浮球液位控制改造研究論文李勇

1、浮球液位控制裝置改進(jìn)研究 單位：玉溪礦業(yè)有限公司大紅山銅礦 作者： 李勇前 言 浮球液位控制裝置實(shí)際上是應(yīng)用較成熟的對(duì)液位調(diào)節(jié)起到控制作用的集成控制系統(tǒng)，也是礦山大量使用的較為普遍的液位控制裝置，近年來(lái)液位控制系統(tǒng)取得了很大的進(jìn)步，出現(xiàn)了許多新型的液位控制儀，如超生波液位計(jì)、雷達(dá)液位計(jì)、光電液位開(kāi)關(guān)等，這些控制的出現(xiàn)大大提高了控制系統(tǒng)的精度，實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)的多樣性。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷提高，人們對(duì)液位控制系統(tǒng)的要求也越來(lái)越高，特別是高精度、人性化的液位控制系統(tǒng)是國(guó)內(nèi)液位控制系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)，也是礦山發(fā)展的必要條件。上述產(chǎn)品在現(xiàn)場(chǎng)使用的過(guò)程中，也會(huì)出現(xiàn)多種問(wèn)題。如測(cè)量不準(zhǔn)確、信號(hào)不穩(wěn)定、受現(xiàn)場(chǎng)環(huán)

2、境限制等情況，無(wú)法合理充分的發(fā)揮出其應(yīng)該的水平。本文就闡述了我廠(chǎng)根據(jù)實(shí)際情況，應(yīng)用現(xiàn)有的設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造的浮球液位控制系統(tǒng)，主要目的是為了確保浮球液位裝置的穩(wěn)定性，有效挺高浮球液位裝置的利用效率，通過(guò)本次的設(shè)計(jì)，降低了現(xiàn)場(chǎng)操作人員的工作強(qiáng)度，確保了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，降低因產(chǎn)品的局限性帶來(lái)的能耗等問(wèn)題，大大提高了輔助設(shè)備的處理能力，為我礦建設(shè)數(shù)字化礦山添磚加瓦。目 錄摘 要4第一章 緒言5第二章 浮球液位控制裝置62.1浮球液位控制裝置的概念62.2傳統(tǒng)液位控制裝置簡(jiǎn)介62.2.1 直接接觸式62.2.2 非接觸式的液位開(kāi)關(guān)7傳統(tǒng)式液位裝置的缺點(diǎn)72.3 浮球液位裝置的改進(jìn)7改進(jìn)的方法72.3.2

3、改進(jìn)后的特點(diǎn)8第三章 改造的可行性研究83.1 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備參數(shù)測(cè)定83.2 可行性討論93.3 開(kāi)停車(chē)時(shí)間計(jì)算103.4 改造后成果11第四章 結(jié)論11參考文獻(xiàn)12摘 要 大紅山銅礦選廠(chǎng)為用水量較大，每天用水量在3000噸左右，回水池、礦漿池等較多，如果每個(gè)點(diǎn)都要人員監(jiān)控，不符合礦山的管理理念，同時(shí)也加大了人員成本的投入，無(wú)利于企業(yè)的發(fā)展，因此，采用各種監(jiān)控裝置、液位控制裝置等先進(jìn)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控是企業(yè)進(jìn)步的必要路徑，也是企業(yè)節(jié)約成本的一個(gè)有效途徑。本文結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，為了解決浮球液位控制裝置不穩(wěn)定等問(wèn)題，介紹了液位控制原理，它是通過(guò)浮球液位裝置、延時(shí)繼電器、交流接觸器等項(xiàng)組合的方法，

4、通過(guò)浮球檢測(cè)液面高低信號(hào)轉(zhuǎn)換成開(kāi)關(guān)數(shù)字信號(hào)，然后在控制電路和驅(qū)動(dòng)電路的作用下實(shí)現(xiàn)對(duì)水位的自動(dòng)控制和故障報(bào)警，并通過(guò)延時(shí)繼電器控制設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間。該電路具有簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定可靠，容易實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)。有效解決由于水位波動(dòng)較大，操作人員離崗位較遠(yuǎn)等原因造成的浮球液位控制器頻繁啟動(dòng)或長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)的問(wèn)題。 關(guān)鍵詞：浮球液位控制；延時(shí)繼電；降低能耗；第一章 緒言在礦山發(fā)展的過(guò)程中，各種感應(yīng)(測(cè))器的發(fā)明與使用大幅地降低了我們工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，也進(jìn)一步節(jié)約了人工投入成本。工業(yè)生產(chǎn)中污水泵池內(nèi)、清水泵池便是利用浮球開(kāi)關(guān)水位控制的最好例子。浮球式水位控制器的原理不但很簡(jiǎn)單且材料也很低廉，但利用浮球開(kāi)關(guān)所做的水位控制器也有

