水位傳感器原理及應用ppt課件

1、水位測量位置及作用,測量水位的作用：1.經濟運行要求；2.安全運行的依據(jù)；3.防洪抗旱的要求依據(jù)之一；4.調度依據(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間來測量水位。測量范圍：可以定制。輸出：一般選擇輸出信號為4~20mA。,通過超聲波在空中的傳播時間t來計算超聲傳感器與

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可計算出s,2,壓力式水位傳感器原理：不同的水位產生凈水壓強是不同的，測量出水壓，就可以計算出水位值。測量范圍：可以定制。輸出：一般選擇輸出信號為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)結構,水位傳感器,,顯示觸摸屏,生產廠家：武漢電力科技開發(fā)有限公司,繼電器報警輸出,EM235AD轉換模塊,S7-2

3、24XP,開關電源,PORT 0,隔離變壓器,防雷裝置,PORT 1,輸出,遠程顯示裝置,,,,,,,,電源AC220V,4,傳感器采用投入水位傳感器，輸出信號為4~20mA，量程由用戶制定。安裝時安裝在鉆有孔的鋼管中，避免動水引起測量誤差。,傳感器輸出的信號經過防雷裝置后連接AD轉換模塊，以防雷擊損壞傳感器和AD模塊。,AD轉換模塊為12位，輸入信號設置為電流測量方式，輸入信號范圍為0~20mA。,PLC根據(jù)設定的參數(shù)（量程

4、、AD基準點、AD滿量程值等）自動計算水位值，當超出限制值時，給出報警信號（繼電器和指示燈）。,水位顯示、參數(shù)設置、報警指示燈都由觸摸屏完成。,裝置介紹,5,,裝置功能,可連接遠程顯示裝置,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范圍為0~20mA，必須通過一定的轉換，將其轉換

5、為實際水位,水位計算公式：H=（X－A）×（100－0）／(B－A),假設：1. 傳感器量程為100米；2. AD轉換后0米水位對應數(shù)字A；3. AD轉換后100米水位對應數(shù)字B；4. 當前測量的數(shù)字為X，計算水位H；,7,數(shù)據(jù)濾波及水質系數(shù),為提高水位測量的精度，一般要對數(shù)據(jù)進行濾波，水位測量裝置常用的濾波算法有：1、取平均值：同時采集多個值，取其平均值作為實際的數(shù)據(jù)。2、一階滯后濾波法 ：一般取a=0~1，本

6、次濾波結果=（1-a）*本次采樣值+a*上次濾波結果。,水質對采集精度的影響：投入傳感器是通過測量水的靜壓力來間接的測量水位，其基準是以凈水壓力來核算的，在多泥沙的水質中，必須考慮水質對水位值的影響，一般要根據(jù)實際情況設定一個水質系數(shù)進行彌補。實際水位值=測量水位值*水質系數(shù) （水質系數(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水中，應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，必須進行防雷處理，如引線從鐵管中傳出；,2、任何時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、定期進行測量校準，以提高測量的

8、精度；,9,閘門高度測量傳感器及閘門控制,學習情境 三,10,閘門控制類型,閘門控制一般采用三種方式：1.螺桿式: 通過電機正反轉帶動連接在閘門螺桿,從而實現(xiàn)閘門的開、關。一般適用于小閘門，如引水式電站渠道的閘門控制。2.卷揚式: 通過卷揚機正反轉，帶動連接在閘門上的鋼絲繩, 實現(xiàn)開啟操作，而關閉則是靠閘門的重力自行關閉。3.液壓方式：通過液壓控制啟閉機進行開啟、關閉操作。,11,閘門高度測量,閘門高度測量傳感器,絕對式光電編碼器

