Ультразвуковой преобразователь Endress+Hauser FMU90 для промышленных систем автоматизации

Endress+Hauser Prosonic FMU90 — измерительный преобразователь для работы с ультразвуковыми датчиками серии FDU9x. Он обрабатывает отражённые от поверхности импульсы и рассчитывает расстояние до неё, уровень заполнения ёмкости либо расход жидкости в открытом канале. Результаты измерений передаются в систему управления или используются для сигнализации и автоматического управления насосами. Прибор выпускается в одно- и двухканальных исполнениях. Это позволяет подключить один или два датчика и контролировать, например, уровень в нескольких резервуарах. В зависимости от конфигурации FMU90 поддерживает аналоговые и цифровые интерфейсы, релейные выходы и функции измерения расхода.

Измерительные возможности

FMU90 применяется там, где необходимо бесконтактно контролировать положение поверхности жидкости или сыпучего материала. Отсутствие контакта датчика с рабочей средой упрощает измерение в резервуарах с агрессивными, загрязнёнными или вязкими веществами. Преобразователь также подходит для контроля уровня в открытых каналах, где по уровню рассчитывается расход. К основным задачам прибора относятся:

• измерение расстояния до поверхности и вычисление уровня с учётом геометрии ёмкости,
• контроль одного или двух измерительных каналов,
• передача измеренного значения в системы автоматизации,
• формирование сигналов о достижении заданных пределов,
• управление насосами и другими исполнительными устройствами через релейные выходы,
• измерение расхода в открытых каналах и водосливах при наличии соответствующей конфигурации.

Измерительная система состоит из FMU90 и совместимого ультразвукового датчика FDU9x. Датчик посылает акустический импульс и принимает отражение от поверхности. Преобразователь определяет время прохождения сигнала туда и обратно, затем рассчитывает расстояние. Для получения уровня из измеренного расстояния учитывается заданная высота установки датчика и геометрия резервуара или канала.

Технические характеристики

Параметры FMU90 зависят от исполнения, выбранного питания, корпуса, числа каналов и установленных выходных модулей. Базовые характеристики семейства включают:

• число каналов — один или два,
• подключаемые датчики — до двух датчиков FDU9x,
• погрешность измерения расстояния — ±2 мм плюс 0,17 % измеренного расстояния,
• напряжение питания — 90–253 В переменного тока либо 10,5–32 В постоянного тока, в зависимости от исполнения,
• аналоговый выход — 4–20 мА; второй выход предусмотрен в соответствующих вариантах,
• цифровая связь — HART или PROFIBUS DP в зависимости от исполнения,
• число релейных выходов — до шести в конфигурациях с соответствующими модулями,
• температура окружающей среды — от −40 до +60 C,
• степень защиты корпуса — IP66 для полевого корпуса и IP20 для корпуса на DIN-рейку.

Показатель точности описывает измерение расстояния, поэтому его практическое значение зависит от фактической дистанции до поверхности. Например, с увеличением расстояния возрастает составляющая погрешности, выраженная в процентах. При оценке измерительной цепи также учитываются характеристики датчика и условия распространения ультразвука.

Конструкция компонента

FMU90 выполнен как отдельный преобразователь, который размещается в полевом корпусе либо в корпусе для установки на DIN-рейку внутри шкафа управления. В полевой версии корпус со степенью защиты IP66 рассчитан на монтаж вне шкафа при соблюдении условий установки. Исполнение IP20 предназначено для защищённого размещения внутри электрощита. Основные элементы системы выполняют следующие функции:

• ультразвуковые датчики FDU9x излучают импульсы и принимают отражённый сигнал,
• измерительные входы преобразователя обеспечивают подключение одного или двух датчиков,
• электронный блок обрабатывает сигнал, вычисляет измеренное значение и выполняет настроенные функции,
• аналоговый выход передаёт результат измерения в систему управления,
• релейные выходы формируют команды сигнализации или управления,
• дисплей и органы настройки, если они предусмотрены исполнением, позволяют конфигурировать прибор и просматривать данные измерения.

FMU90 автоматически распознаёт подключённые датчики FDU9x. Вариант с графическим дисплеем имеет шестистрочный экран с меню настройки. Для диагностики может отображаться огибающая отражённого сигнала: по ней проще оценить качество эха и выявить помехи, связанные с конструкцией резервуара или условиями монтажа.

