SAAB雷達液位計計量系統典型故障分析與處理
SAAB雷達液位計計量系統為Rosemount公司生產的高精度液位測量儀表系統, 測量精度達到貿易交接等級。該系統可與各類傳感器連接, 如溫度、壓力傳感器, 從而實現對儲罐的監控。在系統的各單元之間設置分布式智能功能, 各單元之間通過現場總線進行相互通信, 實現各單元的信息連續收集與處理。該計量系統可以測量瀝青、原油、精煉石油產品、腐蝕性化學制品、液化石油氣及液化天然氣等的儲罐液位。通過使用合適的儲罐連接單元, 該計量系統可對任何類型的儲罐進行計量, 在全球的儲罐和煉廠被廣泛應用。
1994年, SAAB雷達液位計計量系統2900系列產品在中國石油蘭州石化公司油品儲運廠、71泵房液化氣罐區安裝投用, 至今, 已經經歷了3900系列、5900系列的產品更新換代。使用范圍已推廣到73泵房的中間原料罐、成品油罐及瓦斯站液化氣罐等多個罐區。在近年“液化烴罐區隱患綜合治理”工程項目中, 對使用多年已經淘汰的產品進行了分次升級更新, 升級為3900系列或5900系列產品。
1、SAAB雷達液位計計量系統的組成：
SAAB雷達液位計計量系統的結構如圖1所示。RTG3900雷達液位計計量系統主要由雷達液位計RTG、現場數據采集單元DAU2 1 0 0及FCU2160現場通信單元等基本部件組成, 內部采用TRL/2現場總線協議通信。雷達液位計RTG可連接壓力變送器, 采集液位和壓力信號;現場數據采集單元DAU可連接多點溫度計, 采集溫度信號, 實現罐旁就地顯示。
圖1 SAAB雷達液位計計量系統結構框圖
RTG5900雷達液位計計量系統由5900S雷達液位計、2240S多點溫度變送器、2410儲罐HUB (實現罐旁就地顯示) 及FCU2160現場通信單元等組成, 內部采用Foundation現場總線協議通信。5900S雷達液位計可連接3051S壓力變送器, 實現壓力和液位信號的采集;2240S多點溫度變送器可連接多點溫度傳感器, 實現溫度信號的采集。另有輔助設備現場總線調制解調器FBM2180, 用作RS232C和現場總線之間的協議、接口轉換, 可將安裝雷達組態軟件Tank Master Win Setup的微機與現場總線連接。在SAAB儲罐計量系統中各部件有各自的UI號, SAAB儲罐計量系統內部通過各自的UI號和地址進行尋址通信, 通過FCU2160、RS232或RS485通信接口等, 實現在PLC、DCS等系統上的數據顯示。
2、典型故障的分析與處理：
雷達組態軟件是Tank Master Win Setup, Rosemount廠家提供了Tank Master軟件包, 該軟件包包含Winsetup軟件模塊。Winsetup軟件用于SAAB儲罐計量系統的各設備組態配置、通信設置及工作狀態檢測等。當SAAB雷達液位計計量系統出現故障時, 可以用Winsetup軟件進行檢測。
2.1、通信故障：
SAAB雷達液位計計量的通信故障狀態表現為系統檢測的全部參數或部分儲罐參數無顯示, 需分步檢查SAAB雷達液位計的計量通信狀態。
SAAB雷達液位計計量系統連接的各個設備都有各自的設備通信地址, 如FCU的通信地址通常從201開始, 雷達液位計通信地址從1開始, 對應的DAU或2410HUB通信地址加100, 如101, 依此類推。而壓力和溫度儀表作為從屬設備, 無獨立的設備通信地址。
從Winsetup軟件的通信接口Protocols-modbusmaster1.0讀取設備, 通信正常的設備能讀取到對應的地址, 通信故障的設備無法讀取通信地址, 如圖2所示。
圖2 Winsetup軟件查找通信設備界面
