超聲波水位傳感器

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一.概述

本儀表系我公司獨(dú)立開發(fā)的以專用超聲波處理技術(shù)為系統(tǒng)核心，實(shí)現(xiàn)了超高速的數(shù)字信號處理功能。包含多項(xiàng)技術(shù)，操作簡單、安裝維護(hù)方便；并具有穩(wěn)定可靠、精度高、壽命長、等特點(diǎn)，適用于水處理以及化工、鐵礦等領(lǐng)域監(jiān)控。

儀表可選用通過4～20mA、開關(guān)控制、RS485(Modbus等協(xié)議)連接到顯示表或各種DCS系統(tǒng)中，為工業(yè)的自動化運(yùn)行，提供實(shí)時的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。

儀表采用先進(jìn)的國外芯片、電子器件等硬件；結(jié)合高智能軟件的回波分析處理技術(shù)，保證檢測的精度與真實(shí)性。在現(xiàn)今時代可取代同類進(jìn)口儀表，方便了用戶的使用和維護(hù)等。儀表可測量物位高度，也可測距離。

特點(diǎn)：

¨       聲波智能處理技術(shù)，能夠抗各種干擾波。

¨       非接觸式儀表。

¨       防雷、瞬間防短路的保護(hù)功能。

¨       數(shù)據(jù)存儲長100年。

¨       非接觸、無磨損、無污染、壽命長、故障低。

¨       自動增益、能量集中、有利于復(fù)雜環(huán)境

二.安裝參數(shù)示意圖及計(jì)算原理

    原理：傳感器經(jīng)發(fā)射面發(fā)送超聲波脈沖束被檢測面反射回來，并被傳感器接收所需時間t，結(jié)合聲速S(溫變等）特點(diǎn)。通過此原理就可以實(shí)現(xiàn)測量計(jì)算。

標(biāo)定：由用戶輸入安裝高度和量程。

示意圖如下：

   安裝高度：(探頭到罐底的高度）

   物位高度：(水位或料位高度）

   空間距離： (探頭到被測面的區(qū)域）

   儀表盲區(qū)： (發(fā)射面下方一小段區(qū)域）

   公式：

     1測距：空氣距離=S*T/2；  S=331.45+0.61*n℃

     2物位：物位高度=安裝高度-空氣距離

     3輸出：輸出電流=物位高度/量程*16+4

                   或=空氣距離/量程*16+4  

            （注：輸出電流值，單位mA）

三、儀表檢驗(yàn)規(guī)程：

在儀表設(shè)定或使用前必須查看空間距離是否準(zhǔn)確。它是檢驗(yàn)儀表好壞以及使用工況環(huán)境是否適合本儀表參考值，與參數(shù)設(shè)定無關(guān)。

具體操作：上電后將儀表發(fā)射口垂直正對被測面，按左移鍵（?）切換到空氣距離顯示界面，查看儀表空氣距離顯示值是否約等于實(shí)際距離值；移動儀表或被測面，查看儀表顯示變化量是否與移動距離值相等；如果都約等，說明本儀表以及工況良好，可以進(jìn)入下一步調(diào)試、使用；否則查找原因等。（由于超聲波傳播有一定的發(fā)射角度及盲區(qū)，所以盡量在盲區(qū)外的空曠或低料位區(qū)域檢測或使用，這樣才能保證在整個工況下正常。）

四、       儀表鍵面、參數(shù)查看、設(shè)定說明

        按鍵說明：

   菜單使用說明：

   工作查看模式：

上電啟用后儀表默認(rèn)處于工作模式。工作模式下短按左移（?）鍵可以循環(huán)查看儀表各工作參數(shù)，約30秒沒有按鍵操作的話儀表自動返回到顯示物位高度或空氣距離界面（取決于當(dāng)前測量模式）。各參數(shù)界面如下：

菜單設(shè)定進(jìn)入：

     工作模式下長按確認(rèn)（）鍵3s左右可進(jìn)入系統(tǒng)設(shè)定，輸入正確的密碼（出廠默認(rèn)密碼是 0000）后按確認(rèn)鍵面進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)定菜單；利用移位、增減按鍵可進(jìn)入菜單與設(shè)定參數(shù)。設(shè)定所需參數(shù)完好后連續(xù)按返回（）鍵即可保存退出到工作模式。

