Affaire PT Tirta Bumi : Mesure du niveau des réservoirs d'eau et d'eaux usées avec radar 80 GHz

Trois bassins d'une station d'épuration municipale ont échoué de trois façons différentes, et les trois échecs avaient la même cause.Cet article examine le problème de mesure du niveau dans un réservoir d'eau brute, un puits transparent et un puits humide de station de levage des eaux usées, où les supports sont l'eau et les eaux usées filtrées - des liquides à haute diélectricité qui devraient être faciles à mesurer.Les émetteurs ultrasoniques existants ont échoué parce que la condensation a gouté sur la face du transducteurLa mousse sur la surface des eaux usées absorbe l'impulsion acoustique et les changements de température de l'air déplacent la correction de la vitesse du son.C'est exactement pour cela que le remplacement - un radar à 80 GHz FMCW - fonctionne là où les ultrasons ne fonctionnent pas.L'article couvre le diagnostic, la sélection, l'installation et les changements apportés au contrôle de la pompe après la saison des pluies.

Profil du client: PT Tirta Bumi Water Treatment (Indonésie)

PT Tirta Bumi Water Treatment est une compagnie municipale d'eau en Indonésie exploitant des installations d'admission d'eau brute, de puits propres et de stations de levage des eaux usées.La séquence de pompage et la prévention des débordements dans ces bassins dépendent de signaux de niveau qui restent fiables dans les atmosphères humides, la condensation et la mousse - les conditions exactes qui ont vaincu les instruments ultrasoniques précédents.

2Le site: trois bassins, une plainte récurrente

Le journal des instruments de l'usine racontait une histoire cohérente à trois endroits: un réservoir d'eau brute tamponnant l'entrée du fleuve, un puits clair stockant l'eau traitée,et une station de levage d'eaux usées pour le puits humide alimentant l'usineTous trois utilisaient des émetteurs de niveau ultrasonique, et tous les trois sont apparus dans le journal de maintenance pour les mêmes raisons: lectures erratiques, commandes de pompe fausses, et visites de nettoyage.Le puits humide était le pire cas.L'enquête a commencé par une question simple: ces trois défaillances séparées,ou une défaillance répétée trois fois parce que la technologie est mauvaise pour l'environnement?

3Mode de défaillance 1: condensation sur le transducteur

Dans le réservoir d'eau crue et le puits clair, l'atmosphère au-dessus de l'eau est humide, et le transducteur - plus froid que la vapeur - accumule de la condensation.Une couche de gouttelettes d'eau sur un transducteur à ultrasons n'est pas un problème esthétique.La lecture dérive ou s'arrête, et la boucle de commande réagit à un signal qui ne représente plus la surface de l'eau.La réponse de l' entretien était le nettoyage.Mais l'horaire traitait le symptôme, la cause était qu'un capteur acoustique devait travailler à travers un film d'eau sur sa propre face.et cela se répète dans chaque réservoir humide.

4Mode de défaillance 2: mousse à la surface des eaux usées

Dans le puits humide, les tensioactifs dans les eaux usées et les turbulences de l'afflux produisent une couche de mousse.L'émetteur a ensuite verrouillé sur n'importe quel écho est revenu en premier - parfois le haut de mousseLe résultat fut un cycle de pompage à faux niveaux élevés et à sec à faux niveaux bas, et par temps humide le risque de débordement.La mousse n' était pas temporaire.La mesure devait voir à travers, et la mesure acoustique ne peut pas.

5Mode d' échec 3: la vitesse du son n' est pas constante

La mesure du niveau ultrasonique convertit le temps de vol en distance en utilisant la vitesse du son dans l'air - et cette vitesse change avec la température, l'humidité et la composition des gaz.Les émetteurs à ultrasons portent un capteur de température et appliquent une correctionDans un réservoir chauffé par le soleil ou dans un puits ventilé, l'air n'est pas uniforme.donc la correction elle-même est devenue une source d'erreurLes lectures semblaient plausibles et étaient erronées. Ce troisième mode d'échec est le plus subtil, car il ne s'annonce pas par des pannes; il dégrade simplement discrètement la mesure.