9、：輸出直接是二進制數(shù)據(jù)，表示當前的閘高。特點： 1、測量方便，無需進行方向判斷；2、掉電后數(shù)據(jù)不會丟失；3、為提高抗干擾的能力，輸出數(shù)據(jù)采用格雷碼輸出；4、安裝時必須保證在整個閘門開關的過程中，編碼器只能轉一圈或一圈以內，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,轉向輪,閘門,軸,12,,絕對式光電編碼器工作原理,發(fā)光管,碼盤,光敏二級管,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)字表示中只有一個數(shù)字不同。它在任意兩個相鄰的數(shù)之間轉換時，只有一個數(shù)位發(fā)生變化。大大地減少了由一個狀態(tài)到下一個狀態(tài)時邏輯的混淆。,格雷碼特點,,格雷碼轉換,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,轉向輪,閘門,軸,增量式光電編碼器：輸出為三路脈沖信號，其中一路為零點脈沖。其余兩路每發(fā)一個脈沖代表閘門高度改變一定的高度，通過兩路脈沖信號的相位差表示增加還是減少閘門高度。特點： 1、測量閘門的高度為累計值，并且要通過相位差判斷方法，測量復雜；2、掉電后數(shù)據(jù)丟失,必須重新設定；3、同樣碼盤直徑情況下，傳感器精度比絕對式高；4、在整個閘門開關的過程中，編碼器可以旋轉多圈，安裝調整方便。,16,增量式光電編碼器工

12、作原理,零點的判斷：加裝零點檢測輸出信號方向判斷：安裝兩組光電檢測裝置，位置上相差1/4周期，輸出信號差90度。,,17,,典型光電編碼器,18,閘門控制實例,某電廠引水渠道一共有7個閘門，分別裝有7套PLC閘門控制裝置。同時，控制裝置通過光纖和計算機監(jiān)控系統(tǒng)相連，實現(xiàn)遠程控制和監(jiān)視。每套閘門監(jiān)控系統(tǒng)安裝有閘門高度測量裝置（絕對式）、光電限位開關、軟啟動裝置、過壓保護、斷相保護、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,轉向輪,閘門,軸,,,,反光板,反光板,下限光電開關,上限光電開關,操作示意圖,,閘門,閘門,,,電機,螺桿,電鎖定,,電機軸,20,閘門控制、操作原理,操作說明：閘門的開關是通過電機正反轉完成，當電機運行時，帶動閘門的螺桿上或下運行，從而控制閘門的開關；無論開啟還是關閉閘門，先打開電機的鎖定。當不操作時，關閉鎖定，避免閘門在重力的作用下自動關閉；閘門可以在任意設定高度停止；

14、,21,,WDJK PLC型閘門控制裝置,S7-200PLC,三相異步電機,,,,IO擴展模塊,AD模塊,電量變送器,,,,,,,,開度測量12位絕對式編碼器,數(shù)據(jù)線,,,輸出控制,,狀態(tài)反饋,觸摸屏,,,通信輸出到計算機監(jiān)控系統(tǒng),停止,上升,急停,故障復歸,下降,遠方/就地,接觸器及熱繼電器,空開,,,,,,,,,,軟啟動裝置,交流電源,上限位,下限位,信號輸入,,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,開閘門操作,有故障？,已到上限？,返回,有關命令？,清命令,拔鎖定到位松閘時間未到,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,關閘門操作,有故障？,已到下限？,返回,有開命令？,清命令,拔鎖定到位松閘時間未到,關閘門,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？,返回,到下限？,計算開度測量和上限差值,計算開度測量和下限差值,和下限差值在許可范圍內？,,,,傳感器故障,,清開、關命令,,,N,N,,,,Y,Y,,Y,N,有開關命令？,,N,,速度超出最快或最慢范圍,計算動作速度,返回,清開、關命令,電

17、機故障,,,,,,,,返回,N,Y,A,,B,,Y,上限標志,下限標志,Y,25,閘門控制PLC程序框圖（部分）,上限開關閉合？,開度接近上限？,返回,,傳感器故障,,清開、關命令,,,N,,,,Y,Y,,N,A,,下限開關閉合？,,N,,,開度接近下限？,Y,N,B,,Y,閘門上、下限判斷及故障判斷（二）,上限標志,下限標志,,26,思考一下問題,1、如何實現(xiàn)上位機進行閘門操作？,3、如何指定操作時位置？（位置控制）,2、如何實現(xiàn)現(xiàn)地

18、、遠方操作？,4、如何進行速度計算？計算速度有何作用？,27,液壓操作系統(tǒng),對于大型的閘門，普遍利用油壓操作的液壓啟閉機代替閘門進行操作。 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 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.仔細分析圖，查看運行手冊，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,