水位傳感器原理及應(yīng)用

1、水位測(cè)量位置及作用水位測(cè)量位置及作用測(cè)量水位的作用：1.經(jīng)濟(jì)運(yùn)行要求；2.安全運(yùn)行的依據(jù)；3.防洪抗旱的要求依據(jù)之一；4.調(diào)度依據(jù)；測(cè)量的位置：1、水庫(kù)水位；2、尾水水位；3、集水井水位；4. 。水位測(cè)量傳感器水位測(cè)量傳感器常用測(cè)量水位的傳感器超聲波水位傳感器超聲波水位傳感器通過(guò)聲波從傳感器表面到水面的時(shí)間來(lái)測(cè)量水位。：可以定制。：一般選擇輸出信號(hào)為420mA。通過(guò)超聲波在空中的傳播時(shí)間t來(lái)計(jì)算超聲傳感器與被測(cè)物之間的距離s 。由于聲波在空中傳播的速度c是一定的，則根據(jù)：s=ct / 2可計(jì)算出s 壓力式水位傳感器不同的水位產(chǎn)生凈水壓強(qiáng)是不同的，測(cè)量出水壓，就可以計(jì)算出水位值。：可以定制。：一

2、般選擇輸出信號(hào)為420mA。常用測(cè)量水位的傳感器常用測(cè)量水位的傳感器水位傳感器顯示觸摸屏生產(chǎn)廠家：武漢電力科技開(kāi)發(fā)有限公司繼電器報(bào)警輸出EM235AD轉(zhuǎn)換模塊S7-224XP開(kāi)關(guān)電源PORT 0隔離變壓器防雷裝置PORT 1輸出遠(yuǎn)程顯示裝置電源AC220V傳感器采用投入水位傳感器，輸出信號(hào)為420mA，量程由用戶制定。安裝時(shí)安裝在鉆有孔的鋼管中，避免動(dòng)水引起測(cè)量誤差。傳感器輸出的信號(hào)經(jīng)過(guò)防雷裝置后連接AD轉(zhuǎn)換模塊，以防雷擊損壞傳感器和AD模塊。AD轉(zhuǎn)換模塊為12位，輸入信號(hào)設(shè)置為電流測(cè)量方式，輸入信號(hào)范圍為020mA。PLC根據(jù)設(shè)定的參數(shù)（量程、AD基準(zhǔn)點(diǎn)、AD滿量程值等）自動(dòng)計(jì)算水位值，當(dāng)超

3、出限制值時(shí)，給出報(bào)警信號(hào)（繼電器和指示燈）。水位顯示、參數(shù)設(shè)置、報(bào)警指示燈都由觸摸屏完成。裝置介紹裝置介紹裝置功能裝置功能可連接遠(yuǎn)程顯示裝置多種量程可供選擇（顯示范圍：0999.99米）傳感器輸出軟件校正越限報(bào)警功能（上上限、上限、下限、下下限）防雷功能全觸摸操作采用Modbus協(xié)議通訊水位數(shù)據(jù)處理水位數(shù)據(jù)處理水位傳感器輸出信號(hào)范圍為020mA，必須通過(guò)一定的轉(zhuǎn)換，將其轉(zhuǎn)換為實(shí)際水位水位計(jì)算公式：H=（XA）（1000）(BA) 假設(shè)：1. 傳感器量程為100米；2. AD轉(zhuǎn)換后0米水位對(duì)應(yīng)數(shù)字A；3. AD轉(zhuǎn)換后100米水位對(duì)應(yīng)數(shù)字B；4. 當(dāng)前測(cè)量的數(shù)字為X，計(jì)算水位H；數(shù)據(jù)濾波及水質(zhì)系數(shù)

4、數(shù)據(jù)濾波及水質(zhì)系數(shù)為提高水位測(cè)量的精度，一般要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，水位測(cè)量裝置常用的濾波算法有：1、取平均值：同時(shí)采集多個(gè)值，取其平均值作為實(shí)際的數(shù)據(jù)。2、一階滯后濾波法 ：一般取a=01，本次濾波結(jié)果=（1-a）*本次采樣值+a*上次濾波結(jié)果。 水質(zhì)對(duì)采集精度的影響：投入傳感器是通過(guò)測(cè)量水的靜壓力來(lái)間接的測(cè)量水位，其基準(zhǔn)是以凈水壓力來(lái)核算的，在多泥沙的水質(zhì)中，必須考慮水質(zhì)對(duì)水位值的影響，一般要根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定一個(gè)水質(zhì)系數(shù)進(jìn)行彌補(bǔ)。實(shí)際水位值=測(cè)量水位值*水質(zhì)系數(shù) （水質(zhì)系數(shù) 小于等于1）水位傳感器安裝要求水位傳感器安裝要求5、傳感器不能安裝在動(dòng)水中，應(yīng)該安裝在測(cè)壓井或通過(guò)管道安裝在水中；1、傳感

