專利名稱：一種全自動深坑電機防淹沒裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種液位控制裝置，尤其是涉及到一種以使用電裝置為特征的液位控制裝置。
背景技術(shù)：
在很多場合，一些大型給排水設(shè)施需要在低于水面的深坑中安裝電機設(shè)備，例如，以鋼鐵企業(yè)的連鑄機為例，連鑄機在澆注過程中需 要大量的噴淋用水，以實現(xiàn)鑄坯的結(jié)晶冷卻。單臺連鑄機的噴淋水量數(shù)百噸/小時，噴淋水被收集到溶劑超過1000立方米的沉淀池，池水深度通?？刂圃?-5米范圍。電機坑和沉淀池為緊鄰的同規(guī)格深坑，相互間有大口徑水管相通，沉淀池水由多套電機水泵抽取、加壓，送往水處理廠集中處理，循環(huán)使用。電機水泵被安裝在電機坑底部，生產(chǎn)狀態(tài)時沉淀池水深度通常高出電機頂部I米。電機坑中有大量的水管、閥門、水泵加壓回路等，坑內(nèi)因滲漏導致深度積水的概率是隨機的，任一部件環(huán)節(jié)損壞造成大累積量泄漏，就會淹沒電機和控制設(shè)備。為防止電機坑內(nèi)出現(xiàn)電機被淹沒問題，通常在電機坑中另挖了一個容積I立方米左右的積水井，井中放置帶開關(guān)量輸出的浮球裝置(輸出為上限、下限常開型觸點)，用于響應(yīng)積水井的水位變化。浮球開關(guān)量輸出送到由繼電器組構(gòu)成的兩位式回路控制柜，帶動積水井中的潛水泵，實現(xiàn)水位控制。在實際使用中，該裝置的浮球常年浸泡在水中，由于積水井含油污、雜質(zhì)，使浮球動作可靠性呈現(xiàn)劣化傾向，導致浮球在水位升降過程中被卡死，致使對應(yīng)的上、下限開關(guān)量無輸出變化，造成潛水泵不啟動或者潛水泵始終運行。同時浮球的開關(guān)量觸點、繼電器組成的控制回路，由于受基坑內(nèi)部濕、熱環(huán)境的影響，其觸點可靠性下降，致使控制系統(tǒng)不能響應(yīng)積水井的水位的變化，無法啟動潛水泵，使整個沉淀池的多套水泵電機、現(xiàn)場控制柜、電動閥門等被水淹沒，造成停產(chǎn)事故。此外現(xiàn)有的水位控制裝置無狀態(tài)反饋，缺乏系統(tǒng)綜合狀態(tài)輸出，如實際水位狀態(tài)、系統(tǒng)是否得電、控制回路運行狀態(tài)、高水位報警等都無法判斷、報警，使得連鑄控制室的操作人員無法遠程監(jiān)控，系統(tǒng)基本處于無監(jiān)視狀態(tài)。中國發(fā)明專利“單回路變頻水泵直接液位水平控制系統(tǒng)”(中國發(fā)明專利號ZL02129641. 3，公開號CN1399177)公開了一種通過調(diào)節(jié)水泵電機的轉(zhuǎn)速，代替調(diào)節(jié)閥的作用，實現(xiàn)液位水平控制的系統(tǒng)，通過集成容器液位回路、控制液位回路、容器液位檢測電路、控制液位檢測電路、信息處理控制電路，由開啟關(guān)閉控制回路產(chǎn)生輸出信號，最終改變水泵電機的轉(zhuǎn)速實現(xiàn)控制功能。該技術(shù)方案的目的是為了穩(wěn)定水位，而且其電路和管路結(jié)構(gòu)復雜，成本高昂，不適合用于解決本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題。中國發(fā)明專利申請“風力發(fā)電機組塔架內(nèi)地面電氣設(shè)備防淹系統(tǒng)”(申請?zhí)?00610029353.X，公開號CN101113721)公開了一種風力發(fā)電機組塔架內(nèi)地面電氣設(shè)備防淹系統(tǒng)，包括一設(shè)置在塔架內(nèi)用于放置風力發(fā)電機組地面電氣設(shè)備的平臺；還包括一驅(qū)動平臺升、降的升降裝置通過驅(qū)動平臺上升或下降，從而防止風力發(fā)動機組地面電氣設(shè)備被水淹沒。