超声波物位监测装置在矿仓中的应用

摘要：SITRANS LU 01是一种超声波物位监测系统，能够实现液体或固体的长距离监测。它采用一个西门子妙声力超声波探头在不与物料接触的情况下精确检测物位。通过探头发出的电子脉冲，利用测得的时间，计算出探头和物料的距离。

关键词：SITRANS LU 01；超声波物位监测系统；西门子妙声力超声波探头；检测物位；电子脉冲。

中图分类号：TP274+.53 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）09-2117-02

1 概述

2#竖井工区是华锡集团铜坑矿的咽喉，主要负责矿石的提升。矿石通过提升机从井下392水平提到地面井楼19.6米卸矿站，然后把矿石卸入矿仓，矿石经中碎破碎后进入下一道工序。矿仓的矿量多少原来是由卷扬司机亲自走到矿仓边看，一旦卷扬司机疏忽矿仓满后仍然把矿石卸入矿仓，矿石就会溢出矿仓落入井筒，造成井筒设施和设备的损坏。在19.6米矿仓安装超声波物位监测装置后，改变了多年来由操作工亲自走到矿仓看矿仓是否满的情况。有了超声波物位监测系统，操作工在操作室就可了解矿仓的物位情况，避免了事故发生，降低了劳动强度，为生产赢得了时间。

2 SITRANS LU 01工作原理

SITRANS LU 01是一种超声波物位监测系统，能够实现液体或固体的长距离监测。它采用一个西门子妙声力超声波探头在不与物料接触的情况下精确监测物位。SITRANS LU 01给每一个连接的超声波探头发出电子脉冲。探头把电子脉冲转换成超声波脉冲，并以窄波束形式从探头表面发射出来。SITRANS LU 01计算从脉冲发射到接收到由物料反射的回波信号之间的时间。利用测得的时间，SITRANS LU 01计算出探头和物料的距离。距离是根据容器内声音的速度计算而得。当使用Echomax探头时，所测得的数值会根据空气温度的变化自动得到补偿。为了实现有效的空气补偿，在每个容器中采用西门子妙声力TC-3温度传感器。对于空气以外的其他均匀气体，可用简单的修正方法来补偿。SITRANS LU 01采用西门子妙声力专利声智能回波处理。声智能能够保证高的测量可靠性，不受所监测容器内状况变化的影响。采用声智能和速度补偿，应用超声回波测距原理，SITRANS LU 01得到突出的测量精度，通常能达到所测距离的0.25%。距离可以通过计算成空间、物位、物料体积、容器剩余的容积、物位差、或平均物位读数。每一个容器所选择的读数（和运行数据）被显示在液晶显示屏（LED）上。继电器和mA输出可被预设（或按需编程）用于激活报警和/或操作远程检测设备和/或过程控制设备。

3 SITRANS LU 01特性

1）外壳：耐化学腐蚀，重量轻，防尘，防水，使用方便。2）背光LED：大数字用于读数和编程值显示，有背光功能的LED能够保证在光线充足的情况下不影响读数。常用图标用于连续指示工作状态。3）手操器：20个按键用于方便地进入编程及运行功能。磁性安装和红外接口。4）通信：当安装了适当的西门子妙声力SmarLinx模块时，兼容的通信就能实现。5）Dolphin谐调通信：Dolphin Plus是与Windows兼容的配置软件，通过RJ-11端口转RS-232/RS-485端口远程连接到监测单元。软件提供了一个编程，上传或下载参数的简单方法。6）速度：以16.7MHZ的时钟频率运行的速度16/32位微处理器。能每秒扫描一个容器（测点）。7）可靠性：声智能保证了全部测量的精确和可靠。不怕电源中断。所有的编程可以无限期地保存。动态的运行数据可以保存1小时，并且在电源恢复后立即更新。

4 编程特点

SITRANS LU 01编程简单，但足以完成复杂的测量要求。

一般特性：1）直接输入：任何操作者可编程的特点都可以被直接输入。2）翻页输入：单个按钮“上翻”， 单个按钮“下翻”，用于输入特点。3）运 行：选择“物位”，“空间”，“距离”，“物位差”，“平均物位”或“加料车”等工作状态。4）物 料：液体或固体；对每一种输入自动设计相应的回波处理参数。5）响 应：对物位变化的响应可以是慢，中速，快，翻腾或立即反应。6）故障保护：多种故障保护选项用于过程控制设备的启动。7）继电器：8种功能，包括物位、变化率、泵控制、温度等。8）mA输出：基于物位、空间距离、体积。四种量程选择，0～20，4～20，20～0，20～4mA，可调整的量程和超量程限制。

5 传输脉冲

SITRANS LU 01的传输脉冲是由一个或多个电“发射”脉冲组成，这些“发射”脉冲提供给扫描继电器。扫描继电器按照要求启动，提供传输脉冲到和SITRANS LU 01接线端子相连的探头上。对于每一个提供的电脉冲，探头发射一个声“发射”脉冲。每一次发射结束后，下一脉冲（如果应用）发射前，提供足够的时间用于回波的（发射的发射）接收。当发射完所有的传送脉冲后，处理合成的回波。传送脉冲的发射数、频率、周期、延迟和相关的测量量程是由参数P803=发射/脉冲模式、P40=短发射数到P852=短发射量程来定义的。

6 距离计算

为计算探头到料位（目标）的距离，应以传送介质（空气）的声速乘以声传送的接收时间周期。如果运行状态是不同于“卸料车”的任何状态，则结果（来回行程的距离）应除以2。

距离=声速×时间/2

显示的读数值是对计算得到的距离值的修正。

7 SITRANS LU 01在我矿19.6米矿仓的应用

8 结论

目前许多行业对生产过程的自动化管理要求越来越高，大量的原料或成品在进出物料仓的过程中，需要通过物位仪来连续测量和控制物料的料量，确保整个生产过程安全、高效。 SITRANS LU 01超声波物位监测系统在我矿2#竖井19.6米卸矿站安装并投入使用以来，工作正常，该系统上、下限报警准确，保证了及时停机和提矿，测量准确，显示直观。通过安装超声波物位监测系统，避免了由于操作工的疏忽造成矿仓满矿石溢出落入井筒的事故发生，降低了劳动强度，为生产赢得了时间，取得了较大的经济效益，值得推广应用。

参考文献：

[1] SIEMENS SITRANS LU 01使用手册[S].2004.

[2] 宋东飞.工业仪表与自动化装置，2002（1）：15-18.

[3] 季华锋.一种非接触式料位计安装装置的应用[J].施工技术，2011（S1）.

[4] 冯涛.混合料料位在线监测系统的研制[D].重庆大学，2008年.

[5] 华莹珂.超声波物位计实际应用中的问题与对策[A].2011中国有色金属行业仪表自动化学术会议论文集[C].2011.

[6] 高川，谈振落.基于AT89C2051的超声波测距系统[J].应用科技，2006（11）.