5、缺點(diǎn)，其浮球連桿的支點(diǎn)常故障且容易生銹腐蝕，或者浮球經(jīng)常被礦漿埋死，無(wú)法正常啟動(dòng)，或因液面波動(dòng)較大導(dǎo)致浮球開(kāi)關(guān)頻繁開(kāi)停等。為解決這些問(wèn)題，工業(yè)已制作出紅外線(xiàn)式、投入感應(yīng)式、接近開(kāi)關(guān)式、超音波式等水位控制電路系統(tǒng)；化學(xué)工廠(chǎng)，鋼鐵工廠(chǎng)、面粉工廠(chǎng)、飼料工廠(chǎng)、水泥工廠(chǎng)等工業(yè)可用使得生產(chǎn)得以自動(dòng)化。本文主要目的在于結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際問(wèn)題，利用選廠(chǎng)現(xiàn)有資源，結(jié)合科學(xué)理論，自行制作安裝的液位控制系統(tǒng)，使現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)浮球液位裝置，調(diào)整電機(jī)開(kāi)停機(jī)時(shí)間，穩(wěn)定液面液位，以達(dá)成提高電機(jī)工作效率的目的。經(jīng)過(guò)制作安裝調(diào)試系統(tǒng)后，可以深入的了解現(xiàn)場(chǎng)工作流程，各系統(tǒng)地工作原理，從而更好地調(diào)節(jié)液位高度，提高工作效率。隨著工業(yè)控制的不斷發(fā)

6、展及自動(dòng)化水平的不斷提高,各行各業(yè)為了提高設(shè)備的利用率,降低職工的勞動(dòng)強(qiáng)度及生產(chǎn)成本,大力引進(jìn)自動(dòng)化控制系統(tǒng),浮球液位控制系統(tǒng)也隨著工業(yè)自動(dòng)化的大幅提高而廣受歡迎,并已逐步投入到日常大生產(chǎn)工作中。隨著工作節(jié)奏的變快,工作效率不斷提高,原有的靠工作人員親力親為的監(jiān)控手段正在逐步退出歷史舞臺(tái),采用信息化,集控化已經(jīng)成為現(xiàn)代企業(yè)提高工作效率不可或缺的重要手段之一。第二章 浮球液位控制裝置2.1浮球液位控制裝置的概念 全自動(dòng)水位控制器其工作原理是通過(guò)水面的水位自動(dòng)控制水泵的工作狀態(tài)。即：當(dāng)水位達(dá)預(yù)先設(shè)定的上限時(shí)，水泵自動(dòng)關(guān)閉，而當(dāng)水位達(dá)到預(yù)先設(shè)定的下限時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)水泵，一直到水位升高到上限時(shí)水泵停止運(yùn)

7、轉(zhuǎn)。這可保持一定的水位，同時(shí)達(dá)到無(wú)人操作的目的。2.2傳統(tǒng)液位控制裝置簡(jiǎn)介傳統(tǒng)的液位控制方式有很多，例如最原始的浮球液位控制器還有超生波液位計(jì)、雷達(dá)液位計(jì)、光電液位開(kāi)關(guān)等，這些設(shè)備主要分為直接接觸式和非接觸式兩種。2.2.1 直接接觸式浮球開(kāi)關(guān)來(lái)控制液位一種是帶著大金屬球的浮球開(kāi)關(guān)，浸在液體中時(shí)浮力大，可以控制兩個(gè)液位，比如液體滿(mǎn)了，浮球因?yàn)楦×Χ仙?，帶?dòng)球閥運(yùn)動(dòng)，使閥門(mén)關(guān)閉，停止進(jìn)水，當(dāng)水少了，浮球下降，閥門(mén)打開(kāi)，又再進(jìn)水，如此循環(huán)。這種方式我礦多處液體泵池內(nèi)都在使用。另一種是帶干簧管的微型浮球開(kāi)關(guān)，由外面的帶有磁性小浮球使桿里面的干簧管閉合，從而控制液位，多數(shù)應(yīng)用在清水的液位控制，一般幾