該技術(shù)方案通過抬高設(shè)備的方法防止地面電氣設(shè)備被水淹沒，完全沒有排水功能，更不能解決深坑電機的防水淹問題。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是要提供一種利用單片微處理器邏輯控制替代現(xiàn)場繼電器組合方式的全自動深坑電機防淹沒裝置，解決深坑電機防水淹的可靠性和設(shè)備遠程監(jiān)控的技術(shù)問題。本實用新型解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種全自動深坑電機防淹沒裝置，由液位傳感器、液位變送器、液位控制器和潛水泵組成，其特征在于所述的液位控制器設(shè)置信號調(diào)理單元、AD轉(zhuǎn)換單元、運算處理單元和輸出控制單元；所述的液位傳感器的輸出端連接到液位變送器的輸入端，液位變送器的輸出端通過所述的信號調(diào)理單元連接到AD轉(zhuǎn)換單元的輸入端，AD轉(zhuǎn)換單元的控制輸入端和數(shù)據(jù)輸出端連接到運算處理單元的I/O端口，所述的運算處理單元的控制輸出端口經(jīng)輸出控制單元連 接到潛水泵的啟動/停止控制電路。本實用新型的全自動深坑電機防淹沒裝置的一種較佳的技術(shù)方案是所述的液位控制器設(shè)置運行狀態(tài)采樣單元；所述的運行狀態(tài)采樣單元的輸入端連接潛水泵供電電路，所述的運行狀態(tài)采樣單元的模擬信號輸出端連接到信號調(diào)理單元；所述的運行狀態(tài)采樣單元雙向連接到運算處理單元的I/O端口。本實用新型的全自動深坑電機防淹沒裝置的一種改進的技術(shù)方案是所述的液位控制器的面板上設(shè)置用于配置控制參數(shù)和顯示配置參數(shù)與運行狀態(tài)的鍵盤顯示單元；所述的鍵盤顯示單元連接到運算處理單元的I/o端口。本實用新型的全自動深坑電機防淹沒裝置的一種進一步改進的技術(shù)方案是所述的液位控制器設(shè)置遠程通訊單元；所述的遠程通訊單元雙向連接到運算處理單元的I/o端口，所述遠程通訊單元的通訊端口連接到現(xiàn)場地面的PLC工作站，經(jīng)過控制網(wǎng)絡(luò)連接到置于遠程主控制室的HMI單元，把運行狀態(tài)信號和報警信號傳送到HMI單元的顯示器。本實用新型的有益效果是本實用新型采用測量積水井的液位，替代現(xiàn)有技術(shù)的浮球開關(guān)，可避免物理位置的卡死問題，基本實現(xiàn)現(xiàn)場傳感器免維護。用單片機為核心的液位控制器替代原繼電器組合回路，方便水位控制量程的任意調(diào)節(jié)，同時把積水井水位報警信號和系統(tǒng)運行狀態(tài)信號，通過液位控制器輸出到水平地面的現(xiàn)場PLC工作站，由工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)傳遞到遠程主控制室計算機顯示，從而消除電機井積水監(jiān)測盲點。

圖I是本實用新型的全自動深坑電機防淹沒裝置的電路結(jié)構(gòu)框圖；圖2是液位控制器的信號調(diào)理單元的電原理圖；圖3是液位控制器的AD轉(zhuǎn)換單元的電原理圖；圖4是液位控制器的運算處理單元的電原理圖；圖5是本實用新型的全自動深坑電機防淹沒裝置的現(xiàn)場配置示意圖。
具體實施方式
[0020]為了能更好地理解本實用新型的上述技術(shù)方案，
以下結(jié)合附圖和實施例進行進一步詳細描述。本實用新型的第一個實施例全自動深坑電機防淹沒裝置的電路結(jié)構(gòu)如圖I所示，由液位傳感器100、液位變送器200、液位控制器300和潛水泵400組成，液位控制器300設(shè)置信號調(diào)理單元310、AD轉(zhuǎn)換單元320、運算處理單元330和輸出控制單元340 ;液位傳感器100的輸出端連接到液位變送器200的輸入端，液位變送器200的輸出端通過信號調(diào)理單元310連接到AD轉(zhuǎn)換單元320的輸入端，AD轉(zhuǎn)換單元320的控制輸入端和數(shù)據(jù)輸出端連接到運算處理單元330的I/O端口，運算處理單元330的控制輸出端口經(jīng)輸出控制單元340連接到潛水泵400的啟動/停止控制電路。在圖I所示的本實用新型的全自動深坑電機防淹沒裝置的實施例中，液位控制器300還設(shè)置運行狀態(tài)采樣單元350和遠程通訊單元360 ;運行狀態(tài)采樣單元350的輸入端
