雷達(dá)超聲波傳感器在工礦企業(yè)中的應(yīng)用缺失

戴宏偉 董延超

（1.河南格瑞特科技有限公司 鄭州 2.洛陽鉬業(yè)集團股份公司 河南洛陽）

雷達(dá)、超聲波傳感器近年來發(fā)展迅速，在位置傳感方面，由于測量范圍廣、精度高、反應(yīng)快、環(huán)境耐受程度好，在工礦企業(yè)、交通運輸、商業(yè)民用領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛。特別是在工礦企業(yè)，自動化程度要求越來越高，工序之間的配合要求越來越嚴(yán)格，位置、距離、速度等方面的控制已成為生產(chǎn)流程中重要的一環(huán)。通過測量料位、工位、液位、距離、速度等參數(shù)即能實現(xiàn)自動控制，正在逐步取代傳統(tǒng)的傳感器裝置。而雷達(dá)、超聲波傳感器在應(yīng)用過程中存在的不足主要表現(xiàn)是：因選型、安裝或使用不當(dāng)，造成測量失準(zhǔn)、控制失效或故障增多，甚至已經(jīng)影響到正常的使用和推廣。為此，就雷達(dá)超聲波傳感器在工礦企業(yè)應(yīng)用過程中存在的缺失問題，談幾點個人看法。

一、對實際的測控要求及參數(shù)掌握不準(zhǔn)確

雷達(dá)、超聲波傳感器對數(shù)據(jù)的測量轉(zhuǎn)換傳遞，是為了更快、更好和更安全地實現(xiàn)目的控制，完成目標(biāo)任務(wù)。作為項目實施人員，對控制參數(shù)的要求應(yīng)該有準(zhǔn)確的了解，如距離、位置、速度、時間等，這些參數(shù)是傳感器選型的基本依據(jù)，某些參數(shù)的獲取甚至要經(jīng)過嚴(yán)格的分析計算。但不少用戶在這方面做得不夠，未能將雷達(dá)、超聲波傳感器在企業(yè)生產(chǎn)中的作用真正發(fā)揮出來。

例如，公司曾為某礦山企業(yè)做過這樣一個案例，尾礦庫沉淀區(qū)溢流水循環(huán)流入回水池回收，然后由離心式清水泵送回生產(chǎn)區(qū)域的高位水池供生產(chǎn)使用。因自然蒸發(fā)及地下滲漏損失，回收水只占到生產(chǎn)用水的70%，30%的補充水來自尾礦庫下游回水池不遠(yuǎn)處的水庫，水庫中裝有一備一用2臺潛水泵（額定流量是離心泵的50%），向回水池補充用水量?；厮鼗厥账簧仙揭欢ǜ叨葧r，清水泵（選型略大，不連續(xù)開機）自動開啟，向高位水池供水；回水池水位下降到一定位置后，水庫中的潛水泵自動開啟補水，回水池水位繼續(xù)下降到一定位置時，清水泵和潛水泵全部關(guān)停。一段時間后，回水池內(nèi)蓄水量位置達(dá)到一定高度，下一個供水循環(huán)開始。水位的測定和水泵的啟停是由超聲波位置傳感器來實現(xiàn)的，之前因為參數(shù)把握與設(shè)置不準(zhǔn)確，2臺水泵的啟停或提前或滯后，經(jīng)常導(dǎo)致生產(chǎn)供水量不足或過供水，出現(xiàn)了水向外溢流造成污染環(huán)境和資源浪費等問題，即供水不足時影響生產(chǎn)，過供水又增加了生產(chǎn)能耗。為解決上述問題，對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了嚴(yán)格的核實和計算，如回水池蓄水量、水泵實際流量、生產(chǎn)用水情況、每臺泵開啟關(guān)閉時回水池內(nèi)的水位高度，兩類泵運行時間和間隔的長短等。傳感控制系統(tǒng)是根據(jù)實際掌握的具體參數(shù)精確設(shè)定的，實現(xiàn)了精準(zhǔn)控制2臺泵的啟停運行，降低了水源的流失和能量消耗，確保了生產(chǎn)的連續(xù)性，避免了不規(guī)律的開停機情況，完全做到了對給供水系統(tǒng)自動、高效和規(guī)律的控制。上述精準(zhǔn)有效的控制之所以能夠?qū)崿F(xiàn)，是在所有參數(shù)已知或精確計算掌握后，再對系統(tǒng)合理設(shè)計、選擇、調(diào)整、設(shè)定后得以實現(xiàn)的。

