SITRANS LR560 i SITRANS RD500 - przetworniki radarowe o wąskiej wiązce

W celu zwiększenia wydajności pomiaru i automatycznej kontroli poziomu, detektor został zastąpiony przetwornikiem radarowym.

Beaulieu International Group (BIG), wiodąca firma na rynku europejskim i międzynarodowym w projektowaniu, wytwarzaniu i sprzedaży twardych i miękkich wykładzin, obić meblowych i włókien technicznych, to belgijska grupa utworzona w 2005 r. z połączenia pięciu niezależnych oddziałów grupy Beaulieu. BIG to firma zintegrowana pionowo, specjalizująca się w produkcji surowców, półproduktów i produktów końcowych. Firma ma 30 zakładów produkcyjnych i punktów sprzedaży w ośmiu krajach i zatrudnia 3,5 tys. pracowników. W 2012 r. osiągnęła obrót w wysokości około 1,4 mld euro.

Wytwarzanie włókien technicznych

Miasta Comines-Warneton i Kruishoutem są siedzibą dwóch firm stanowiących część Oddziału Włókiennictwa Technicznego firmy Beaulieu International Group. Beaulieu Technical Textiles produkuje włókna techniczne dla różnych zastosowań, np. włókna do dywanów tuftowanych i geotekstylia, takie jak te stosowane do wzmocnienia wykładzin lub nakryć, oraz płótna używane w sztuce religijnej, a także opakowania.

Produkcja rozpoczyna się z udziałem polipropylenu (około 90 proc.) i polietylenu (10 proc.), oraz dodatków, takich jak kreda, barwniki i inne materiały (np. absorbery nadfioletu). Granulki polipropylenu dostarczane są transportem samochodowym, w postaci sypkiego, bezkształtnego produktu. Zakup dokonywany jest na podstawie typu (jakość, masa stopiona) i dostawcy (partiami). W sumie w zakładach znajduje się sześć zbiorników.

Jednym z głównych dostawców surowców jest firma Polychim, zlokalizowana w Dunkierce, która także jest częścią Grupy. Inne surowce, w zależności od ilości, dostarczane są w zwykłych workach lub w workach typu Big Bag. Surowce są mieszane dla uzyskania wstępnego produktu, potrzebnego w dalszej produkcji. Mieszanka transportowana jest do wytłaczarki, która zamienia ją w folię. Folia cięta jest na kawałki o szerokości kilku milimetrów, które następnie są zwijane. W dalszej kolejności zwoje układa się obok siebie i tysiące nici skręca się razem, tworząc wałki. Wałki są podstawą osnowy wykorzystywanej w płóciennictwie (nici wzdłużne). Po zakończonym tkaniu na tkaniny, w zależności od zastosowania, nakłada się specjalną warstwę kryjącą. Przykładowo folia do pakowania pokrywana jest środkiem odpornym na wilgoć.

Nowe urządzenie a poprawa monitoringu zasobów

Warunki zakupu różnią się w zależności od wahań cen rynkowych, jednak zawsze na stanie musi się znajdować trochę surowców, by zapobiec przestojom w produkcji. Z tego powodu należy stale kontrolować stan zbiorników. Zbiorniki te wcześniej zostały wyposażone w ręcznie sterowane urządzenia z ciężarkiem sondującym. Wymuszało to codzienną pracę w terenie w celu przeprowadzenia potrzebnych pomiarów: naciśnięcie przycisku do rozwijania linki, upewnienie się, że czujnik dotarł do poziomu surowca, zapisanie pomiarów i ponowne zwinięcie linki. Jakakolwiek awaria wymagała interwencji pracownika i naprawy wadliwych części.

Zbiornik do przechowywania polipropylenu został zamontowany 25 lat temu, toteż zużycie urządzenia pomiarowego, wynikające z normalnej eksploatacji, miało wpływ na coraz częstsze awarie. Firma szukała alternatywnego, nowoczesnego rozwiązania. Zarząd Beaulieu, podczas ubiegłorocznego Siemens Road Show, poznał nowy przetwornik SITRANS LR560 – pierwszy radarowy system pomiaru poziomu dla materiałów sypkich, pracujący z falami o częstotliwości 78 GHz.

Przetwornik radarowy SITRANS LR560 to dwuprzewodowy radar FMCW, o zasięgu do 100 m. Jest prosty w obsłudze – przy użyciu zintegrowanych narzędzi programujących praktycznie każdy może uruchomić ten przetwornik. Dzięki graficznemu panelowi operatorskiemu z funkcjami szybkiego startu, urządzenie można zainstalować i uruchomić w kilka minut.