連接潛水泵400供電電路，運行狀態(tài)采樣單元350的模擬信號輸出端連接到信號調(diào)理單元310 ;所述的運行狀態(tài)采樣單元350和遠程通訊單元360雙向連接到運算處理單元330的I/O端口，遠程通訊單元360的通訊端口連接到現(xiàn)場地面的可編程控制PLC工作站，經(jīng)過控制網(wǎng)絡(luò)連接到置于遠程主控制室的人機接口單元HMI，把運行狀態(tài)信號和報警信號傳送到人機接口單元HMI的顯示器。在本實用新型的全自動深坑電機防淹沒裝置的一個實施例中，液位控制器300的面板上設(shè)置鍵盤顯示單元；鍵盤顯示單元連接到運算處理單元330的I/O端口。鍵盤顯示單元用于現(xiàn)場配置控制參數(shù)，例如，液位控制上下限，鍵盤顯示單元可以顯示配置參數(shù)與運行狀態(tài)，例如，顯示液位傳感器100檢測到的液位高度。在本實用新型的全自動深坑電機防淹沒裝置的另一個實施例中，遠程通訊單元360是PR0FIBUS-DP總線接口模塊，所采用的控制網(wǎng)絡(luò)是PR0FIBUS-DP總線控制網(wǎng)絡(luò)。PR0FIBUS-DP是一種高速、低成本通信，專門用于設(shè)備級控制系統(tǒng)與分散式I/O的通信。PR0FIBUS-DP用于現(xiàn)場設(shè)備級的高速數(shù)據(jù)傳送，主站周期地讀取從站的輸入信息并周期地向從站發(fā)送輸出信息。除周期性用戶數(shù)據(jù)傳輸外，PR0FIBUS-DP還提供智能化設(shè)備所需的非周期性通信以進行組態(tài)、診斷和報警處理。在該實施例中，遠程通訊單元360的通訊端口連接到現(xiàn)場地面的可編程控制工作站PLC，現(xiàn)場工作站采用西門子ET200。ET200通過PR0FIBUS-DP總線連接到置于遠程控制室的PLC公共控制中心的HMI單元，把運行狀態(tài)信號和報警信號傳送到人機接口單元HMI的顯示器，PLC公共控制中心采用西門子S7-400。在本實用新型的全自動深坑電機防淹沒裝置中的液位控制器300設(shè)有執(zhí)行輸入信號處理功能的的信號調(diào)理單元310，信號調(diào)理單元310的一個實施例的電原理圖如圖2所示。信號調(diào)理單元310用于輸入信號的電平轉(zhuǎn)換、多路切換和輸入端口的過壓保護與抗干擾處理。信號調(diào)理單兀310接收液位變送器200輸出的標準4 20毫安輸入信號,通過處理轉(zhuǎn)換為與AD轉(zhuǎn)換單元320模擬信號輸入端所要求的O 5V直流電壓信號。信號調(diào)理單元310還接收運行狀態(tài)采樣單元350獲取的運行狀態(tài)模擬信號，例如，電源電壓和潛水泵電流等采樣信號，提供相應(yīng)的信號調(diào)理變換功能。圖3是液位控制器300的AD轉(zhuǎn)換單元320的一個實施例的電原理圖，AD轉(zhuǎn)換單元320由帶可變增益及雙積分功能的AD模數(shù)轉(zhuǎn)換集成電路U4和外圍控制電路組成，AD轉(zhuǎn)換單元320將經(jīng)過信號調(diào)理單元310調(diào)理輸出的標準化模擬信號轉(zhuǎn)換為運算處理單元330所要求的數(shù)字信號。在本實用新型的全自動深坑電機防淹沒裝置的一個實施例中，采用單片微處理器U6作為運算處理單元330，參見圖4。