/模轉換；傳感器(24)的機殼殼體是防爆機殼、機殼內具有恒溫裝置、DC/DC轉換裝置(13)，其信號輸出是通過具有防爆控制板(20)最大長度為1200米的5-7芯信號傳輸電纜(18)，儲存罐(25)通過防爆接線盒(23)與傳感器(24)，形成一個閉環(huán)控制網(wǎng)絡，在傳感器向主控臺發(fā)送液/料位數(shù)據(jù)樣本文件時，一并發(fā)回罐區(qū)原有的傳感器測得的數(shù)據(jù)樣本文件，通過現(xiàn)場顯示儀表(14)，顯示液/料位、壓力、溫度、濕度、流量5種參數(shù)。
B、命令執(zhí)行部件(19)包括罐區(qū)出、入口閥門，壓力緩沖調節(jié)器，罐區(qū)控制部件N和工裝設備P與傳感器序號一一對應，設計3-32個傳感器/網(wǎng)絡。
C、主控臺(22)發(fā)出的指令a、向傳感器(24)發(fā)出實時測控指令，b、向決策辦公室提供數(shù)據(jù)信息，c、“記憶”工作人員誤操作的全部過程，d、現(xiàn)場“糾錯”處理都經(jīng)防爆控制板(20)多通道轉換板(21)，再通過信號傳輸電纜(18)發(fā)送到傳感器(24)，傳感器(24)返回樣本文件的傳輸順序與上述相反。
本實用新型的有益效果I、實現(xiàn)了在測量的同時對網(wǎng)絡進行實時控制。本實用新型把雷達精密測距技術應用到了石化行業(yè)的生產(chǎn)中，把測量和過程控制有效地結合起來，保證了生產(chǎn)的安全性，提高了勞動生產(chǎn)率；II、本實用新型擯棄了傳統(tǒng)的傅立葉分析方法，采用了應用在時域和頻域均具有優(yōu)越性的“小波”分析理論軟件包處理測試數(shù)據(jù)，進行精度測量，使作為控制網(wǎng)絡裝置的傳感器——雷達的性能得到了最大限度的應用，從而為自動化網(wǎng)絡精確控制提供了保證。
III、針對石化行業(yè)的實際狀況，本實用新型在保證高精度測量指標的同時，在傳感器的安裝中，擯棄了傳統(tǒng)使用的與罐高等同的“導波管”，使傳感器的安裝不僅適用于新建罐，同時也使“在線運行罐”的改造成為可能。


圖1雷達液/料位實時測控裝置中傳感器的方框原理圖；圖2雷達液/料位實時測控裝置方框原理圖；圖3拱頂罐結構安裝示意圖；圖4浮頂罐結構安裝示意圖；圖5帶壓力球型罐結構安裝示意圖；圖6高溫罐或在發(fā)射電磁波束軸線有障礙物的結構安裝示意圖。
圖中微波壓控振蕩器(1)、三角波發(fā)生器(2)、微波功率放大器(3)、混頻器(4)、環(huán)流器(5)、天線(6)、靶面(7)、輸入濾波器(8)、射頻放大器(9)、輸出濾波器(10)、DSP數(shù)字信號處理器(11)、單片機(12)、防爆機殼(13)、現(xiàn)場顯示(14)、D/A數(shù)模轉換器(15)，防雷擊通訊接口(16)、驅動模擬儀表(17)、信號傳輸電纜(18)、命令執(zhí)行部件(19)、防爆控制板(20)、多通道轉換板(21)、主控臺(22)、工裝設備P和罐區(qū)控制部件N(23)、傳感器(24)、儲存罐(25)。
具體實施方式
本實用新型應用到石化行業(yè)涉及到防爆技術。
本實用新型依據(jù)中華人民共和國國家標準《爆炸性環(huán)境用防爆電器設備通用要求》GB3836.1-83；《爆炸性環(huán)境用防爆電器設備隔爆型電器設備“d”》GB3836.2-83的有關規(guī)定設計。
詳見附圖1至圖6，具體實施方式
和工作過程由主控臺[22]在對被控罐的液位/溫度/壓力高低限、所控罐數(shù)、防誤操作的密碼、罐“死區(qū)”進行設定。
采用主控臺[22]“查詢”、傳感器[24]“中斷”的方式，主控臺[22]對現(xiàn)場傳感器[24]網(wǎng)絡實行群控。
當達到了預定的液位/溫度/壓力高低限時主控臺對所控制的罐采取相應措施。
主控臺[22]與決策辦公室進行通訊，為決策辦公室實時打印流入/流出及罐容報表。建立操作者操作過程的技術檔案。
主控臺[22]依次向網(wǎng)絡群中的傳感器[24]發(fā)出以“中斷”信號為形式的搜索命令，然后等待接收傳感器[24]信號。
如果主控臺[22]搜索不到網(wǎng)絡群中的傳感器[24]的回波信號或數(shù)據(jù)位的末位不是通訊協(xié)議的事先約定，主控臺[22]“斷開”以并聯(lián)形式存在的有問題的傳感器[24]支路并啟動故障報警。向有問題傳感器[24]支路連續(xù)發(fā)3次‘中斷’命令用以判斷該傳感器[24]是否工作正常，如不正常則立即指令關入口電磁閥門[19]。