SAAB雷達液位計計量系統檢測的全部參數無顯示, 可判斷為FCU無工作或FCU通信輸出故障。首先檢查FCU電源是否正常, 如果FCU供電保險斷, FCU電源指示燈會滅, 更換FCU供電保險。其次檢查FCU輸出端口即現場總線端口指示燈, 根據指示燈的工作狀態判斷是否FCU通信輸出故障, FCU通信輸出故障通常是由通信電纜端子松動和接觸不良引起。
現場通信單元FCU共有6個連接端口X1~X6, 這些連接端口可單獨組態為分組總線端口 (GB) 或現場總線端口 (FB) 。一般前4個端口X1~X4用于連接現場總線電纜, 每個現場總線端口 (FB) 可接收8臺雷達液位計的通信信號, 即每臺FCU***多通信32臺雷達液位計。X5、X6端子上連接跨接配套短接片, 用于RS-232C分組總線通信;或在X5、X6端子上連接FCI卡, 實現RS-485通信。每個端口都有兩個通信狀態顯示燈, 一個是發送狀態指示, 一個是接收狀態指示, 工作正常時通信狀態顯示燈明暗交替閃爍。
部分儲罐的檢測參數無顯示, 可判斷為從現場雷達液位計到FCU之間無通信信號, 屬于SAAB雷達液位計計量系統內部局部通信故障。局部通信故障有以下幾種情況:
a.雷達液位計無220V (AC) 供電。檢查雷達液位計無供電的原因, 例如供電保險斷、供電電纜開路等, 并進行處理;故障現象是該儲罐上的液位、壓力、溫度和流速各參數在操作界面均無顯示, 現場罐旁指示儀表黑屏、無工作。
b.雷達液位計通信卡件故障。故障現象是該儲罐上的液位、壓力和流速在操作界面和罐旁指示儀表上均無顯示, 而溫度有顯示, 且現場罐旁指示儀表顯示通信故障代碼。
c.現場雷達液位計到FCU之間的通信電纜故障。故障現象是該儲罐上的液位、壓力等各參數在操作界面無顯示, 而在罐旁指示儀表上顯示正常。
d.現場雷達液位計到罐旁指示儀表之間通信電纜故障。故障現象是該儲罐上的液位、壓力和流速在PLC操作界面顯示正常, 在罐旁指示儀表上顯示通信故障代碼。
2.2、液位顯示故障：
液位顯示故障表現為單個液位參數在PLC操作界面和罐旁指示儀表上無液位顯示。具體分兩種情況, 一種是雷達液位計安裝調試過程中液位顯示故障, 另一種是雷達液位計正常工作過程中突然無液位顯示。
SAAB雷達液位計由雷達頭、導波單元和下工作部件3部分組成。雷達頭內部包括微波發生器、通信卡、信號處理卡及電源回路卡等;下工作部件包括錐形天線、壓力法蘭、球閥、石英窗及壓力變送器等;導波單元通過旋轉90°, 可改變雷達波方向。
雷達液位計在安裝時, 導波管內壁不光滑有毛刺, 或導波管安裝垂直度不滿足要求 (要求偏差不大于1°) , 都會影響雷達液位計的測量, 造成測量值為錯誤的死值。對導波管重新按要求處理后, 儀表測量值恢復正常。
在安裝下工作部件時, 特別注意下工作部件法蘭上安裝方向標識孔必須對準導波管法蘭上的標識孔, 安裝方向錯誤, 就相當于雷達液位計測試開關扳到“test”位置工作, 會造成實際液位反射波信號太弱檢測不到。修正下工作部件安裝角度后, 儀表測量值恢復正常。
在雷達液位計導波管內安裝有3個參考針, 比較參考針安裝高度和雷達液位計檢測高度, 判斷雷達液位計的液位測量偏差。測試開關扳到“operation”位置時, 雷達波沿著導波管斷面水平發射, 雷達波方向與參考針平行, 參考針很細, 產生的反射回波能量太弱, 檢測不出, 因而不影響正常液位測量;當開關旋轉90°到“test”位置時, 雷達波垂直參考針, 產生很強的反射波, 故雷達液位計能檢測到參考針, 但測不到實際液位。
雷達液位計正常工作過程中突然無液位顯示, 通常是儲罐介質帶蒸汽, 蒸汽吸收了雷達波, 導致雷達波反射強度減弱, 低于設定的干擾波屏蔽值, 因而液位突然無顯示。處理方法是降低設定的干擾波屏蔽值, 使屏蔽值小于實際液位的反射強度, 如圖3所示。