8、塊錢(qián)就有交易了，但易受污物 影響。還有一種是電纜式浮球開(kāi)關(guān)，該裝置通過(guò)一彈性電線(xiàn)與水泵連接，可用于水塔、水池各種浮球開(kāi)關(guān)水位高低的自動(dòng)控制和缺水保護(hù)，允許接的用電器是220V,10A左右，平衡錘或彈性電線(xiàn)的某一固定點(diǎn)到浮筒間的電線(xiàn)長(zhǎng)度，決定水位的高低。這種水位開(kāi)關(guān)應(yīng)用廣泛，價(jià)格便宜，對(duì)于一些要求不太嚴(yán)格的場(chǎng)合適用。但存在這樣的問(wèn)題：有一定耐污能力，浮球易受外界雜物影響其穩(wěn)定性，特別是纖維狀的雜物纏繞而有失誤，同一小水箱里不宜使用多個(gè)，否則會(huì)相纏繞。使用壽命相對(duì)短些，而且多數(shù)直接接220V,存在一定的安全隱患。2.2.2 非接觸式的液位開(kāi)關(guān)超聲波液位控制器。液位控制器的探頭產(chǎn)生高頻超聲波脈沖耦合

9、到容器外壁。這個(gè)脈沖會(huì)在容器壁和液體中傳播，還會(huì)被容器內(nèi)表面反射回來(lái)。通過(guò)對(duì)這種反射特性的檢測(cè)和計(jì)算，就可以判斷出液位是否達(dá)到了液位控制器安裝的位置。液位控制器輸出繼電器信號(hào)，來(lái)完成對(duì)液位的監(jiān)控。主要用于監(jiān)測(cè)儲(chǔ)罐液面，實(shí)現(xiàn)上下限報(bào)警或監(jiān)測(cè)管道中是否有液體存在，儲(chǔ)罐材質(zhì)可以是各類(lèi)金屬、金屬或不發(fā)泡塑料。這種方式不受介質(zhì)密度、介電常數(shù)、導(dǎo)電性、反射系數(shù)、壓力、溫度、沉淀等因素的影響，所以適用于醫(yī)藥，石油，化工，電力，食品等行業(yè)的各類(lèi)液體液位工程控制，對(duì)于有毒的、強(qiáng)腐蝕危險(xiǎn)品液體的檢測(cè)，該產(chǎn)品更是理想的選擇。傳統(tǒng)式液位裝置的缺點(diǎn)以上兩種產(chǎn)品，在礦山生產(chǎn)實(shí)際的應(yīng)用中存在著較大的問(wèn)題，接觸式價(jià)格雖然便宜

10、但受環(huán)境影響較大，如果液面波動(dòng)較大時(shí)，浮球開(kāi)關(guān)將頻繁開(kāi)閉合，可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備起停頻繁，或者因礦漿量突然加大時(shí)，將浮球埋在礦漿下面無(wú)法浮起，導(dǎo)致設(shè)備無(wú)法啟動(dòng)；非接觸式產(chǎn)品價(jià)值較高，投入成本較大，不利于礦山現(xiàn)場(chǎng)大面積使用。2.3 浮球液位裝置的改進(jìn)改進(jìn)的方法 通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際觀(guān)測(cè)，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際情況，我們將采用浮球液位控制器、延時(shí)繼電器等組合的方式，改進(jìn)了接觸式液位控制裝置，將浮球懸掛在液位上限處，當(dāng)泵池內(nèi)液面上升到泵池上限時(shí)，浮球開(kāi)關(guān)啟動(dòng)，電機(jī)啟動(dòng)，同時(shí)采用延時(shí)繼電器對(duì)浮球開(kāi)關(guān)進(jìn)行互鎖，即浮球開(kāi)關(guān)只起到開(kāi)車(chē)作用，無(wú)停車(chē)作用，待延時(shí)繼電器時(shí)間結(jié)束時(shí)，設(shè)備停止轉(zhuǎn)動(dòng)，即延時(shí)繼電器起到停車(chē)作用，這樣就將浮球的開(kāi)

11、關(guān)分開(kāi)，即解決了因液面波動(dòng)大導(dǎo)致的浮球開(kāi)關(guān)頻繁動(dòng)作的問(wèn)題，也解決了因礦漿量突然加大而導(dǎo)致的浮球埋死的問(wèn)題。通過(guò)改進(jìn)簡(jiǎn)單有效的控制了電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，提高設(shè)備使用效率。2.3.2 改進(jìn)后的特點(diǎn)通過(guò)浮球液位控制裝置，控制水池液面的上限，當(dāng)水池液面達(dá)到指定上限時(shí)，浮球開(kāi)關(guān)打開(kāi)，電機(jī)運(yùn)行，然后通過(guò)延時(shí)繼電器進(jìn)行時(shí)間設(shè)定，并對(duì)浮球開(kāi)關(guān)進(jìn)行互鎖保護(hù)，以此控制電機(jī)停止，如此反復(fù)運(yùn)行，可避免現(xiàn)場(chǎng)操作工頻繁檢查水位位面，減少工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率。第三章 改造的可行性研究3.1 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備參數(shù)測(cè)定1、液下泵參數(shù)設(shè)備名稱(chēng)型號(hào)輸出流量揚(yáng)程插入深度液下化工泵YPL80-50/4050M3/ h40M1.654M 2