主控臺[22]“查詢”工藝程序，把工藝程序與現(xiàn)場操作人員的操作過程相比較，用以判斷現(xiàn)場操作人員有無誤操作，如有則進入RAM鎖定狀態(tài)，按照工藝程序計算機做出修正處理。
主控臺[22]“判斷”是否設備故障，如是則立即使設備進入“休眠”狀態(tài)(所有閥門全部關閉)并啟動“通訊”程序請示決策辦公室。
如果工作正常主控臺[22]在接收到傳感器[24]信號后即發(fā)下一個地址指令。
作為雷達液料位實時測控裝置的傳感器[24]，對罐內的液位實時檢測。
采集罐區(qū)原有的工裝設備(例如溫度/壓力/濕度等傳感器)的數(shù)據(jù)，以10次/s的速率隨時把罐內的液位、液溫、壓力顯示[14]給在現(xiàn)場的工作人員并隨時等待主控臺[22]的命令以便向主控臺[22]發(fā)回樣本文件本實用新型還可以廣泛應用在以下技術領域a、國防武備裝置行走機械；b、船舶進港自身定位；c、飛行器著陸前平飛高度的測量；d、高速公路車輛管理。
權利要求1.雷達液/料位實時測控裝置，它包括天線(6)、信號傳輸電纜(18)、主控臺(22)、防爆接線盒(23)、傳感器(24)和儲存罐(25)，其特征在于該系統(tǒng)包括三個主要部分A、實時測控部件傳感器(24)，即雷達；B、命令執(zhí)行部件(19)C、主控臺(22)儲存罐(25)通過防爆接線盒(23)與傳感器(24)相連；傳感器(24)由信號傳輸電纜(18)，經(jīng)防爆控制板(20)，多通道轉換板(21)，到達主控臺(22)；命令執(zhí)行部件(19)通過防爆控制板(20)和多通道轉換板(21)執(zhí)行主控臺(22)的命令。
2.按照權利要求1所述的雷達液/料位實時測控裝置，其特征在于A實時測控部件傳感器(24)，饋源采用cm波(即X波段)的壓控振蕩器(1)；調制部分采用三角波發(fā)生器(2)；壓控振蕩器(1)的輸出一路到達功率放大器(3)，一路作為“本振信號”到達混頻器(4)；功放后的受調信號經(jīng)環(huán)流器(5)到達收發(fā)共用的天線(6)；遇到“靶面”(7)反射回來的信號經(jīng)天線(6)到達混頻器(4)與“本振信號”差頻，方式是逆序下變頻；混頻后的信號經(jīng)輸入濾波器(8)到達中頻放大器(9)；放大后的信號經(jīng)輸出濾波器(10)到達DSP處理器(11)；經(jīng)DSP處理后的信號送給單片機(12)；單片機與如下部件相連a、與主控臺通訊，連接具有防雷擊裝置的通訊接口(16)；b、現(xiàn)場數(shù)字信號參數(shù)顯示(14)；c、用以驅動模擬儀表(15)的數(shù)/模轉換；
3.按照權利要求1或2所述的實時測控裝置，其特征在于傳感器(24)的機殼殼體是防爆機殼、機殼內具有恒溫裝置、DC/DC轉換裝置(13)，其信號輸出是通過具有防爆控制板(20)最大長度為1200米的5-7芯信號傳輸電纜(18)，儲存罐(25)通過防爆接線盒(23)與傳感器(24)，形成一個閉環(huán)控制網(wǎng)絡，在傳感器向主控臺發(fā)送液/料位數(shù)據(jù)樣本文件時，一并發(fā)回罐區(qū)原有的傳感器測得的數(shù)據(jù)樣本文件，通過現(xiàn)場顯示儀表(14)，顯示液/料位、壓力、溫度、濕度、流量5種參數(shù)。
4.按著權利要求1所述的雷達液/料位實時測控裝置，其特征在于B命令執(zhí)行部件(19)包括罐區(qū)出、入口閥門，壓力緩沖調節(jié)器，罐區(qū)控制部件N和工裝設備P與傳感器序號一一對應，設計3-32個傳感器/網(wǎng)絡。
專利摘要本實用新型涉及一種雷達液料位實時測控裝置，屬于自動化控制技術領域，包括實時測控裝置的“傳感器”(即雷達)、實時測控裝置的命令執(zhí)行部件、主控臺三部分。本實用新型是一個測控網(wǎng)絡，3－32個傳感器/網(wǎng)絡。傳感器與罐區(qū)原有的工裝設備配套，數(shù)據(jù)處理采用“小波”技術，主控臺采用“主機查詢，子機中斷”的方式，傳感器隨時把罐內的參數(shù)樣本文件遠距離通訊發(fā)回主控臺。應用雷達精密測距技術，采取無接觸測量的方式進行液/料位的實時監(jiān)測，并與罐區(qū)原有的工裝設備配套，解決石化行業(yè)連續(xù)生產(chǎn)的過程中，由于石油加工工藝的非線性、大滯后、多變量、不確定性等給測控帶來的技術難題。
文檔編號G01F23/284GK2529216SQ0123107
公開日2003年1月1日 申請日期2001年7月27日 優(yōu)先權日2001年7月27日
發(fā)明者劉鳳儀 申請人:劉鳳儀