5、器引線不易太長(zhǎng)，安裝時(shí)注意不能折彎引線。注意本能使引線承受過(guò)大的拉力；3、引線如果太長(zhǎng)，必須進(jìn)行防雷處理，如引線從鐵管中傳出；2、任何時(shí)候都不能堵塞傳感器引線中的空氣管，否則無(wú)法測(cè)量數(shù)據(jù)；4、傳感器不能投入到泥沙中，否則會(huì)造成傳感器測(cè)壓孔堵塞，從而無(wú)法測(cè)量數(shù)據(jù)；并且定期清理傳感器測(cè)壓孔，注意不能用尖銳物體插入測(cè)壓孔；引線孔孔傳感器在管中安裝6、定期清理傳感器中的泥沙，以免泥沙阻塞孔從而影響測(cè)量；7、定期進(jìn)行測(cè)量校準(zhǔn)，以提高測(cè)量的精度；閘門高度測(cè)量傳感器及閘門控制閘門高度測(cè)量傳感器及閘門控制學(xué)習(xí)情境 三閘門控制類型閘門控制類型閘門控制一般采用三種方式：1.螺桿式: 通過(guò)電機(jī)正反轉(zhuǎn)帶動(dòng)連接在閘門螺

6、桿,從而實(shí)現(xiàn)閘門的開(kāi)、關(guān)。一般適用于小閘門，如引水式電站渠道的閘門控制。2.卷?yè)P(yáng)式: 通過(guò)卷?yè)P(yáng)機(jī)正反轉(zhuǎn)，帶動(dòng)連接在閘門上的鋼絲繩, 實(shí)現(xiàn)開(kāi)啟操作，而關(guān)閉則是靠閘門的重力自行關(guān)閉。3.液壓方式：通過(guò)液壓控制啟閉機(jī)進(jìn)行開(kāi)啟、關(guān)閉操作。閘門高度測(cè)量閘門高度測(cè)量閘門高度測(cè)量傳感器絕對(duì)式光電編碼器：輸出直接是二進(jìn)制數(shù)據(jù)，表示當(dāng)前的閘高。特點(diǎn)： 1、測(cè)量方便，無(wú)需進(jìn)行方向判斷；2、掉電后數(shù)據(jù)不會(huì)丟失；3、為提高抗干擾的能力，輸出數(shù)據(jù)采用格雷碼輸出；4、安裝時(shí)必須保證在整個(gè)閘門開(kāi)關(guān)的過(guò)程中，編碼器只能轉(zhuǎn)一圈或一圈以內(nèi)，必須選擇合適的變速箱。5、輸出接線比較多，隨著傳感器精度提高而增加。6、常用傳感器輸出的數(shù)

7、據(jù)為12位。閘門高度測(cè)量傳感器所使用的光電編碼器有兩種：測(cè)量示意圖變速箱光電編碼器重物鋼絲繩轉(zhuǎn)向輪閘門軸絕對(duì)式光電編碼器工作原理發(fā)光管碼盤光敏二級(jí)管擋光板l 格雷碼是一種數(shù)字排序系統(tǒng)，其中的所有相鄰整數(shù)在它們的數(shù)字表示中只有一個(gè)數(shù)字不同。它在任意兩個(gè)相鄰的數(shù)之間轉(zhuǎn)換時(shí)，只有一個(gè)數(shù)位發(fā)生變化。大大地減少了由一個(gè)狀態(tài)到下一個(gè)狀態(tài)時(shí)邏輯的混淆。十進(jìn)制數(shù)自然二進(jìn)制數(shù)格雷碼000000000100010001200100011300110010401000110501010111601100101701110100810001100910011101101010111111101111101211001

8、010131101101114111010011511111000格雷碼特點(diǎn)格雷碼轉(zhuǎn)換閘門高度測(cè)量閘門高度測(cè)量閘門高度測(cè)量傳感器閘門高度測(cè)量傳感器所使用的光電編碼器有兩種：測(cè)量示意圖變速箱光電編碼器重物鋼絲繩轉(zhuǎn)向輪閘門軸增量式光電編碼器：輸出為三路脈沖信號(hào)，其中一路為零點(diǎn)脈沖。其余兩路每發(fā)一個(gè)脈沖代表閘門高度改變一定的高度，通過(guò)兩路脈沖信號(hào)的相位差表示增加還是減少閘門高度。特點(diǎn)： 1、測(cè)量閘門的高度為累計(jì)值，并且要通過(guò)相位差判斷方法，測(cè)量復(fù)雜；2、掉電后數(shù)據(jù)丟失,必須重新設(shè)定；3、同樣碼盤直徑情況下，傳感器精度比絕對(duì)式高；4、在整個(gè)閘門開(kāi)關(guān)的過(guò)程中，編碼器可以旋轉(zhuǎn)多圈，安裝調(diào)整方便。增量式光電