12、、電機(jī)參數(shù)設(shè)備名稱(chēng)型號(hào)電壓電流額定功率三相異步電動(dòng)機(jī)Y180L-4380V42.5A22KW3、泵池參數(shù)泵池容積：9立方米水流入量：1025立方米/小時(shí)水輸出量：50立方米/小時(shí)表3.1 泵池內(nèi)水流量統(tǒng)計(jì)表3.2 可行性討論 通過(guò)泵池內(nèi)水的流入及輸出量的對(duì)比（見(jiàn)表3.1）可發(fā)現(xiàn)： 1、流入水池的水量波動(dòng)較大； 2、設(shè)備輸送能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于水池內(nèi)水流入量；通過(guò)表3.2可見(jiàn),即使不計(jì)算水量輸出,水流滿(mǎn)水池的時(shí)間也需要20-60分鐘,根據(jù)以上兩表可得出,設(shè)備不必要長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行即可滿(mǎn)足生產(chǎn)需要.但實(shí)際生產(chǎn)中,泵池離現(xiàn)場(chǎng)操作人員較遠(yuǎn),生產(chǎn)操作人員不能時(shí)時(shí)對(duì)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整,因此安裝浮球液位裝置是最為方便快

13、捷的方式,同時(shí)由于水量不穩(wěn)定,造成水面波動(dòng)較大,浮球開(kāi)關(guān)無(wú)法正常使用,所以采用改造后的方式最為合理. 只要通過(guò)合理的計(jì)算,掌握設(shè)備所需開(kāi)停時(shí)間就能達(dá)到自動(dòng)控制的目的.表3.2 水流入水池時(shí)間3.3 開(kāi)停車(chē)時(shí)間計(jì)算水池容量為9立方米的,不計(jì)算水流出部分,水流入時(shí)間根據(jù)水流量大小,所需時(shí)間為: 0.42 0.9小時(shí)；將9立方木水輸送完成,不計(jì)算水流入部分,所需時(shí)間為0.18小時(shí)；在1小時(shí)內(nèi),設(shè)開(kāi)車(chē)時(shí)間為X小時(shí),停車(chē)時(shí)間為Y小時(shí)計(jì)算出最為合理的開(kāi)停車(chē)時(shí)間, 1、 以水流入量最大時(shí)計(jì)算 25Y-50X=9 X+Y=1得出X=0.21,Y=0.79; 2、以水流入量最小時(shí)計(jì)算 10Y-50X=

14、9 X+Y=1得出X=0.02，Y=0.98根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況，為滿(mǎn)足生產(chǎn)實(shí)際要求，確保水池內(nèi)水位不漫出水池，開(kāi)車(chē)時(shí)間設(shè)定為0.2小時(shí)，即開(kāi)車(chē)時(shí)間12分鐘，停車(chē)時(shí)間48分鐘。3.4 改造后成果 改造前，由于水量不穩(wěn)定，液面波動(dòng)大，操作人員離崗位較遠(yuǎn)，無(wú)法準(zhǔn)確控制開(kāi)停機(jī)時(shí)間，因此只能常開(kāi)設(shè)備，以確保水池內(nèi)液面不漫出水池。通過(guò)改造，既縮短了設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，降低能耗，又提高了設(shè)備的使用壽命，同時(shí)降低了操作工的勞動(dòng)強(qiáng)度。1、 電能消耗改善節(jié)約費(fèi)用= 每次停機(jī)時(shí)間一周期時(shí)間×1小時(shí)×24小時(shí)×365天×電機(jī)功率（KW）×平均電費(fèi)(元/KWh)一周期時(shí)間=每次停車(chē)時(shí)間+每次開(kāi)車(chē)時(shí)間節(jié)約費(fèi)用= 4812+48×1×24×365×22×0.6=9.25萬(wàn)元2、電機(jī)壽命改善延長(zhǎng)電機(jī)使用壽命，降低電機(jī)維護(hù)時(shí)間，年可節(jié)約維修費(fèi)用0.6萬(wàn)元。3、備件消耗改善設(shè)備使用時(shí)間減少了9/10的時(shí)間，備件磨損率減低，每年可節(jié)省備件費(fèi)用約1.2萬(wàn)元。第四章 結(jié)論通過(guò)改造，避免了液位波動(dòng)大、水量變化大等情況