Ультразвуковой уровнемер раздельный: где инновации? 

Когда слышишь ?раздельный ультразвуковой уровнемер?, первое, что приходит в голову — наконец-то избавились от проблем с высокими температурами в ёмкости. Но вот в чём загвоздка: многие до сих пор путают, где здесь реальный технологический скачок, а где просто маркетинговая переупаковка старой схемы ?приёмник-передатчик + блок электроники?. Сам долгое время считал, что главное — это выносной блок индикации и настройки подальше от зоны установки датчика. Оказалось, всё несколько глубже и капризнее.

Не просто ?разделили?, а зачем?

Классическая проблема ультразвука на процессах выше +80°C — деградация пьезоэлемента и затухание сигнала в самом преобразователе. Решение ?разделить? конструкцию — не самоцель. Суть в том, чтобы чувствительный элемент у излучателя/приёмника работал в максимально щадящем температурном режиме, а основная электроника, которая греется сама по себе, вообще стояла в шкафу управления. Но вот нюанс: длина кабеля между преобразователем и вторичным прибором. Если для токовой петли 4-20 мА это не критично, то для высокочастотного ультразвукового сигнала — каждый лишний метр это потери, наводки и потенциальная нестабильность показаний. Видел проекты, где закладывали стандартный экранированный кабель на 50 метров, а потом месяцами искали причину скачков уровня в спокойном резервуаре.

Здесь и появляется вопрос к производителям: что именно они вынесли? Только индикатор и кнопки? Или ещё и предусилитель, и часть цифровой обработки? У ультразвуковой уровнемер раздельный от ООО Шанхай Кэньчуань Прибор в некоторых моделях, если брать их сайт kenchuang.ru, видно смещение акцента — они позиционируют это как способ монтажа в тяжёлых условиях при сохранении точности. Но из описания не сразу понятно, как решена проблема целостности сигнала. Приходилось на практике проверять.

Один из наших случаев на сахарном заводе: ставили как раз раздельный уровнемер для сиропа, температура под 90°C. Монтажники, по привычке, проложили кабель в общем лотке с силовыми линиями двигателей мешалок. Результат — фон в показаниях, который менялся в зависимости от того, какие двигатели включены. Пришлось перекладывать отдельно, в металлорукав, с заземлением. Вывод: инновация не в самом факте разделения, а в комплексном инженерном решении, включающем и конструктив датчика, и рекомендации по монтажу, которые часто игнорируют.

Полевой опыт: что ломается на самом деле

Говоря об инновациях, часто упускают банальную ?живучесть?. Раздельная конструкция — это минимум два корпуса, два места ввода кабеля, больше соединений. Главный враг здесь — не температура среды, а конденсат, агрессивная атмосфера и вибрация. Вторичный блок, который вешают в помещении, обычно живёт долго. А вот головка датчика на крыше резервуара… Там история другая.

Помню историю с замером уровня известкового молока. Заказчик сэкономил, взял модель с алюминиевым корпусом головки вместо нержавейки. Через полгода — коррозия по крепёжным отверстиям и попадание влаги внутрь. Сигнал стал ?плыть?. Производитель, конечно, винит монтаж. Но по факту, инновационный продукт должен учитывать такие сценарии. У того же Кэньчуань в ассортименте, если смотреть на kenchuang.ru, есть и радарные уровнемеры, и магнитные перекидные. И иногда для едкой среды с взвесями радар оказывается надёжнее ультразвука, даже раздельного. Это к вопросу о выборе технологии вообще.

Ещё один момент — калибровка. Когда преобразователь и электроника разделены, некоторые системы требуют юстировки ?по месту?. То есть привезти на объект ноутбук, подключиться к блоку управления и вводить поправки на длину кабеля, затухание. Это не всегда удобно. Современные тенденции — это предкалибровка на производстве и возможность дистанционной подстройки через HART или уже даже по беспроводным протоколам. Но это уже следующий уровень цены и сложности.