9、編碼器工作原理增量式光電編碼器工作原理零點(diǎn)的判斷：加裝零點(diǎn)檢測(cè)輸出信號(hào)方向判斷：安裝兩組光電檢測(cè)裝置，位置上相差1/4周期，輸出信號(hào)差90度。典型光電編碼器典型光電編碼器閘門控制實(shí)例閘門控制實(shí)例 某電廠引水渠道一共有7個(gè)閘門，分別裝有7套PLC閘門控制裝置。同時(shí)，控制裝置通過(guò)光纖和計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)相連，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視。 每套閘門監(jiān)控系統(tǒng)安裝有閘門高度測(cè)量裝置（絕對(duì)式）、光電限位開(kāi)關(guān)、軟啟動(dòng)裝置、過(guò)壓保護(hù)、斷相保護(hù)、視頻監(jiān)視等等裝置。閘門控制、操作原理閘門控制、操作原理測(cè)量示意圖變速箱光電編碼器重物鋼絲繩轉(zhuǎn)向輪閘門軸反光板反光板下限光電開(kāi)關(guān)上限光電開(kāi)關(guān)操作示意圖閘門閘門電機(jī)螺桿電鎖定電機(jī)軸閘門

10、控制、操作原理閘門控制、操作原理 操作說(shuō)明： 閘門的開(kāi)關(guān)是通過(guò)電機(jī)正反轉(zhuǎn)完成，當(dāng)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，帶動(dòng)閘門的螺桿上或下運(yùn)行，從而控制閘門的開(kāi)關(guān)； 無(wú)論開(kāi)啟還是關(guān)閉閘門，先打開(kāi)電機(jī)的鎖定。當(dāng)不操作時(shí)，關(guān)閉鎖定，避免閘門在重力的作用下自動(dòng)關(guān)閉； 閘門可以在任意設(shè)定高度停止；WDJK PLC型閘門控制裝置型閘門控制裝置三相異步電機(jī)電量變送器開(kāi)度測(cè)量12位絕對(duì)式編碼器數(shù)據(jù)線輸出控制狀態(tài)反饋觸摸屏通信輸出到計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)停止上升急停故障復(fù)歸下降遠(yuǎn)方/就地接觸器及熱繼電器空開(kāi)交流電源上限位下限位信號(hào)輸入指示燈拔、落鎖定拔鎖定到位420mA落鎖定到位閘門控制閘門控制PLC程序框圖（部分）程序框圖（部分）抜鎖定、開(kāi)

11、始延時(shí)開(kāi)閘門操作有故障？已到上限？返回有命令？清命令拔鎖定到位松閘時(shí)間未到開(kāi)閘門鎖定已松？發(fā)故障命令返回返回YYYYNNNNN清命令閘門控制閘門控制PLC程序框圖（部分）程序框圖（部分）抜鎖定、開(kāi)始延時(shí)關(guān)閘門操作有故障？已到下限？返回有命令？清命令拔鎖定到位松閘時(shí)間未到關(guān)閘門鎖定已松？發(fā)故障命令返回返回YYYNNNNN清開(kāi)命令Y閘門控制閘門控制PLC程序框圖（部分）程序框圖（部分）閘門上、下限判斷及故障判斷（一）到上限？和上限差值在許可范圍內(nèi)？返回到下限？計(jì)算開(kāi)度測(cè)量和上限差值計(jì)算開(kāi)度測(cè)量和下限差值和下限差值在許可范圍內(nèi)？傳感器故障清開(kāi)、關(guān)命令NNYYYN有開(kāi)關(guān)命令？N速度超出最快或最慢范圍計(jì)

12、算動(dòng)作速度返回清開(kāi)、關(guān)命令電機(jī)故障返回NYABY上限標(biāo)志下限標(biāo)志Y閘門控制閘門控制PLC程序框圖（部分）程序框圖（部分）上限開(kāi)關(guān)閉合？開(kāi)度接近上限？返回傳感器故障清開(kāi)、關(guān)命令NYYNA下限開(kāi)關(guān)閉合？N開(kāi)度接近下限？YNBY閘門上、下限判斷及故障判斷（二）上限標(biāo)志下限標(biāo)志思考一下問(wèn)題思考一下問(wèn)題1、如何實(shí)現(xiàn)上位機(jī)進(jìn)行閘門操作？3、如何指定操作時(shí)位置？（位置控制）2、如何實(shí)現(xiàn)現(xiàn)地、遠(yuǎn)方操作？4、如何進(jìn)行速度計(jì)算？計(jì)算速度有何作用？液壓操作系統(tǒng)液壓操作系統(tǒng) 對(duì)于大型的閘門，普遍利用油壓操作的液壓?jiǎn)㈤]機(jī)代替閘門進(jìn)行操作。 下圖是黃龍?zhí)峨姀S閘門控制的液壓操作系統(tǒng)圖。其基本參數(shù)如下表所示：序號(hào) 名 稱 規(guī) 范 單位1提升閘門壓力 5.0兆帕2作用筒活塞工作行程6.75米3快速提升時(shí)間12分鐘4快速關(guān)