借助單片微處理器的數(shù)據(jù)、程序存儲和控制功能，通過AD轉(zhuǎn)換單元320獲取數(shù)字化的積水井液位信號，通過比較運算，實現(xiàn)潛水泵的啟動和停止控制，產(chǎn)生報警狀態(tài)輸出信號。在圖2 4所示的實施例中，Ul和U3采用4051八通道模擬多路選擇器/多路分配器，U2采用0P07精密運算放大器，U4采用ICL7135模數(shù)轉(zhuǎn)換器；U5采用X25045是帶有串行E2PR0M的CPU監(jiān)控器，U6采用8031單片微處理器，U7采用TL431三端可調(diào)分流基準源。單片微處理器U6的I/O 口通過AK3 Ak5連接到信號調(diào)理單元310，通過AKO Ak2、BUSY和POL連接到AD轉(zhuǎn)換單元320，實現(xiàn)對信號調(diào)理單元310和AD轉(zhuǎn)換單元320的控制。在本實用新型的全自動深坑電機防淹沒裝置的一個實施例中，液位傳感器100采用全封閉靜壓式液位傳感器，潛水泵400和液位傳感器100置于機坑中水位最低點的積水井底部，液位控制器300組裝在封閉箱體內(nèi)，置于深坑電機500的機坑內(nèi)，現(xiàn)場配置示意圖 如圖5所示。液位控制器300接受液位變送器200通過液位傳感器100獲取的4 20mA液位信號后，根據(jù)設(shè)定值與實際測量值的差異，判斷需要控制的水位范圍，通過輸出控制單元340輸出開關(guān)控制信號，驅(qū)動潛水泵400運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)類似二位式模式的功能，替代現(xiàn)有技術(shù)的繼電器方式回路，實現(xiàn)水位控制量程可調(diào)節(jié)。例如，設(shè)定控制水位O. 4米 O. 7米范圍內(nèi)，控制狀態(tài)的實例如下一、當水位處于上升狀態(tài)I.水位小于下限，潛水泵不運行；2.水位大于下限小于上限，潛水泵保持前狀態(tài)；3.水似大于上限，潛水栗啟動。二、當水位處于下降狀態(tài)I.水似大于上限，潛水栗啟動。2.水位大于下限小于上限，潛水泵保持前狀態(tài)；3.當水位小于下限時，水泵停止運行。通過液位控制器300的控制，積水井水位變化處于一個固定尺度內(nèi)，該尺度可以通過現(xiàn)場控制器調(diào)整的方式完成。同時，液位控制器300還通過運行狀態(tài)采樣單元350和遠程通訊單元360把運行狀態(tài)信號和報警信號傳送到遠程PLC控制中心的人機接口單元HMI的顯示器，實現(xiàn)功能故障報警、現(xiàn)場供電故障報警等功能。在本實用新型的一個實施例中，在PLC控制中心的HMI的出坯主畫面上，增加沉淀池液位顯示和沉淀池機坑(設(shè)備池)的液位正常或系統(tǒng)異常顯示；在水處理畫面上，增加沉淀池機坑的液位正常或系統(tǒng)異常顯示。屏幕顯示內(nèi)容包含正常狀態(tài)和4種異常狀態(tài) I、機坑積水井液位超過上限(在本實施例中，距積水井底O. 7米)；2、液位控制器異常斷電；3、液位控制器電路故障；4、潛水泵失電。[0045]本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當認識到，以上的實施例僅是用來說明本實用新 型的技術(shù)方案，而并非用作為對本實用新型的限定，任何基于本實用新型的實質(zhì)精神對以上所述實施例所作的變化、變型，都將落在本實用新型的權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種全自動深坑電機防淹沒裝置，由液位傳感器、液位變送器、液位控制器和潛水泵組成，其特征在于 