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7Le tableau de diagnostic: pourquoi le radar enlève les trois

Les trois modes d'échec sont cartographiés un à un sur la physique du radar:

Un radar FMCW de 80 GHz a été choisi car la haute fréquence permet une petite antenne légère qui se monte facilement sur des bassins ouverts,Le traitement de l'eau et de l'eau de mer donne un résultatLe matériau de l'antenne est PVDF ou PTFE, hydrophobe par conception. The same foam that blinds ultrasonic barely affects radar - the wave passes through and reflects from the water below - while a differential-pressure sensor would see through foam but drift with density and clog at the diaphragmLe choix de la technologie est donc une décision sur le mode de défaillance que le site peut tolérer.

8. Configuration pour le contrôle de la pompe

Le radar a été configuré comme une source de niveau pour le PLC, et non comme un contrôleur autonome.HART activé pour les modifications à distanceLe démarrage, l'arrêt et les seuils d'alarme élevée de la pompe sont restés dans le PLC, de sorte que l'instrument est resté une source de niveau simple et fiable.suffisamment court pour ne pas masquer un véritable niveau élevéLa direction de sécurité a été la décision intéressante: dans le puits humide, un écho perdu a été réglé pour conduire la sortie élevée, de sorte que les pompes fonctionnent plutôt que de déborder.Ce choix doit correspondre à la philosophie de contrôle du site.; c'est une décision, pas un défaut.

9Le support, le câble et le puits humide

L'installation a été délibérément simple: au-dessus des bassins ouverts, le radar est monté sur un support rigide éloigné du flux d'entrée, de sorte que l'eau éclaboussée ne passe pas à travers le faisceau;une parenthèse de flexion déplacerait l'antenne et déplacerait la référence zéroDans le puits humide, un boîtier IP68 a été choisi car le puits peut être inondé.mise à la terre à une seule extrémité - une mise à la terre à un seul point évite la boucle de mise à la terre qui injecterait autrement du bruit dans la boucle de 4 à 20 mADans l'atmosphère des eaux usées, l'entrée du câble et la classification du logement ont été confirmées par rapport aux considérations H2S du site - l'instrument ne déroge pas aux exigences de sécurité du site.

10. Mise en service: mettre en place le système de sécurité

La mise en service a suivi le diagnostic, le décalage de montage et la profondeur du bassin ont été saisis pour que la sortie détermine le véritable niveau, un enregistrement à spectre vide a capturé des échos fixes des supports, des murs, des fenêtres, des fenêtres, des fenêtres, des fenêtres, des fenêtres, des fenêtres, des fenêtres, des fenêtres, des fenêtres, des fenêtres, des fenêtres, des fenêtres, etc.échelles et tuyauterieLes niveaux de démarrage et d'arrêt de la pompe ont été vérifiés à l'aide d'un ruban à mesurer.le seuil d'écho a été réglé pour suivre la surface du liquide plutôt que le sommet de mousseLa direction de sécurité a été testée en déconnectant la boucle et en regardant le PLC répondre comme prévu.Tous les réglages et vérifications sont entrés dans le fichier de l'usine..

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12Le test de la saison des pluies

La saison des pluies a donné le verdict. Les flux ont augmenté rapidement et fréquemment; les niveaux de puits humides ont oscillé dans toute la gamme; la mousse était lourde.les pompes ont fonctionné à des niveaux réelsLe réservoir d'eau brute et le puits clair sont restés stables pendant les mois humides sans aucune chute de condensation.Le nettoyage récurrent du transducteur n'était plus nécessaireLes statistiques avant et après ne sont pas fournies; ce que l'usine a obtenu est un signal de niveau qui reflète la surface liquide plutôt que la mousse, et des boucles de contrôle qui se comportent en conséquence.

13La valeur de l'ingénierie et où ce diagnostic se répète

La valeur du changement s'exprime mieux sous forme d'événements évités: pas de débordement dû aux lectures en mousse à l'aveugle, pas d'usure de la pompe due à un faux cycle, pas d'exposition à l'entretien dans le puits humide.La méthode de diagnostic - tracer chaque défaillance à sa cause physique et vérifier le remplacement contre cette cause - est la partie transférableIl s'applique aux prises d'eau brute, aux puits clairs, aux réservoirs de refoulement filtrant, aux réservoirs de boues, aux bassins d'eau pluviale et aux puits humides des stations de pompage partout.le radar à ondes guidées doit être évalué en parallèle; pour les puits d'eaux usées contenant de l'H2S, confirmer les matériaux d'emballage et suivre les exigences de détection des gaz du site.indiquer la profondeur du bassin et le type de montage (buse ou support), si la mousse ou l'inondation est prévue, la tension d'alimentation disponible et l'interface du système de commande (4-20 mA, HART ou Modbus).