二、用戶對傳感器工作原理及性能參數(shù)不熟悉

超聲波和雷達(dá)測量位距的原理不同，從而導(dǎo)致其運用范圍有一定的區(qū)別。雷達(dá)波傳導(dǎo)和被測物質(zhì)的介電常數(shù)有關(guān)系，超聲波傳遞和被測物質(zhì)的密度有關(guān)。如果是介電常數(shù)很低的物質(zhì)，雷達(dá)的測量效果就要打一定的折扣。所以對固體物質(zhì)的測量，建議使用廠家推薦的超聲波。

1.適用場合

雷達(dá)發(fā)射的是電磁波，不需要傳播媒介。超聲波是聲波中的一種，是一種機械波，是需要傳播媒介的。兩種波的發(fā)射方式也各不相同，超聲波是通過壓電物質(zhì)的振動來發(fā)射的，不可能用在壓力較高或負(fù)壓的場合，一般只用在常壓容器。而雷達(dá)可以用在壓力高的地方。雷達(dá)的發(fā)射角度也比超聲波大。在窄小容器中不推薦使用非接觸式雷達(dá)，最好使用導(dǎo)波雷達(dá)。

2.精度與價格的優(yōu)勢

（1）精度比較。雷達(dá)波傳導(dǎo)測量的精度一般比超聲波高。在測量精度要求高的地方，一般是選用高精度雷達(dá)。

（2）價格比較。一般情況下超聲波價格要比雷達(dá)低，而大量程的超聲波價格，總體上來說也還是比較高的。因此，具體選型時要根據(jù)具體工作及參數(shù)要求等，選擇計量范圍合適及功能適用的傳感器。用戶在這方面知識的了解上，還存在一定的短板，因而增加了選型、使用中的風(fēng)險系數(shù)。信息工程已進(jìn)入到一個高速網(wǎng)絡(luò)化的時代，動動手指，無所不在。同時，也給雷達(dá)、超聲波傳感器等提供了發(fā)揮優(yōu)勢的機遇與空間。

為解決時宜性的問題，必須具有能夠針對性的了解一些知識的能力，使之相對變得更為簡單和直接。例如，公司曾服務(wù)過一個位置傳感器量用量比較大的企業(yè)，倉庫中積壓了一大批因選型失當(dāng)又過了退換期的雷達(dá)傳感器，因為制度的原因，一直得不到有效處理而閑置，最終因過期失效而被毀掉。不但給企業(yè)經(jīng)濟造成了重大損失，也使這些雷達(dá)傳感器未能發(fā)揮出真正的作用。

三、使用環(huán)境因素的影響容易被忽視

無論多么先進(jìn)的工器具，也不是在什么場合都是萬能的，因為任何一門技術(shù)都有其局限性，任何一款產(chǎn)品也都有它的適應(yīng)環(huán)境。如物位傳感器應(yīng)用時，溫度、濕度、霧氣、粉塵、噪聲，以及酸堿度等諸多因素的影響和干擾，都是在選型之前必須要認(rèn)真考慮的。例如，某石膏粉料倉控制用雷達(dá)料位計，使用過程中出現(xiàn)靈敏度不夠甚至失控狀態(tài)，經(jīng)現(xiàn)場調(diào)研分析，是石膏粉落料過程中，飛濺入發(fā)射天線，一定時間后出現(xiàn)了吸潮板結(jié)，經(jīng)過長時間越結(jié)越厚，影響了雷達(dá)波的發(fā)射和傳遞，以至出現(xiàn)測量偏差大，甚至失靈。為此,針對問題產(chǎn)生的原因，加裝了定期吹塵除灰裝置，上述現(xiàn)象得以解決。又如，某煤礦煤倉料位控制系統(tǒng)，初選料位傳感器是國外大品牌的雷達(dá)料位計，安裝調(diào)試完畢后，在試生產(chǎn)過程中暴露出反應(yīng)遲滯、控制有效性不好等問題。經(jīng)過專家現(xiàn)場分析后認(rèn)為，雖然雷達(dá)料位計有較強的抗粉塵能力，但在抵抗介于粉塵和固體之間的粉團能力是否過關(guān)，值得探討。為此，經(jīng)過模擬性試驗，發(fā)現(xiàn)效果確不理想。由于超聲波抗粉團的能力要優(yōu)于雷達(dá)波，為此決定試裝超聲波料位計。通過實踐，其效果明顯優(yōu)于前者，而且投入費用大大降低。