所述的液位控制器設(shè)置信號調(diào)理單元、AD轉(zhuǎn)換單元、運算處理單元和輸出控制單元；所述的液位傳感器的輸出端連接到液位變送器的輸入端，液位變送器的輸出端通過所述的信號調(diào)理單元連接到AD轉(zhuǎn)換單元的輸入端，AD轉(zhuǎn)換單元的控制輸入端和數(shù)據(jù)輸出端連接到運算處理單元的I/O端口，所述的運算處理單元的控制輸出端口經(jīng)輸出控制單元連接到潛水泵的啟動/停止控制電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的全自動深坑電機防淹沒裝置，其特征在于所述的液位控制器設(shè)置運行狀態(tài)采樣單元；所述的運行狀態(tài)采樣單元的輸入端連接潛水泵供電電路，所述的運行狀態(tài)采樣單元的模擬信號輸出端連接到信號調(diào)理單元；所述的運行狀態(tài)采樣單元雙向連接到運算處理單元的I/O端口。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的全自動深坑電機防淹沒裝置，其特征在于所述的液位控制器的面板上設(shè)置用于配置控制參數(shù)和顯示配置參數(shù)與運行狀態(tài)的鍵盤顯示單元；所述的鍵盤顯示單元連接到運算處理單元的I/O端口。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的全自動深坑電機防淹沒裝置，其特征在于所述的液位控制器設(shè)置遠程通訊單元；所述的遠程通訊單元雙向連接到運算處理單元的I/O端口，所述遠程通訊單元的通訊端口連接到現(xiàn)場地面的PLC工作站，經(jīng)過控制網(wǎng)絡(luò)連接到置于遠程主控制室的HMI單元，把運行狀態(tài)信號和報警信號傳送到HMI單元的顯示器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的全自動深坑電機防淹沒裝置，其特征在于所述遠程通訊單元是PROFIBUS-DP總線接口模塊，所述的控制網(wǎng)絡(luò)是PROFIBUS-DP總線控制網(wǎng)絡(luò)，所述遠程通訊單元通過PLC工作站和PROFIBUS-DP總線連接到置于遠程控制室的HMI單元。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的的全自動深坑電機防淹沒裝置，其特征在于所述的運算處理單元是單片微處理器。
7.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的全自動深坑電機防淹沒裝置，其特征在于所述的液位傳感器是全封閉靜壓式液位傳感器，所述的潛水泵和液位傳感器置于水位最低點的積水井底部，所述的液位控制器組裝在封閉箱體內(nèi)置于深坑電機的機坑內(nèi)。
專利摘要本實用新型涉及一種液位控制裝置，尤其是涉及到一種全自動深坑電機防淹沒裝置，由液位傳感器、液位變送器、液位控制器和潛水泵組成，液位傳感器連接到液位變送器，通過信號調(diào)理單元連接到AD轉(zhuǎn)換單元的輸入端，AD轉(zhuǎn)換單元的控制輸入端和數(shù)據(jù)輸出端連接到運算處理單元的I/O端口，經(jīng)輸出控制單元連接到潛水泵的啟動/停止控制電路。遠程通訊單元的通訊端口連接到現(xiàn)場地面的PLC工作站，經(jīng)過控制網(wǎng)絡(luò)連接到置于遠程主控制室的HMI單元。用測量積水井的液位實現(xiàn)傳感器免維護；用單片機為核心的液位控制器替代繼電器組合回路，方便水位控制量程的任意調(diào)節(jié)，通過工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)傳遞到遠程主控制室計算機顯示，從而消除電機井積水監(jiān)測盲點。
文檔編號G05D9/12GK202548655SQ20122001313
公開日2012年11月21日 申請日期2012年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月12日
發(fā)明者孫博, 楊飚, 金建國, 陳曉峰 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司