Zwiększona dokładność pomiaru

Pomiar poziomu przy użyciu technologii radarowej wykorzystuje krótkie impulsy mikrofalowe, które odbijane są przez powierzchnię surowca. Poziom liczony jest na podstawie wymiarów zbiornika. Częstotliwość standardowo wykorzystywana w radarowym pomiarze poziomu to 6 GHz lub 26 GHz. Częstotliwość ta jest wystarczająca do pomiaru poziomu płynów lub gruboziarnistych materiałów sypkich, jednak drobnoziarniste materiały sypkie mogą wysyłać niepoprawne sygnały i dawać nieprawidłowe pomiary. Dzieje się tak ze względu na rozproszenie impulsu. W wyniku dyspersji liczba impulsów wracających do urządzenia jest niewystarczająca do wykonania prawidłowego pomiaru.

Korzystanie z radarowego przetwornika do pomiaru surowców w zbiorniku może być skomplikowane, ze względu na tworzenie się stożków (skierowanych w górę podczas napełniania i w dół podczas opróżniania). W konsekwencji impuls radarowy nie wraca w stronę czujnika. Co więcej, polipropylen to surowiec o niskiej stałej dielektrycznej. W celu uzyskania wiarygodnych pomiarów przetwornik może zostać pochylony tak, aby wiązka trafiała prostopadle w obszar stożka. Jednak jest to niewystarczające, by dokonać poprawnych pomiarów przy częstotliwości z zakresu 6–26 GHz.

Krótka fala

Firma Siemens Milltronics z Kanady rozpoczęła pracę nad przetwornikiem SITRANS LR560 już jakiś czas temu. Chciała stworzyć urządzenie do pomiaru poziomu dla materiałów sypkich, które będzie stanowić alternatywę dla obecnych pomiarów, wymagających złożonego montażu w zbiorniku i korzystających ze zużywających się lin. Prawa fizyki podsunęły rozwiązanie: im wyższa częstotliwość, tym krótsza fala. Co za tym idzie, cząsteczki surowca w niewielkim stopniu rozpraszają krótkie fale, co powoduje większą liczbę impulsów wracających z powrotem do czujnika, a ostatecznie dokładniejsze pomiary.

Obecnie, przetwornik SITRANS LR560 jest jedynym urządzeniem pracującym na częstotliwości 78 GHz. Krótka fala gwarantuje wiarygodne pomiary poziomu materiałów sypkich, nawet tych, które tworzą wielostożkowe powierzchnie.

Przetwornik radarowy SITRANS LR560 ma wąską czterostopniową wiązkę. Tradycyjny radar wymagałby anteny parabolicznej lub talerzowej, by dokonać podobnych pomiarów. Wąska wiązka wpływa na lepszą dokładność pomiaru i zmniejsza ryzyko zakłóceń, spowodowanych przez ściany zbiornika lub inne przeszkody. Impuls radaru można łatwo skierować w stronę najniższego punktu stożka zbiornika, dzięki czemu można dokonywać pomiaru od realnego punktu zero, eliminując w ten sposób przerwy w pomiarach. Dzięki krótkiej fali urządzenie może korzystać z anteny soczewkowej, zaprojektowanej specjalnie dla firmy Siemens. Sprawia to, że przetwornik jest bardzo mały i wytrzymały. Antena znajduje się bowiem w obudowie. W razie pomiarów bardzo pylistych produktów można wykorzystać zintegrowany system czyszczenia sprężonym powietrzem.

Radarowe pomiary poziomu w praktyce

Po dwóch miesiącach testowania urządzeń demonstracyjnych, klient zakupił sześć jednostek pomiarowych. Każde urządzenie zostało wyposażone we wbudowany system czyszczenia powietrzem, który w tym przypadku okazał się zbędny.

Przetwornik radarowy SITRANS LR560 jest kompatybilny ze standardami przemysłowymi HART, PROFIBUS PA i Foundation Fieldbus. W przypadku tego pierwszego pomiary poziomu przekazywane są przez sygnał 4–20 mA do zdalnego systemu zarządzania danymi SITRANS RD500. Urządzenie to zawiera rejestrator danych i przechowuje kopie zapasowe pomiarów z sześciu zbiorników, zapisane w pamięci przenośnej. Obejmuje także konfigurowalny moduł alarmowy, dostępny przez przeglądarkę internetową.

Urządzenie podłączone jest do zakładowej sieci internetowej i udostępnia dane autoryzowanym pracownikom przez przeglądarkę internetową. Urządzenie rejestrujące dane wyposażone jest w modem GSM, dzięki czemu możliwe jest wysyłanie ostrzegawczych wiadomości SMS, jeśli odnotowany poziom jest za niski. Poziomy w zbiornikach kontrolowane są bez interwencji pracowników.

W Comines przez 12 miesięcy dokonywano pomiarów bez żadnych zakłóceń. W rezultacie, od początku 2012 r., firma Kruishoutem zainstalowała na zbiornikach cztery takie urządzenia. Po trzech dniach instalacja została zakończona. Najwięcej czasu zajęło poprowadzenie okablowania zasilania i sieci Ethernet nad zbiornikami.

Michał Olender

źródło: SIEMENS Sp. z o.o.