Принцип работы и настройка

Ультразвуковое измерение основано на определении времени между отправкой импульса и приёмом его отражения. Чем дальше поверхность от датчика, тем больше время возврата сигнала. FMU90 пересчитывает это время в расстояние, а затем — в уровень или расход согласно заданным параметрам установки. После монтажа датчика в преобразователь вводятся данные, необходимые для правильного расчёта: геометрические размеры ёмкости или измерительного канала, диапазон выходного сигнала и функции выходов. Для измерения расхода в открытом канале используются характеристики выбранного водослива или канала; в приборе предусмотрены предварительно заданные кривые расхода для типовых конструкций. В зависимости от комплектации и настроек могут использоваться следующие функции:

• измерение уровня по одному или двум каналам,
• масштабирование результата для аналогового выхода 4–20 мА,
• пороговая сигнализация через релейные выходы,
• управление насосами с использованием заданных уровней включения и отключения,
• формирование импульсного сигнала, связанного с расходом,
• обнаружение условий обратного подпора или накопления осадка в приложениях измерения расхода.

Конкретный набор функций определяется вариантом прибора и конфигурацией выходов. При проектировании системы следует сверять требуемые задачи с кодом исполнения FMU90 и подключёнными датчиками.

Монтаж и эксплуатационные условия

Положение датчика влияет на качество ультразвукового измерения. Его устанавливают так, чтобы акустический луч был направлен на поверхность и не пересекал внутренние элементы, способные создавать ложные отражения. При выборе места учитывают патрубки, мешалки, лестницы, поток падающей жидкости и другие препятствия. Для открытых каналов важно обеспечить соответствие точки измерения принятой геометрии канала или водослива. При подключении необходимо соблюдать схему конкретного исполнения, требования к питанию и правила прокладки сигнальных линий. Полевой корпус и корпус для DIN-рейки имеют разные степени защиты, поэтому условия их размещения различаются. Допустимые электрические параметры и разрешённые комбинации входов и выходов проверяются по маркировке прибора.

FMU90 может работать с датчиками FDU9x, установленными во взрывоопасной зоне, если применённая комбинация оборудования и способ монтажа соответствуют требованиям соответствующего исполнения и сертификатов. Само наличие совместимого датчика не означает, что любой вариант преобразователя можно устанавливать во взрывоопасной зоне без проверки документации системы. На результат могут влиять свойства среды и конфигурация резервуара. Пена, интенсивное движение поверхности, конденсат, сильное поглощение ультразвука и препятствия на пути луча способны ухудшить отражённый сигнал. Диагностическая огибающая помогает оценивать сигнал, однако корректная установка датчика и настройка диапазона остаются основой стабильной работы.

Применение в промышленности

FMU90 используют в системах водоснабжения и водоотведения, на очистных сооружениях, в резервуарных парках и технологических установках с жидкими средами. В одно- и двухканальном исполнениях он может обеспечивать контроль уровня в одной или нескольких точках. Релейные выходы позволяют включать насосы или передавать сигналы о достижении предельных уровней. В открытых каналах прибор применяют для бесконтактного контроля уровня и расчёта расхода по заданной характеристике водослива или канала. Такая схема востребована в системах учёта и контроля технологических потоков, где датчик можно разместить над поверхностью без погружения в жидкость.

Таким образом, Endress+Hauser Prosonic FMU90 — универсальный преобразователь для ультразвукового контроля уровня и, в соответствующей конфигурации, расхода в открытых каналах. Работа с одним или двумя датчиками FDU9x, аналоговые и цифровые интерфейсы, настраиваемые релейные функции и средства диагностики позволяют включать его в различные промышленные системы измерения и управления. При применении важно учитывать исполнение корпуса, параметры питания, условия монтажа и ограничения ультразвукового метода. Компания «Олниса» выступает поставщиком промышленного оборудования на территории России и стран СНГ. В ассортименте компании представлены приборы и компоненты для систем измерения, автоматизации и технологического контроля. «Олниса» осуществляет поставки оборудования для промышленных предприятий и производственных объектов.