SAAB雷达液位计计量系统典型故障分析与处理

  SAAB雷达液位计计量系统为Rosemount公司生产的高精度液位测量仪表系统, 测量精度达到贸易交接等级。该系统可与各类传感器连接, 如温度、压力传感器, 从而实现对储罐的监控。在系统的各单元之间设置分布式智能功能, 各单元之间通过现场总线进行相互通信, 实现各单元的信息连续收集与处理。该计量系统可以测量沥青、原油、精炼石油产品、腐蚀性化学制品、液化石油气及液化天然气等的储罐液位。通过使用合适的储罐连接单元, 该计量系统可对任何类型的储罐进行计量, 在全球的储罐和炼厂被广泛应用。

  1994年, SAAB雷达液位计计量系统2900系列产品在中国石油兰州石化公司油品储运厂、71泵房液化气罐区安装投用, 至今, 已经经历了3900系列、5900系列的产品更新换代。使用范围已推广到73泵房的中间原料罐、成品油罐及瓦斯站液化气罐等多个罐区。在近年“液化烃罐区隐患综合治理”工程项目中, 对使用多年已经淘汰的产品进行了分次升级更新, 升级为3900系列或5900系列产品。

  SAAB雷达液位计计量系统的结构如图1所示。RTG3900雷达液位计计量系统主要由雷达液位计RTG、现场数据采集单元DAU2 1 0 0及FCU2160现场通信单元等基本部件组成, 内部采用TRL/2现场总线协议通信。雷达液位计RTG可连接压力变送器, 采集液位和压力信号;现场数据采集单元DAU可连接多点温度计, 采集温度信号, 实现罐旁就地显示。

图1 SAAB雷达液位计计量系统结构框图

  RTG5900雷达液位计计量系统由5900S雷达液位计、2240S多点温度变送器、2410储罐HUB (实现罐旁就地显示) 及FCU2160现场通信单元等组成, 内部采用Foundation现场总线协议通信。5900S雷达液位计可连接3051S压力变送器, 实现压力和液位信号的采集;2240S多点温度变送器可连接多点温度传感器, 实现温度信号的采集。另有辅助设备现场总线调制解调器FBM2180, 用作RS232C和现场总线之间的协议、接口转换, 可将安装雷达组态软件Tank Master Win Setup的微机与现场总线连接。在SAAB储罐计量系统中各部件有各自的UI号, SAAB储罐计量系统内部通过各自的UI号和地址进行寻址通信, 通过FCU2160、RS232或RS485通信接口等, 实现在PLC、DCS等系统上的数据显示。

  雷达组态软件是Tank Master Win Setup, Rosemount厂家提供了Tank Master软件包, 该软件包包含Winsetup软件模块。Winsetup软件用于SAAB储罐计量系统的各设备组态配置、通信设置及工作状态检测等。当SAAB雷达液位计计量系统出现故障时, 可以用Winsetup软件进行检测。

  SAAB雷达液位计计量的通信故障状态表现为系统检测的全部参数或部分储罐参数无显示, 需分步检查SAAB雷达液位计的计量通信状态。

  SAAB雷达液位计计量系统连接的各个设备都有各自的设备通信地址, 如FCU的通信地址通常从201开始, 雷达液位计通信地址从1开始, 对应的DAU或2410HUB通信地址加100, 如101, 依此类推。而压力和温度仪表作为从属设备, 无独立的设备通信地址。

  从Winsetup软件的通信接口Protocols-modbusmaster1.0读取设备, 通信正常的设备能读取到对应的地址, 通信故障的设备无法读取通信地址, 如图2所示。

图2 Winsetup软件查找通信设备界面

  SAAB雷达液位计计量系统检测的全部参数无显示, 可判断为FCU无工作或FCU通信输出故障。首先检查FCU电源是否正常, 如果FCU供电保险断, FCU电源指示灯会灭, 更换FCU供电保险。其次检查FCU输出端口即现场总线端口指示灯, 根据指示灯的工作状态判断是否FCU通信输出故障, FCU通信输出故障通常是由通信电缆端子松动和接触不良引起。

