Onorthodoxe niveaumeter brengt Honeywell marktsucces

De Smartradar Flexline heet hij, de niveaumeter voor de petrochemische industrie die Honeywell Enraf de afgelopen jaren ontwikkelde. Het Delftse radarsysteem klom door zijn hoge nauwkeurigheid van 0,4 millimeter naar de leiderspositie in de nichemarkt. Naast een multidisciplinair ontwikkelteam stonden vier ingenieurs aan de wieg. Rachid El Masoudi was verantwoordelijk voor de interne architectuur en de softwareontwikkeling, Bin Sai en Ronald Schrier bedachten het meetalgoritme en Arjan de Wit nam de architectrol en technisch productmanagement voor zijn rekening.

Er bestaan twee soorten opslagtanks, met een vast of een drijvend dak. Bij de laatste variant schuiven de daken langs een zogenaamde standpijp op en neer. De Smartradar staat bovenop zo‘n pijp of gewoon boven op het dak. Het meetsysteem zendt een serie frequenties uit rond 10 GHz en registreert het signaal dat terugkaatst op het vloeistofoppervlakte. Uit die meting bepaalt Enraf de afstand tussen de vloeistof en de sensor en berekent het de hoeveelheid olie in de tank. Dat klinkt simpel, maar Enraf moet wettelijk een nauwkeurigheid halen van minstens 1 millimeter. Met een tankdiameter van 80 meter is dat nog altijd een fout van vijfduizend liter.

Arjan de Wit somt drie oorzaken op van het marktsucces: de vormgeving, de architectuur en het meetalgoritme. De Wit: ’De markt voor niveaumeters is nogal behoudend. Over het algemeen is de vormgeving louter functioneel. Wij wilden daar verandering in brengen en een mooi product in de markt zetten.‘

Voor het industriële design en mechanisch ontwerp riep Enraf de hulp in van het Rotterdamse Spark. ’Het is een onorthodoxe uitvoering geworden‘, zegt De Wit trots. ’Het was wel een cultuurschok binnen het bedrijf. Er heerste bijna paniek. ’Wat heb je nou gedaan?‘ De marketing- en salesafdelingen zagen de voordelen wel. We onderscheiden ons van de rest.‘

Copy and paste

Een kek kleurtje is natuurlijk leuk, maar het gaat om de prestaties. Enraf heeft eerst de architectuur onder de loep genomen. ’We zijn overgestapt op modulaire hardware en software‘, aldus De Wit. ’Alle autonome functies zoals radar, meettechniek en interfaces voor de servicetool en voor de veldbuscommunicatie realiseren we op aparte modules. Zo kun je de dingen weglaten die je niet nodig hebt en twee dezelfde bordjes gebruiken om de capaciteit te verdubbelen. Vroeger begonnen we een ontwikkeling vanaf nul en deden we daardoor steeds hetzelfde. Met de bouwblokken en de softwarebibliotheek kunnen we zaken hergebruiken. We willen het in al onze nieuwe instrumenten gaan toepassen.‘

 advertorial 

RFID-toegangsbeveiliging nu nog makkelijker

Voor Identification and Access Management (I.A.M.) heeft Pilz het bedrijfsmoduskeuze- en toegangsautorisatiesysteem PITmode. Voor een onderdeel van dit systeem, de PITreader, heeft Pilz een RFID-transponder in kaart- en stickerformaat ontwikkeld. Alle varianten zijn vrij beschrijfbaar en rechten kunnen vastgelegd worden door gebruik te maken van de eenvoudig passende softwaretools.

Flexconn, zoals de architectuur heet, werd binnen Enraf niet met applaus ontvangen. ’Een deel van de elektronica is generiek‘, verklaart De Wit de weerstand. ’Can-communicatie, een microcontroller, wat interne diagnostiek en geheugen komen op elke module terug. Kostprijstechnisch leek dat lastig, omdat de elektronica voor een deel redundant is. Zoiets krijg je moeilijk verkocht totdat je je realiseert dat de elektronica helemaal niet zo duur meer is. Uiteindelijk bleek het zelfs goedkoper.‘

Sweep

Derde pijler van het Smartradar-succes is het gepatenteerde meetalgoritme. Radar is erg gevoelig voor allerlei obstakels. ’Je moet altijd opletten waar je hem zet, anders krijg je stoorreflecties van de wand of van gaten in de standpijp‘, legt Ronald Schrier uit. ’Bovendien hebben die pijpen een heleboel verschillende trillingsmodi. Al die storingen zitten heel dicht bij elkaar en zijn nauwelijks uit elkaar te houden. Daardoor ontstaan onacceptabele fouten tot een centimeter of tien.‘

Enraf gebruikt de zogenaamde Stepped Frequency Continuous Wave-technologie en zendt tijdens een sweep frequentiepulsen uit tussen 9,5 en 10,5 GHz. ’Hoe groter het sweepbereik, hoe hoger de frequentie van het gereflecteerde signaal en hoe beter de resolutie‘, weet Schrier. ’Je moet heel precies het begin- en eindpunt van de sweep weten. Een sweep van 1 GHz geeft een resolutie van 15 cm. Met ons meetalgoritme halen we de benodigde 1 mm.‘

Het kan nog preciezer als je naar de fase kijkt. Schrier pakt een tekenblok erbij en geeft een signaallesje: ’Je meet het faseverschil tussen de uitgezonden en de teruggekaatste golf. Die is afhankelijk van de golflengte en veel minder gevoeliger voor stoorsignalen. Uit de faseverschillen is een heleboel informatie te halen. Het lastige is dat je de fase weet modulo 2π, ofwel een fout van 15 mm. Het viel niet mee om het nauwkeuriger te krijgen, maar we hebben het nu onder controle. Uiteindelijk was het toch heel simpel. Ik begrijp niet dat ik er niet eerder opgekomen ben. Het belangrijkste is dat je steeds controleert hoe nauwkeurig de fase is. Door snellere hardware kunnen we nu tien keer per seconde meten. Tussen twee metingen verschuift de fase dus niet veel en daardoor halen we nauwkeurigheden tot wel 0,4 mm.‘