使用操作說明：

用戶使用儀表一般只需設(shè)定基準(zhǔn)面值（即安裝高度）一個參數(shù)就可以滿足的工作需求。

設(shè)定菜單

   設(shè)定菜單項(xiàng)含有多項(xiàng)子菜單，顯示陰影菜單按確認(rèn)（）鍵 即進(jìn)入此菜單。利用增減、移位鍵可把陰影移位到各子菜單位置。

1-1.模式設(shè)定

      模式設(shè)定用于儀表工作模式（默認(rèn)超聲波探頭工作模式）；另一種標(biāo)準(zhǔn)4-20mA輸入工作模式（已關(guān)閉）。

2-1.參數(shù)設(shè)定

     參數(shù)設(shè)定項(xiàng)含有多項(xiàng)子菜單，顯示陰影菜單按確認(rèn)（）鍵 即進(jìn)入此菜單。利用增減、移位鍵可把陰影移位到各子菜單位置，按確認(rèn)（）鍵進(jìn)入選項(xiàng)。

2-2.工作方式設(shè)定

     工作方式設(shè)定用于測量液位的高度或測量空距的模式（默認(rèn)測液位）；其輸出分別對應(yīng)所選項(xiàng)。陰影移位到所選項(xiàng)后按確認(rèn)（）鍵保存選項(xiàng)。

2-3.量程設(shè)定

 量程設(shè)定值對應(yīng)輸出20mA。當(dāng)工作鍵面顯示值量程相等時模擬輸出20mA。工作鍵面顯示量程之內(nèi)，模擬輸出按公式 3計(jì)算。

2-4.基準(zhǔn)設(shè)定

 基準(zhǔn)設(shè)定用于設(shè)定參考面（默認(rèn)高度）；或液位（已關(guān)閉）。

2-4-1.高度設(shè)定

安裝高度是儀表設(shè)定最關(guān)鍵參數(shù)，是測量物位的基準(zhǔn)值。一般是設(shè)定探頭發(fā)射面到零點(diǎn)（或池底、罐底、料倉底等；特殊情況比如需輸出遷移等例外）高度。設(shè)定完好后其它所有的測量都是以此為參考進(jìn)行（公式2）轉(zhuǎn)換計(jì)算。（當(dāng)然儀表的生產(chǎn)過程中因探頭的離散性等，使發(fā)射面會有甚微的偏差；所以測量要求更高時設(shè)定基準(zhǔn)面（安裝高度 ）可能也要修改偏差值。）

2-4.采樣設(shè)定

      采樣數(shù)是采集超聲回波數(shù)量值。奇數(shù)位值：采樣值越大，抗干擾性越強(qiáng)。一般取值3或5。

2-5.控制設(shè)定

     控制設(shè)定是可編程開關(guān)量。含有2組4路開關(guān)（即4個開關(guān)報警點(diǎn)），每一個開關(guān)點(diǎn)都是獨(dú)立有常閉、常開點(diǎn)。

2-5-1.上限一設(shè)定

     上限一設(shè)定含有回差與報警值設(shè)定。報警值是點(diǎn)位開關(guān)值；回差是點(diǎn)位值往下控制開關(guān)段值。

舉例說明：如上限一報警點(diǎn)設(shè)定 為004.00；上限一回差設(shè)定為001.00.   那么開關(guān)控制動作如下:

  儀表鍵面顯示值大于或等于4.00時，常閉點(diǎn)斷開，常開點(diǎn)閉合；回程時當(dāng)鍵面顯示值小于或等于3.00時(4.00-1.00=3.00），常閉才點(diǎn)閉合，常開點(diǎn)即斷開。如此循環(huán)控制。（以下其它控制雷同。）

