В реакторе включили мешалку на 40 % - уровень на тренде пошёл синусоидой между 62 и 71 %, хотя слив закрыт и подпитки нет. Технолог ругается: «лишний раз переключит насос, сорвётся рецепт». Радарный LT показывает то пену на поверхности, то воронку от вихря. Гидростатический датчик на другой ёмкости дёргается на 5 см из-за турбулентности у патрубка. Авария «высокий уровень» то срабатывает, то сбрасывается - смена отключает звук, но проблема остаётся.
«Плывущий» уровень при перемешивании - не обязательно неисправность датчика. Часто это физика среды плюс слишком «честный» быстрый сигнал в ПЛК. Статья разбирает радар и гидростатику, пену и вихрь, как настроить фильтр и deadband без минутной задержки на реальном переливе. Не про обрыв петли 4-20 мА (там Bad quality и ток 0 мА) и не полный курс по калибровке всех типов LT.
При перемешивании уровень на тренде «плывёт» из-за пены, зеркала радара, вихря у импеллера или турбулентности у отбора давления гидростатики. Сырой 4-20 мА при этом может быть исправен. Сначала исключите обрыв по току и сравните с фильтром и Bad quality на экране. Затем: медианный или ограниченный скользящий фильтр 2-5 с, deadband на аварии 1-3 % шкалы, задержка 2-3 с на HIGH только (не на LOW). Радар - проверить тип поверхности и отвод пены; гидростатика - вынести отбор от зоны вихря. Отличие от обрыва: ток 4-20 мА стабилен, скачки периодические и синхронны с мешалкой.
Радарный уровнемер меряет время отражения. Пена имеет другой диэлектрический контраст - луч цепляется за пузырьки, уровень «подскакивает» вверх. Воронка от мешалки даёт провал ниже реальной жидкости. На HMI это выглядит как плавание 5-15 % шкалы с частотой вращения.
Настройки в голове прибора (если есть HART или локальное меню): режим для пены, минимальный порог отражения, маскирование близких эхо. В ПЛК всё равно нужен фильтр - прибор может отдавать уже сглаженное, но не всегда с той задержкой, что нужна технологии.
Монтаж решает половину споров. Смещение от стенки, защитная стоячая труба с отверстиями, не ставить луч точно над осью мешалки без согласования с паспортом прибора. После чистки ёмкости проверьте калибровку пустой и полной - пена меняет картину эхо. На FAT запишите амплитуду колебаний при штатной мешалке как допустимую, чтобы ночная смена не считала это поломкой.
Датчик давления на дне или на патрубке измеряет столб жидкости. Турбулентность у ввода мешалки модулирует давление - особенно если патрубок короткий и близко к импеллеру. Сигнал 4-20 мА дёргается, хотя средний уровень постоянен.
Решения монтажные: вынести отбор в зону со спокойной поверхностью, сифонная труба, дополнительный разгрузочный патрубок. Программные: медианный фильтр по 5-7 выборкам за 1-2 с лучше тяжёлого EMA с большой постоянной - меньше фазовой задержки на медленном реальном заполнении.
Сравнение типов датчиков и условий монтажа пересекается с материалом про датчики в АСУ ТП - там общая логика выбора и обслуживания, здесь узкий случай перемешивания.
При пенообразовании радар почти всегда завышает. PID по уровню начинает «душить» подпитку или наоборот открывает слив - в зависимости от знака ошибки. Для рецептов с переменной пеной вводят режим «мешалка ON - авария HIGH с увеличенным deadband» или отдельный таймер подавления звука на 30 с после пуска мешалки (только если техпроцесс это допускает документально).
Не маскируйте перелив бесконечным фильтром. Задержка на HIGH 2-3 с отсекает дребезг; 60 с скроет реальную аварию. Технолог и инженер АСУ фиксируют в паспорте рецепта: максимальная амплитуда ряби при штатной мешалке и отдельный аварийный порог для режима «без перемешивания».
Тяжёлый фильтр первого порядка с T=30 с сгладит пену, но насос долго не увидит реальный подъём при быстром заполнении. Компромисс на объекте:
Медианный фильтр по 5 точкам за 1 с отсекает одиночные выбросы от пены. Ограничение скорости изменения MAX_DELTA = 2 %/с режет нереалистичные скачки, но пропускает медленный подъём 1 %/с. Для аварии HIGH - отдельная переменная после лёгкого фильтра плюс таймер 2 с удержания выше порога.
В CODESYS и MasterSCADA 4D есть FB фильтрации; параметры фиксируют в паспорте канала. Оператору на тренде показывайте и сырой (серым), и рабочий уровень - спор с технологом закончится быстрее. Не дублируйте фильтр на HMI и в ПЛК - двойная задержка убьёт смысл быстрого канала для защиты.
Deadband 1-2 % вокруг уставки насоса убирает лишние пуски без влияния на аварийный верхний уровень.
Рабочая схема на насосных станциях и реакторах: Level_raw с AI, Level_display с медианой для тренда, Level_alarm с минимальным фильтром и коротким таймером для HIGH. Межзамковая защита смотрит на Level_alarm, не на сглаженный тренд. Технолог смотрит на Level_display и не путает «красивую» кривую с тем, что отключит насос.
