超聲波水位傳感器

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一.概述

本儀表系我公司獨立開發的以專用超聲波處理技術為系統核心，實現了超高速的數字信號處理功能。包含多項技術，操作簡單、安裝維護方便；并具有穩定可靠、精度高、壽命長、等特點，適用于水處理以及化工、鐵礦等領域監控。

儀表可選用通過4～20mA、開關控制、RS485(Modbus等協議)連接到顯示表或各種DCS系統中，為工業的自動化運行，提供實時的監控數據。

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

特點：

¨       聲波智能處理技術，能夠抗各種干擾波。

¨       非接觸式儀表。

¨       防雷、瞬間防短路的保護功能。

¨       數據存儲長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、有利于復雜環境

二.安裝參數示意圖及計算原理

    原理：傳感器經發射面發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，結合聲速S(溫變等）特點。通過此原理就可以實現測量計算。

標定：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： (探頭到被測面的區域）

   儀表盲區： (發射面下方一小段區域）

   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、儀表檢驗規程：

在儀表設定或使用前必須查看空間距離是否準確。它是檢驗儀表好壞以及使用工況環境是否適合本儀表參考值，與參數設定無關。

具體操作：上電后將儀表發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，可以進入下一步調試、使用；否則查找原因等。（由于超聲波傳播有一定的發射角度及盲區，所以盡量在盲區外的空曠或低料位區域檢測或使用，這樣才能保證在整個工況下正常。）

四、       儀表鍵面、參數查看、設定說明

        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處于工作模式。工作模式下短按左移（?）鍵可以循環查看儀表各工作參數，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（取決于當前測量模式）。各參數界面如下：

菜單設定進入：

     工作模式下長按確認（）鍵3s左右可進入系統設定，輸入正確的密碼（出廠默認密碼是 0000）后按確認鍵面進入參數設定菜單；利用移位、增減按鍵可進入菜單與設定參數。設定所需參數完好后連續按返回（）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定基準面值（即安裝高度）一個參數就可以滿足的工作需求。

設定菜單

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

1-1.模式設定

      模式設定用于儀表工作模式（默認超聲波探頭工作模式）；另一種標準4-20mA輸入工作模式（已關閉）。

2-1.參數設定

     參數設定項含有多項子菜單，顯示陰影菜單按確認（）鍵 即進入此菜單。利用增減、移位鍵可把陰影移位到各子菜單位置，按確認（）鍵進入選項。

2-2.工作方式設定

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

2-3.量程設定

 量程設定值對應輸出20mA。當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，模擬輸出按公式 3計算。

2-4.基準設定

 基準設定用于設定參考面（默認高度）；或液位（已關閉）。

2-4-1.高度設定

安裝高度是儀表設定最關鍵參數，是測量物位的基準值。一般是設定探頭發射面到零點（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。設定完好后其它所有的測量都是以此為參考進行（公式2）轉換計算。（當然儀表的生產過程中因探頭的離散性等，使發射面會有甚微的偏差；所以測量要求更高時設定基準面（安裝高度 ）可能也要修改偏差值。）

2-4.采樣設定

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

2-5.控制設定

     控制設定是可編程開關量。含有2組4路開關（即4個開關報警點），每一個開關點都是獨立有常閉、常開點。

2-5-1.上限一設定

     上限一設定含有回差與報警值設定。報警值是點位開關值；回差是點位值往下控制開關段值。

舉例說明：如上限一報警點設定 為004.00；上限一回差設定為001.00.   那么開關控制動作如下:

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

2-5-2.下限一設定

     下限一設定含有回差與報警值設定。報警值是點位開關值；回差是點位值往上控制開關段值。

2-5-3.上限二設定

      上限二設定含有回差與報警值設定。報警值是點位開關值；回差是點位值往下控制開關段值。 

2-5-4.下限二設定

      下限二設定含有回差與報警值設定。報警值是點位開關值；回差是點位值往上控制開關段值。

2-6.時間設定

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

3-1通訊設定

     儀表使用標準的Modbus RTU協議格式進行通訊。儀表地址是儀表答應編號；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.顯示設定

     顯示設定含有柱形圖與曲線圖顯示。顯示的內容可以關閉或開啟。

4-1-1.柱形圖設定

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

4-1-2.顯示設定

     在顯示設定鍵面可直接進入查看當前實時曲線圖。

5-1.系統設定

   系統設定有恢復出廠、背光常亮開關、密碼修改功能。

5-1-1.恢復出廠設定（謹慎操作）

    如果你認為錯誤的修改了某些參數使儀表使用不理想。可以恢復出廠設定，重新修改您所要的參數。

5-1-2.背光常亮設定

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

5-1-3.密碼設定（謹慎操作）

      密碼設定是可以更改現有密碼，防止非管理人員錯誤的設定其他參數。密碼修改后修改人務必牢記新密碼。是以后儀表的維護及修改參數的新鑰匙，。

6-1 其他設定（謹慎操作）

其他設定屬于二級菜單，非專業人士不允許修改。必需通過性能學習才能修改，否則造成儀表無法工作、不正常甚至損壞。內含盲區、增益、校驗等參數（陰影移位到“其它"時長按確認（）鍵進入）。

五：數字通訊協議格式

儀表使用標準的Modbus RTU協議格式進行通訊，波特率1200~4800可選，數據位8，奇偶校驗無。

MODBUS RTU 方式下，每個Modbus幀都包括地址域，功能域，數據域和校驗域。，每兩個字符之間發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，協議就認為一幀數據已經接收，新的一幀數據傳輸開始。

                           Modbus協議幀

地址碼：儀表號，取值1~255。

功能碼：需要實現的功能代碼，如讀取保持寄存器功能碼03。 

數據：發送的數據內容，如要讀取寄存器的地址個數等。

校驗：CRC16 校驗碼，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。

 數據說明：

儀表返回變量為32位單精度浮點型，占4個字節，采用 IEEE標準方式表示。Modbus標準中每個保持寄存器為兩個字節，所以每個浮點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,設空氣距離值為100.54（十進制），對應的十六進制表示為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

發送：

響應：

說明：地址碼：儀表號，可由用戶自行設置，范圍 1~255

寄存器地址：變量起始地址 ，參照數據說明

      寄存器個數：要讀取寄存器的個數，數值等于要讀取變量字節數/2；

返回數據字節數：讀取到的變量字節數

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

發送：

響應：

同時讀取多個變量時，只需發送第一個變量的起始地址以及需要讀取的寄存器個數（變量字節數/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，則會根據錯誤內容返回對應的錯誤代碼。

錯誤響應：

說明：通訊請求錯誤時將功能碼最高位置1返回，如0x03 變為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：數據內容錯誤

六、技術指標

七、儀表構造尺寸

  主機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為控制開關輸出點（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

     為了您的儀表長期使用，室外安裝探頭使用務必加裝遮陽遮雨罩；室內使用務必保持儀表干燥、通風等。有微弱潮氣、腐蝕空氣環境里使用務必注意密封（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發射角與盲區的存在，安裝安全使用所以我們在選擇安裝位置要錯開：盲區與發射側角距。不能離最高介質面、側面邊緣太近，以免影響儀表的正常工作。（一般儀表的盲區與發射側角距參照約于量程的10%～5%）。