2-5-2.下限一設(shè)定

     下限一設(shè)定含有回差與報警值設(shè)定。報警值是點(diǎn)位開關(guān)值；回差是點(diǎn)位值往上控制開關(guān)段值。

2-5-3.上限二設(shè)定

      上限二設(shè)定含有回差與報警值設(shè)定。報警值是點(diǎn)位開關(guān)值；回差是點(diǎn)位值往下控制開關(guān)段值。 

2-5-4.下限二設(shè)定

      下限二設(shè)定含有回差與報警值設(shè)定。報警值是點(diǎn)位開關(guān)值；回差是點(diǎn)位值往上控制開關(guān)段值。

2-6.時間設(shè)定

      時間設(shè)定是儀表工作與自然時間同步的設(shè)定，以及曲線記錄與時間的同步。

3-1通訊設(shè)定

     儀表使用標(biāo)準(zhǔn)的Modbus RTU協(xié)議格式進(jìn)行通訊。儀表地址是儀表答應(yīng)編號；波特率是通訊速率。地址為范圍001~255；波特率可選1200、2400、4800、9600等。

4-1.顯示設(shè)定

     顯示設(shè)定含有柱形圖與曲線圖顯示。顯示的內(nèi)容可以關(guān)閉或開啟。

4-1-1.柱形圖設(shè)定

 柱形圖開顯示項(xiàng)，即工作鍵面顯示形象的柱形與百分比圖案。關(guān)顯示則無柱形顯示。

4-1-2.顯示設(shè)定

     在顯示設(shè)定鍵面可直接進(jìn)入查看當(dāng)前實(shí)時曲線圖。

5-1.系統(tǒng)設(shè)定

   系統(tǒng)設(shè)定有恢復(fù)出廠、背光常亮開關(guān)、密碼修改功能。

5-1-1.恢復(fù)出廠設(shè)定（謹(jǐn)慎操作）

    如果你認(rèn)為錯誤的修改了某些參數(shù)使儀表使用不理想。可以恢復(fù)出廠設(shè)定，重新修改您所要的參數(shù)。

5-1-2.背光常亮設(shè)定

    背光常亮設(shè)定顯示屏背光，可以關(guān)閉或開啟。方便運(yùn)用夜間查詢等。（關(guān)閉是無按鍵操作時延時約幾分鐘背光關(guān)閉）

5-1-3.密碼設(shè)定（謹(jǐn)慎操作）

      密碼設(shè)定是可以更改現(xiàn)有密碼，防止非管理人員錯誤的設(shè)定其他參數(shù)。密碼修改后修改人務(wù)必牢記新密碼。是以后儀表的維護(hù)及修改參數(shù)的新鑰匙，。

6-1 其他設(shè)定（謹(jǐn)慎操作）

其他設(shè)定屬于二級菜單，非專業(yè)人士不允許修改。必需通過性能學(xué)習(xí)才能修改，否則造成儀表無法工作、不正常甚至損壞。內(nèi)含盲區(qū)、增益、校驗(yàn)等參數(shù)（陰影移位到“其它"時長按確認(rèn)（）鍵進(jìn)入）。

五：數(shù)字通訊協(xié)議格式

儀表使用標(biāo)準(zhǔn)的Modbus RTU協(xié)議格式進(jìn)行通訊，波特率1200~4800可選，數(shù)據(jù)位8，奇偶校驗(yàn)無。

MODBUS RTU 方式下，每個Modbus幀都包括地址域，功能域，數(shù)據(jù)域和校驗(yàn)域。，每兩個字符之間發(fā)送或者接收的時間間隔不能超過 1.5倍字符傳輸時間。如果兩個字符時間間隔超過了 3.5倍的字符傳輸時間，協(xié)議就認(rèn)為一幀數(shù)據(jù)已經(jīng)接收，新的一幀數(shù)據(jù)傳輸開始。