Если бюджет позволяет - независимый дублирующий датчик на критичных ёмкостях (поплавковый или второй радар с другой геометрией). Это не замена фильтра, а последний рубеж при отказе основного LT.
При приёмке сравнивают три точки: пусто, рабочая середина, верх (безопасно). При включённой мешалке сравнение с рулеткой по смотровому стеклу или вторым независимым LT - плавающий разброс записывают как «ожидаемое при перемешивании», а не как брак.
Если без мешалки сигнал стабилен, а с мешалкой плывёт - физика и фильтр, не замена AI модуля. Если плывёт всегда - обрыв, плохой контакт, неверный масштаб. Сверка EU и сырого тока - в материалах по 4-20 мА.
При обрыве ток падает к 0 или 2 мА, quality Bad, авария «датчик отказ» однозначна. При перемешивании ток в норме 4-20, quality Good, колебания периодические. Мультиметр на клемме AI покажет живой сигнал с рябью. Не путайте с кратковременными выходами за 3,6 мА из-за помех - там другая форма на осциллографе, не синхронная с оборотами мешалки.
Краткий скачок в ноль на одну выборку при вибрации клеммы - диагностика обрыва и затяжка, не медианный фильтр на 60 с.
| Симптом на тренде | Вероятная причина | Настройка / действие |
|---|---|---|
| Синусоида в такт мешалке, радар | Вихрь / пена на поверхности | Режим пены в голове; смещение точки; медиана 1-2 с |
| Короткие иглы вверх 1-2 раза в минуту | Пузыри пены | Медианный фильтр; deadband HIGH |
| Плавное плавание ±3-5 %, гидростатика | Турбулентность у патрубка | Перенос отбора; сифон; медиана |
| Уровень завышен только при пене | Радар цепляет пену | Порог эхо; технологический допуск; осмотр |
| Авария HIGH мигает | Порог без задержки на пене | Таймер 2-3 с на HIGH; отдельный порог |
| После снижения мешалки всё стабильно | Не неисправность LT | Зафиксировать режимы в паспорте |
| Ноль скачков без мешалки | Подпитка, кавитация, утечка | Баланс масс; не только фильтр |
| Сырой и EU плывут одинаково | Поле, не HMI | Фильтр в ПЛК; одна точка масштаба |
Можно ли выключить аварию HIGH пока мешалка работает?
Только если так записано в регламенте техпроцесса и риск перелива покрыт другими средствами.
Медиана или EMA?
Для игловых выбросов пены - медиана; для медленных процессов - EMA с малой постоянной времени.
Радар или гидростатика при постоянной пене?
Часто гидростатика со спокойной трубой стабильнее; зависит от вязкости и температуры.
Сколько секунд задержки на HIGH допустимо?
2-5 с типично для отсечения пены; сверяйте с максимальной скоростью заполнения ёмкости.
Оператор видит одно, рецепт другое?
Проверьте, что PID и аварии смотрят на одну отфильтрованную переменную для защиты, а тренд может быть сглаженнее.
Рябь на тренде в такт сети 50 Гц при спокойной поверхности - не пена, а наводка на неэкранированном кабеле или плохой контакт на клемме модуля AI. Осциллограф на входе покажет синусоиду поверх 4-20 мА. Сначала затяните клемму, проверьте экран по одной точке на шкафу, потом уже медианный фильтр. Иначе фильтр спрячет и реальные всплески от пены.
В проекте удобно завести бит Agitator_Running и два набора порогов аварии HIGH: жёсткий при мешалке OFF, мягкий с deadband при ON. Переключение по задержке 5 с после пуска мешалки убирает ложные срабатывания в момент появления вихря. Технолог подписывает оба порога в карте рецепта - спор «кто подкрутил уставку» исчезает.
В паспорте ёмкости фиксируют: тип LT, место установки, амплитуда колебаний при штатной мешалке (%), настройки фильтра в ПЛК (тип, окно, таймер HIGH), пороги аварии для режимов с мешалкой и без. При замене датчика на другую модель повторяют замер «плывущего» участка - не копируют старые уставки слепо.
Оператору выдайте одну фразу для журнала: «уровень плавает при мешалке в пределах паспорта» vs «выход за паспорт - звать АСУ». Это снижает ночные вызовы из-за нормальной физики процесса.
Если уровень «плывёт», а массовый баланс по расходу на входе и выходе сходится - скорее всего датчик реагирует на геометрию поверхности, а не на утечку. Если баланс не сходится - не списывайте всё на пену: ищите подпитку, испарение, зависший клапан. Тренд расхода и уровня на одном экране за 15 минут мешалки часто заканчивают спор технолога и наладчика быстрее, чем спор о настройках фильтра вслепую.
На FAT снимите скриншот тренда с подписью скорости мешалки и амплитуды в процентах - приложите к паспорту ёмкости. Через год при смене датчика не будут гадать, «как было нормально».
Ультразвуковой уровнемер на той же ёмкости иногда ведёт себя иначе, чем радар: пена даёт завышение, вихрь - провал. Если на объекте два типа LT, не копируйте настройки фильтра с одного на другой без замера - амплитуда ряби может отличаться в разы при той же мешалке.