Интеграция в АСУ ТП: скрытые сложности

Казалось бы, поставил датчик, подключил аналоговый выход 4-20 мА к ПЛК — и всё. Но с раздельными системами часто идут цифровые интерфейсы (RS-485, Modbus) как основное средство связи между блоком датчика и блоком индикации/управления. И здесь начинается головная боль для системных интеграторов. Не все ПЛК ?понимают? протокол конкретного производителя уровнемера. Нужны дополнительные конвертеры или драйверы в SCADA.

Работали с системой на базе продуктов от ООО Уху Кэньчуань Прибор. У них, как у производителя полевых приборов и приборов отображения, в линейке есть и интегрированные датчики температуры. Логично было ожидать, что их раздельный ультразвуковой прибор будет отдавать по шине и данные о температуре среды (косвенно, через свой термодатчик). На деле оказалось, что в базовой версии эта функция не активирована, нужна была отдельная прошивка. Мелочь, но на пусконаладочных работах создало задержку.

Поэтому сейчас, оценивая подобное оборудование, смотрю не только на точность измерения и температурный диапазон. Сразу задаю вопросы: какой протокол связи между модулями? Открытый ли он? Есть ли встроенные диагностические функции (например, контроль засорения мембраны, падение уровня сигнала)? Часто именно эти ?софтовые? фичи и являются реальными инновациями, а не железо само по себе.

Экономика проекта: где реальная выгода?

Стоимость раздельного ультразвукового уровнемера выше, чем у моноблока. Оправдание — экономия на обслуживании и ремонте. Мол, если сломается электронная часть, её можно заменить, не лезя на резервуар и не снимая сам датчик. Теоретически — да. Но на практике ремонт чаще всего заключается в замене всего комплекта ?в сборе?, потому что диагностика, какая именно часть вышла из строя (преобразователь, предусилитель в головке, основной процессорный блок), требует времени и оборудования.

Реальная выгода проявляется в другом. Во-первых, при первичном монтаже в опасных зонах. Можно установить головку датчика, а тяжёлый блок с дисплеем поставить в удобном для считывания месте, даже за пределами зоны. Во-вторых, при модернизации старых объектов. Часто бывает готовая проводка от резервуаров к диспетчерской. Раздельный ультразвуковой уровнемер позволяет использовать старые кабельные трассы, если их состояние позволяет передавать не аналоговый сигнал, а цифровой.

Компания Кэньчуань, судя по её портфелю, делает ставку на комплексные решения. Не просто продать датчик уровня, а предложить связку: ультразвуковой уровнемер раздельный + электромагнитный расходомер на тот же трубопровод + датчики давления. И тогда выгода считается уже от снижения затрат на закупку у одного поставщика, унификации программного обеспечения для настройки. Это уже бизнес-инновация, а не техническая.

Взгляд вперёд: что будет дальше?

Если отбросить маркетинг, то основное развитие видится не в дальнейшем ?разделении?, а в миниатюризации и увеличении интеллекта непосредственно в головке датчика. Сейчас туда уже ставят мощные процессоры для первичной цифровой обработки сигнала и компенсации помех. Следующий шаг — встроенные беспроводные модули (например, на базе LoRaWAN), чтобы вообще обойтись без кабеля между частями прибора.

Но здесь есть ограничение по энергопотреблению. Активная ультразвуковая эхолокация — процесс энергозатратный. Пока что для постоянного мониторинга беспроводные решения проигрывают в надёжности проводным. Возможно, гибридный вариант: провод для питания, а связь — по радиоканалу. Такие эксперименты уже есть.

И последнее. Часто ищем инновации в железе, а они кроются в данных. Современный уровнемер, особенно раздельный, с его вынесенным блоком управления — это уже готовый узел сбора данных. Он может считать не просто уровень, а скорость его изменения, строить простейшие тренды, сигнализировать о нештатных ситуациях (например, слишком быстрое опустошение — возможна утечка). Вот эта интеграция в концепцию Индустрии 4.0, способность прибора быть источником смысловой информации, а не просто ?датчиком миллиампер? — это, на мой взгляд, и есть главное направление для инноваций в сегменте раздельных ультразвуковых уровнемеров. И те производители, которые, как ООО Шанхай Кэньчуань Прибор, развивают линейку приборов отображения и управления, находятся здесь в более выигрышной позиции.