水位傳感器原理及應(yīng)用ppt課件

1、水位測量位置及作用,測量水位的作用：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)；,測量的位置：1、水庫水位；2、尾水水位；3、集水井水位；4. 。。。,1,水位測量傳感器,常用測量水位的傳感器,超聲波水位傳感器原理：超聲波水位傳感器通過聲波從傳感器表面到水面的時(shí)間來測量水位。測量范圍：可以定制。輸出：一般選擇輸出信號(hào)為4~20mA。,通過超聲波在空中的傳播時(shí)間t來計(jì)算超聲傳感器與

2、被測物之間的距離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,2,壓力式水位傳感器原理：不同的水位產(chǎn)生凈水壓強(qiáng)是不同的，測量出水壓，就可以計(jì)算出水位值。測量范圍：可以定制。輸出：一般選擇輸出信號(hào)為4~20mA。,常用測量水位的傳感器,3,WPC PLC型水位測量裝置 系統(tǒng)結(jié)構(gòu),水位傳感器,,顯示觸摸屏,生產(chǎn)廠家：武漢電力科技開發(fā)有限公司,繼電器報(bào)警輸出,EM235AD轉(zhuǎn)換模塊,S7-2

3、24XP,開關(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,4,傳感器采用投入水位傳感器，輸出信號(hào)為4~20mA，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)水引起測量誤差。,傳感器輸出的信號(hào)經(jīng)過防雷裝置后連接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)置為電流測量方式，輸入信號(hào)范圍為0~20mA。,PLC根據(jù)設(shè)定的參數(shù)（量程

4、、AD基準(zhǔn)點(diǎn)、AD滿量程值等）自動(dòng)計(jì)算水位值，當(dāng)超出限制值時(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,5,,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：0~999.99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,6,水位數(shù)據(jù)處理,水位傳感器輸出信號(hào)范圍為0~20mA，必須通過一定的轉(zhuǎn)換，將其轉(zhuǎn)換

5、為實(shí)際水位,水位計(jì)算公式：H=（X－A）×（100－0）／(B－A),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)前測量的數(shù)字為X，計(jì)算水位H；,7,數(shù)據(jù)濾波及水質(zhì)系數(shù),為提高水位測量的精度，一般要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，水位測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=0~1，本

6、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：投入傳感器是通過測量水的靜壓力來間接的測量水位，其基準(zhǔn)是以凈水壓力來核算的，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=測量水位值*水質(zhì)系數(shù) （水質(zhì)系數(shù) 小于等于1）,8,水位傳感器安裝要求,5、傳感器不能安裝在動(dòng)水中，應(yīng)該安裝在測壓井或通過管道安裝在水中；,1、傳感器引線不易太長，安裝時(shí)注意

7、不能折彎引線。注意本能使引線承受過大的拉力；,3、引線如果太長，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，否則無法測量數(shù)據(jù)；,4、傳感器不能投入到泥沙中，否則會(huì)造成傳感器測壓孔堵塞，從而無法測量數(shù)據(jù)；并且定期清理傳感器測壓孔，注意不能用尖銳物體插入測壓孔；,,,,,,,,,引線,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量；,7、定期進(jìn)行測量校準(zhǔn)，以提高測量的

8、精度；,9,閘門高度測量傳感器及閘門控制,學(xué)習(xí)情境 三,10,閘門控制類型,閘門控制一般采用三種方式：1.螺桿式: 通過電機(jī)正反轉(zhuǎn)帶動(dòng)連接在閘門螺桿,從而實(shí)現(xiàn)閘門的開、關(guān)。一般適用于小閘門，如引水式電站渠道的閘門控制。2.卷揚(yáng)式: 通過卷揚(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：通過液壓控制啟閉機(jī)進(jìn)行開啟、關(guān)閉操作。,11,閘門高度測量,閘門高度測量傳感器,絕對(duì)式光電編碼器

9、：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、測量方便，無需進(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)閘門開關(guān)的過程中，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)據(jù)為12位。,閘門高度測量傳感器所使用的光電編碼器有兩種：,測量示意圖,,,,,變速箱,光電編碼器,,,,重物,鋼