2.3、壓力顯示故障：
壓力顯示故障主要是壓力參數在PLC操作界面或罐旁指示儀表上指示故障, 一般發生在壓力變送器與雷達液位計配套安裝的過程中, 有以下幾種情況:
a.壓力測量值在罐旁指示儀表和PLC操作界面均無顯示。用萬用表在壓力變送器與雷達液位計之間的信號電纜上測量不出電流值, 但能測量24V (DC) 電壓, 判斷為壓力變送器與雷達液位計之間的接線正負接反, 接線錯誤修改后, 信號電纜上測量出4~20m A電流值, 壓力顯示恢復正常。
b.壓力值在操作界面和罐旁指示儀表不一致, 用Winsetup軟件檢查雷達液位計組態, 因壓力至FCU的通信值是壓力, 而在罐旁顯示儀表上可有表壓和絕壓任意一種顯示值, 兩者之間差一個大氣壓, 約100k Pa, 調整壓力在罐旁顯示儀表上以壓力值顯示, 即可實現壓力值在操作界面和罐旁指示儀表顯示一致的要求。
c.壓力測量值在罐旁指示儀表上顯示, 而在PLC操作界面無顯示。用Winsetup軟件從FCU寄存器上能讀取到壓力值, 故判斷是PLC組態時讀取FCU上壓力對應的寄存器地址時出錯。2900系列的壓力寄存器地址從1728開始讀取, 3900系列的壓力寄存器地址從2496開始讀取, 而5900系列的壓力寄存器地址2784開始讀取, 且2900系列和3900系列壓力通信數據為16位整數類型, 而5900系列壓力通信數據為32位實數類型。重新修改PLC通信組態, 讀取正確的FCU中間寄存器地址, 實現了壓力測量值在PLC操作界面上的顯示。
圖3 Winsetup軟件掃描到的雷達波形
2.4、溫度顯示故障：
溫度顯示故障現象表現為單個溫度參數在PLC操作界面或罐旁指示儀表上顯示故障。具體分一般和特殊兩種情況進行分析處理。
2.4.1、溫度顯示故障的一般情況：
溫度的接線方式是:安裝在設備上的溫度檢測元件Pt100熱電阻送出對應的阻值信號到罐旁指示儀, 罐旁指示儀轉換、顯示溫度值, 并通信至雷達液位計, ***后由雷達液位計將所有檢測的參數通信送至FCU。
溫度顯示故障時, 首先檢查溫度檢測元件Pt100熱電阻是否故障, 若Pt100熱電阻故障則更換處理;若Pt100熱電阻正常, 則檢查Pt100熱電阻在罐旁指示儀上的接線是否正確;接線正確, 但溫度值在罐旁指示儀上無顯示, 判斷為罐旁指示儀溫度轉換功能故障, 更換罐旁指示儀進行處理;如罐旁指示儀上有溫度值顯示, 而從FCU無法通信讀取, 則是罐旁指示儀至雷達液位計之間的通信故障, 檢查罐旁指示儀至雷達液位計之間的通信電纜是否開路或虛接, 檢查處理即可。
2.4.2、溫度顯示故障的特殊情況：
溫度值在罐旁指示儀上顯示正常, 從FCU也能通信讀取, 在PLC操作界面顯示時有時無, 當儲罐有液位時溫度值有顯示, 而儲罐無液位時溫度值無顯示。出現這種故障現象, 檢查PLC讀取的FCU溫度寄存器地址, FCU溫度寄存器地址有兩種, 一種是第1點溫度寄存器地址, 一種是平均溫度寄存器地址。讀取第1點溫度寄存器地址, 無論儲罐液位高度是多少, FCU都會送出第1點溫度值;讀取平均溫度寄存器地址, 當儲罐空罐時, FCU認為空罐不需要送出溫度值, 故此時PLC操作界面無溫度顯示。這是雷達液位計通信軟件自帶屏蔽功能的原因。處理方法是重新組態PLC程序, 讀取第1點溫度寄存器地址。
3、結束語：
SAAB雷達液位計計量系統在儲罐區使用較為廣泛, 關系著儲罐的安全生產, 筆者通過對該系統在升級更新和使用過程中的一些典型故障進行分析和處理, 盡可能地為維護人員提供有價值的信息, 更好地為企業儲罐安全生產提供優質服務。