四、選型時的切實性及合理性意識淡薄

由于用戶的實際需求是第一位的，因此在保證滿足需求的同時，還應(yīng)兼顧性價比高，合理性好的原則。而在實際操作中其實不然，投資者往往在品類繁多的產(chǎn)品面前，常常不自覺地忘記了選型及使用的目的。主要體現(xiàn)在：

（1）在廣告效應(yīng)的引領(lǐng)下，往往會失去選擇方向，甚至夸大了需求；關(guān)系各方出于自身利益的考慮，一些設(shè)計者會去迎合需方；個別生產(chǎn)廠家會去推波助瀾，為把市場價格推高，有意把合同額做大。卻不愿意提供切實可行的建議，大多建議用戶選擇那些功能多及價格高的產(chǎn)品。

（2）避免盲目選型造成的不良后果。由于人為忽略選型的合理性、適用性，在增加了用戶成本投入的同時，產(chǎn)品應(yīng)用中的有效性卻在降低，供需雙方合作的風(fēng)險性在不斷增加；從長遠(yuǎn)考慮，雙方的實際利益也都在受到傷害。例如，筆者曾經(jīng)服務(wù)過一家公司，在中礦礦漿箱中安裝超聲波位置傳感器，其傳遞的位置信號，通過智能調(diào)節(jié)儀，變頻調(diào)節(jié)渣漿泵的轉(zhuǎn)速，從而實現(xiàn)流量控制。當(dāng)時公司效益好，選型過程中有一個潛在的原則，即大廠優(yōu)先、名牌優(yōu)先和進(jìn)口優(yōu)先，而將性能、價格、售后等忽略了，結(jié)果選取的某款進(jìn)口產(chǎn)品，因為選型不當(dāng)和其他原因等，在應(yīng)用過程中問題不斷，售后服務(wù)又跟不上，最后與供貨商交惡。這種不切實際的盲目選型，造成不良后果的情況，在企業(yè)經(jīng)營管理過程中并不少見。

市場的需求千變?nèi)f化，日新月異的制造技術(shù)也在實現(xiàn)著產(chǎn)品的多樣化，從而滿足人們的各種需求。傳感器產(chǎn)品同其他產(chǎn)品一樣，越來越專業(yè)化、系列化。正是因為其產(chǎn)品種類繁多，專業(yè)化程度高，不管是設(shè)計方、使用方，對其性能及結(jié)構(gòu)的了解往往不是很全面。此時生產(chǎn)廠家的積極參與，積極提供合理與必要的方案和建議，就顯得尤為重要。

五、安裝調(diào)試方案的可行性與規(guī)范性不強

一個產(chǎn)品無外乎有研發(fā)、生產(chǎn)、流通、安裝、調(diào)試、使用、報廢等環(huán)節(jié)。其中安裝調(diào)試在生產(chǎn)和應(yīng)用中起著承上啟下的作用，直接或間接影響著設(shè)備后期使用、保養(yǎng)與修理等。如果安裝調(diào)試方法不當(dāng)或安裝調(diào)試過程不規(guī)范，都會給后期使用帶來意想不到的后果。傳感器也不例外，規(guī)范的安裝過程和可靠的安裝方案與方法，能最大程度地保證后期使用的安全性、可靠性及方便性。如果不是改造類項目，建議系統(tǒng)設(shè)計時要對傳感器的安裝與使用做出合理安排，既為安裝提供便利條件，也能大幅度降低投資成本。

例如，筆者曾做過一個物位測量方面的安裝調(diào)試工作。當(dāng)時需方要求在某排水井外稍近距離處，測量水位（不斷升高）下面的淤沙（不斷升高的）的上表面，到水層上表面的距離。傳統(tǒng)方法是在溢流井外壁上固定安裝物位計和液位計各1只，因為水位、泥位都是不斷上升的，要定期調(diào)整安裝位置和定期標(biāo)定測量基準(zhǔn)點。傳感信號通過數(shù)據(jù)傳輸計算轉(zhuǎn)換，可以實現(xiàn)物位的實時測量和報警，但需要購置安裝2件物位計，數(shù)據(jù)處理也相對復(fù)雜，使后期使用時的調(diào)整與標(biāo)定工作較難，員工在操作時也有一定難度。經(jīng)反復(fù)研究，最后采取在排水井壁上固定一個滑道，浮子沿滑道隨水位上升而移動，防水物位計固定在浮子上，并隨浮子上升，即測量的上基準(zhǔn)點不變，標(biāo)定調(diào)整工作只需1次；物位計只需1只；數(shù)據(jù)處理簡單，一次性安裝調(diào)整和標(biāo)定；操作容易，投入降低。用戶非常滿意。