10、絲繩,轉(zhuǎn)向輪,閘門,軸,12,,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,13,,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。,格雷碼特點(diǎn),,格雷碼轉(zhuǎn)換,15,閘門高度測量,閘門高度測量傳感器,閘門高度測量傳感器所使用的光電編碼器有兩種：,測量示意圖,,,,,變速箱,光電編碼器,,

11、,,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、測量閘門的高度為累計(jì)值，并且要通過相位差判斷方法，測量復(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)閘門開關(guān)的過程中，編碼器可以旋轉(zhuǎn)多圈，安裝調(diào)整方便。,16,增量式光電編碼器工

12、作原理,零點(diǎn)的判斷：加裝零點(diǎn)檢測輸出信號(hào)方向判斷：安裝兩組光電檢測裝置，位置上相差1/4周期，輸出信號(hào)差90度。,,17,,典型光電編碼器,18,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)安裝有閘門高度測量裝置（絕對(duì)式）、光電限位開關(guān)、軟啟動(dòng)裝置、過壓保護(hù)、斷相保護(hù)、視頻監(jiān)視等等裝置。,19,閘門控制、操作原理,測量示意

13、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,下限光電開關(guān),上限光電開關(guān),操作示意圖,,閘門,閘門,,,電機(jī),螺桿,電鎖定,,電機(jī)軸,20,閘門控制、操作原理,操作說明：閘門的開關(guān)是通過電機(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，從而控制閘門的開關(guān)；無論開啟還是關(guān)閉閘門，先打開電機(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；

14、,21,,WDJK PLC型閘門控制裝置,S7-200PLC,三相異步電機(jī),,,,IO擴(kuò)展模塊,AD模塊,電量變送器,,,,,,,,開度測量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,,,,,,,,,,軟啟動(dòng)裝置,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,4~20mA,落鎖定到位,22,

15、閘門控制PLC程序框圖（部分）,抜鎖定、開始延時(shí),開閘門操作,有故障？,已到上限？,返回,有關(guān)命令？,清命令,拔鎖定到位松閘時(shí)間未到,開閘門,鎖定已松？,發(fā)故障命令,返回,,,,,,,,,,,,返回,,Y,Y,Y,Y,N,N,N,N,,,,N,清命令,,23,閘門控制PLC程序框圖（部分）,抜鎖定、開始延時(shí),關(guān)閘門操作,有故障？,已到下限？,返回,有開命令？,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,

16、,,,,,,,,,,返回,,Y,Y,Y,N,N,N,N,,,,N,清開命令,Y,,,24,閘門控制PLC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)算開度測量和上限差值,計(jì)算開度測量和下限差值,和下限差值在許可范圍內(nèi)？,,,,傳感器故障,,清開、關(guān)命令,,,N,N,,,,Y,Y,,Y,N,有開關(guān)命令？,,N,,速度超出最快或最慢范圍,計(jì)算動(dòng)作速度,返回,清開、關(guān)命令,電

17、機(jī)故障,,,,,,,,返回,N,Y,A,,B,,Y,上限標(biāo)志,下限標(biāo)志,Y,25,閘門控制PLC程序框圖（部分）,上限開關(guān)閉合？,開度接近上限？,返回,,傳感器故障,,清開、關(guān)命令,,,N,,,,Y,Y,,N,A,,下限開關(guān)閉合？,,N,,,開度接近下限？,Y,N,B,,Y,閘門上、下限判斷及故障判斷（二）,上限標(biāo)志,下限標(biāo)志,,26,思考一下問題,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

18、、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？,27,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啟閉機(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：,29,任 務(wù) 一,1.查看仿真系統(tǒng)的資料，查看其水位（水庫水位、攔污柵后水位、集水井等地方）測量的方法。 2.仔細(xì)分析圖，查看運(yùn)行手冊(cè)，分析仿真系統(tǒng)中閘門操作的過程。3.分析閘門在正常操作和故障操作有何不同？,30,