                           Modbus協(xié)議幀

地址碼：儀表號，取值1~255。

功能碼：需要實(shí)現(xiàn)的功能代碼，如讀取保持寄存器功能碼03。 

數(shù)據(jù)：發(fā)送的數(shù)據(jù)內(nèi)容，如要讀取寄存器的地址個數(shù)等。

校驗(yàn)：CRC16 校驗(yàn)碼，低位在前。

本儀表目前暫只提供查詢讀取保持寄存器功能碼03的支持。

 數(shù)據(jù)說明：

儀表返回變量為32位單精度浮點(diǎn)型，占4個字節(jié)，采用 IEEE標(biāo)準(zhǔn)方式表示。Modbus標(biāo)準(zhǔn)中每個保持寄存器為兩個字節(jié)，所以每個浮點(diǎn)型變量占兩個保持寄存器，低位地址存放高16位，高位地址存放低16位。例如表中空氣距離變量存放寄存器起始地址為0x0002,設(shè)空氣距離值為100.54（十進(jìn)制），對應(yīng)的十六進(jìn)制表示為0x42C9147B,則地址為0x0002寄存器存放 0x42C9 ，地址為0x0003寄存器存放0x147B。

通訊命令：

功能碼03：讀取保持寄存器

發(fā)送：

響應(yīng)：

說明：地址碼：儀表號，可由用戶自行設(shè)置，范圍 1~255

寄存器地址：變量起始地址 ，參照數(shù)據(jù)說明

      寄存器個數(shù)：要讀取寄存器的個數(shù)，數(shù)值等于要讀取變量字節(jié)數(shù)/2；

返回?cái)?shù)據(jù)字節(jié)數(shù)：讀取到的變量字節(jié)數(shù)

例如讀取空氣距離，參照上表，空氣距離變量為單精度浮點(diǎn)型，4個字節(jié)，占保持寄存器起始地址為0x0002，設(shè)空氣高度值為100.54，儀表號為1，則讀取過程如下：

發(fā)送：

響應(yīng)：

同時讀取多個變量時，只需發(fā)送第一個變量的起始地址以及需要讀取的寄存器個數(shù)（變量字節(jié)數(shù)/2），儀表會將多個變量同時返回。

錯誤處理：

如果儀表接收到了錯誤的通訊請求，則會根據(jù)錯誤內(nèi)容返回對應(yīng)的錯誤代碼。

錯誤響應(yīng)：

說明：通訊請求錯誤時將功能碼最高位置1返回，如0x03 變?yōu)?/span>0x83(0x03+0x80)返回。

 錯誤代碼：

01：不支持的功能碼

02：寄存器地址錯誤

03：數(shù)據(jù)內(nèi)容錯誤

六、技術(shù)指標(biāo)

七、儀表構(gòu)造尺寸

  主機(jī)及安裝孔尺寸圖如上（單位mm；含防水接頭)

  探頭尺寸圖如上（單位mm）

八、       接線與其它工控使用

      1、接線端子圖

實(shí)物圖如下：

     2、接線端部分說明

        (1) L、N、地為AC220V電源輸入端（直流供電不接）

           (2)NO、COM、NC為控制開關(guān)輸出點(diǎn)（下控制L、上控制H）

           (3) mA+、mA- 為4—20mA電流信號輸出端

           (4) DCIN+、DCIN-為直流供電輸入端

           (5)  TRX+、TRX- 為RS485信號輸出端

           (6)  S-RFZ 、S-RFW探頭接線端（限IP68連線探頭）

                     S-RFZ 接探頭同軸線纜中心頭 

                     S-RFW接探頭同軸線纜屏蔽層  

           (7)  OUT、IN、GND、VCC  探頭接線端（限通用探頭）

                （請與對應(yīng)連接， 連線一般需使用 4x0.5屏蔽軟線）

3、與其它自動化工控如下：

九、儀表異常分析與處理

十、工況使用安裝事項(xiàng)

     為了您的儀表長期使用，室外安裝探頭使用務(wù)必加裝遮陽遮雨罩；室內(nèi)使用務(wù)必保持儀表干燥、通風(fēng)等。有微弱潮氣、腐蝕空氣環(huán)境里使用務(wù)必注意密封（蓋子、防水接頭等，特殊情況有必要加用用密封膠或橡皮泥密封）。

 由于在超聲波水位計(jì)發(fā)射角與盲區(qū)的存在，安裝安全使用所以我們在選擇安裝位置要錯開：盲區(qū)與發(fā)射側(cè)角距。不能離最高介質(zhì)面、側(cè)面邊緣太近，以免影響儀表的正常工作。（一般儀表的盲區(qū)與發(fā)射側(cè)角距參照約于量程的10%～5%）。