  现场通信单元FCU共有6个连接端口X1~X6, 这些连接端口可单独组态为分组总线端口 (GB) 或现场总线端口 (FB) 。一般前4个端口X1~X4用于连接现场总线电缆, 每个现场总线端口 (FB) 可接收8台雷达液位计的通信信号, 即每台FCU***多通信32台雷达液位计。X5、X6端子上连接跨接配套短接片, 用于RS-232C分组总线通信;或在X5、X6端子上连接FCI卡, 实现RS-485通信。每个端口都有两个通信状态显示灯, 一个是发送状态指示, 一个是接收状态指示, 工作正常时通信状态显示灯明暗交替闪烁。

  部分储罐的检测参数无显示, 可判断为从现场雷达液位计到FCU之间无通信信号, 属于SAAB雷达液位计计量系统内部局部通信故障。局部通信故障有以下几种情况:

  a.雷达液位计无220V (AC) 供电。检查雷达液位计无供电的原因, 例如供电保险断、供电电缆开路等, 并进行处理;故障现象是该储罐上的液位、压力、温度和流速各参数在操作界面均无显示, 现场罐旁指示仪表黑屏、无工作。

  b.雷达液位计通信卡件故障。故障现象是该储罐上的液位、压力和流速在操作界面和罐旁指示仪表上均无显示, 而温度有显示, 且现场罐旁指示仪表显示通信故障代码。

  c.现场雷达液位计到FCU之间的通信电缆故障。故障现象是该储罐上的液位、压力等各参数在操作界面无显示, 而在罐旁指示仪表上显示正常。

  d.现场雷达液位计到罐旁指示仪表之间通信电缆故障。故障现象是该储罐上的液位、压力和流速在PLC操作界面显示正常, 在罐旁指示仪表上显示通信故障代码。

  液位显示故障表现为单个液位参数在PLC操作界面和罐旁指示仪表上无液位显示。具体分两种情况, 一种是雷达液位计安装调试过程中液位显示故障, 另一种是雷达液位计正常工作过程中突然无液位显示。

  SAAB雷达液位计由雷达头、导波单元和下工作部件3部分组成。雷达头内部包括微波发生器、通信卡、信号处理卡及电源回路卡等;下工作部件包括锥形天线、压力法兰、球阀、石英窗及压力变送器等;导波单元通过旋转90°, 可改变雷达波方向。

  雷达液位计在安装时, 导波管内壁不光滑有毛刺, 或导波管安装垂直度不满足要求 (要求偏差不大于1°) , 都会影响雷达液位计的测量, 造成测量值为错误的死值。对导波管重新按要求处理后, 仪表测量值恢复正常。

  在安装下工作部件时, 特别注意下工作部件法兰上安装方向标识孔必须对准导波管法兰上的标识孔, 安装方向错误, 就相当于雷达液位计测试开关扳到“test”位置工作, 会造成实际液位反射波信号太弱检测不到。修正下工作部件安装角度后, 仪表测量值恢复正常。

  在雷达液位计导波管内安装有3个参考针, 比较参考针安装高度和雷达液位计检测高度, 判断雷达液位计的液位测量偏差。测试开关扳到“operation”位置时, 雷达波沿着导波管断面水平发射, 雷达波方向与参考针平行, 参考针很细, 产生的反射回波能量太弱, 检测不出, 因而不影响正常液位测量;当开关旋转90°到“test”位置时, 雷达波垂直参考针, 产生很强的反射波, 故雷达液位计能检测到参考针, 但测不到实际液位。

  雷达液位计正常工作过程中突然无液位显示, 通常是储罐介质带蒸汽, 蒸汽吸收了雷达波, 导致雷达波反射强度减弱, 低于设定的干扰波屏蔽值, 因而液位突然无显示。处理方法是降低设定的干扰波屏蔽值, 使屏蔽值小于实际液位的反射强度, 如图3所示。

  压力显示故障主要是压力参数在PLC操作界面或罐旁指示仪表上指示故障, 一般发生在压力变送器与雷达液位计配套安装的过程中, 有以下几种情况:

  a.压力测量值在罐旁指示仪表和PLC操作界面均无显示。用万用表在压力变送器与雷达液位计之间的信号电缆上测量不出电流值, 但能测量24V (DC) 电压, 判断为压力变送器与雷达液位计之间的接线正负接反, 接线错误修改后, 信号电缆上测量出4~20m A电流值, 压力显示恢复正常。

  b.压力值在操作界面和罐旁指示仪表不一致, 用Winsetup软件检查雷达液位计组态, 因压力至FCU的通信值是压力, 而在罐旁显示仪表上可有表压和绝压任意一种显示值, 两者之间差一个大气压, 约100k Pa, 调整压力在罐旁显示仪表上以压力值显示, 即可实现压力值在操作界面和罐旁指示仪表显示一致的要求。

  c.压力测量值在罐旁指示仪表上显示, 而在PLC操作界面无显示。用Winsetup软件从FCU寄存器上能读取到压力值, 故判断是PLC组态时读取FCU上压力对应的寄存器地址时出错。2900系列的压力寄存器地址从1728开始读取, 3900系列的压力寄存器地址从2496开始读取, 而5900系列的压力寄存器地址2784开始读取, 且2900系列和3900系列压力通信数据为16位整数类型, 而5900系列压力通信数据为32位实数类型。重新修改PLC通信组态, 读取正确的FCU中间寄存器地址, 实现了压力测量值在PLC操作界面上的显示。

图3 Winsetup软件扫描到的雷达波形

  温度显示故障现象表现为单个温度参数在PLC操作界面或罐旁指示仪表上显示故障。具体分一般和特殊两种情况进行分析处理。

  温度的接线方式是:安装在设备上的温度检测元件Pt100热电阻送出对应的阻值信号到罐旁指示仪, 罐旁指示仪转换、显示温度值, 并通信至雷达液位计, ***后由雷达液位计将所有检测的参数通信送至FCU。

  温度显示故障时, 首先检查温度检测元件Pt100热电阻是否故障, 若Pt100热电阻故障则更换处理;若Pt100热电阻正常, 则检查Pt100热电阻在罐旁指示仪上的接线是否正确;接线正确, 但温度值在罐旁指示仪上无显示, 判断为罐旁指示仪温度转换功能故障, 更换罐旁指示仪进行处理;如罐旁指示仪上有温度值显示, 而从FCU无法通信读取, 则是罐旁指示仪至雷达液位计之间的通信故障, 检查罐旁指示仪至雷达液位计之间的通信电缆是否开路或虚接, 检查处理即可。 

  温度值在罐旁指示仪上显示正常, 从FCU也能通信读取, 在PLC操作界面显示时有时无, 当储罐有液位时温度值有显示, 而储罐无液位时温度值无显示。出现这种故障现象, 检查PLC读取的FCU温度寄存器地址, FCU温度寄存器地址有两种, 一种是第1点温度寄存器地址, 一种是平均温度寄存器地址。读取第1点温度寄存器地址, 无论储罐液位高度是多少, FCU都会送出第1点温度值;读取平均温度寄存器地址, 当储罐空罐时, FCU认为空罐不需要送出温度值, 故此时PLC操作界面无温度显示。这是雷达液位计通信软件自带屏蔽功能的原因。处理方法是重新组态PLC程序, 读取第1点温度寄存器地址。

  SAAB雷达液位计计量系统在储罐区使用较为广泛, 关系着储罐的安全生产, 笔者通过对该系统在升级更新和使用过程中的一些典型故障进行分析和处理, 尽可能地为维护人员提供有价值的信息, 更好地为企业储罐安全生产提供优质服务。