水位传感器原理及应用

水位测量位置及作用,测量水位的作用：,1.经济运行要求；,2.安全运行的依据；,3.防洪抗旱的要求依据之一；,4.调度依据；,测量的位置：,1、水库水位；,2、尾水水位；,3、集水井水位；,4.。,水位测量传感器,常用测量水位的传感器,超声波水位传感器,原理：,超声波水位传感器通过声波从传感器表面到水面的时间来测量水位。,测量范围,：可以定制。,输出,：一般选择输出信号为,420mA,。,通过超声波在空中的传播时间t来计算超声传感器与被测物之间的距离s。,由于声波在空中传播的速度c是一定的，则根据：,s=ct/2可计算出s,压力式水位传感器,原理：,不同的水位产生净水压强是不同的，测量出水压，就可以计算出水位值。,测量范围,：可以定制。,输出,：一般选择输出信号为,420mA,。,常用测量水位的传感器,WPC PLC型水位测量装置,系统结构,水位传感器,显示,触摸屏,生产厂家：武汉电力科技开发有限公司,继电器,报警输出,EM235,AD转换模块,S7-224XP,开关电源,PORT 0,隔离,变压器,防雷,装置,PORT 1,输出,远程,显示装置,电源,AC220V,传感器采用投入水位传感器，输出信号为420mA，量程由用户制定。,安装时安装在钻有孔的钢管中，避免动水引起测量误差。,传感器输出的信号经过防雷装置后连接AD转换模块，以防雷击损坏传感器和AD模块。,AD转换模块为12位，输入信号设置为电流测量方式，输入信号范围为020mA。,PLC根据设定的参数（量程、AD基准点、AD满量程值等）自动计算水位值，当超出限制值时，给出报警信号（继电器和指示灯）。,水位显示、参数设置、报警指示灯都由触摸屏完成。,装置介绍,装置功能,可连接远程显示装置,多种量程可供选择,（显示范围：0999.99米）,传感器输出软件校正,越限报警功能,（上上限、上限、下限、下下限）,防雷功能,全触摸操作,采用Modbus协议通讯,水位数据处理,水位传感器输出信号范围为020mA，必须通过一定的转换，将其转换为实际水位,水位计算公式：,H=（XA）（1000）(BA),假设：,1.传感器量程为100米；,2.AD转换后0米水位对应数字A；,3.AD转换后100米水位对应数字B；,4.当前测量的数字为X，计算水位H；,数据滤波及水质系数,为提高水位测量的精度，一般要对数据进行滤波，水位测量装置常用的滤波算法有：,1、取平均值：同时采集多个值，取其平均值作为实际的数据。,2、一阶滞后滤波法：一般取a=01，本次滤波结果=（1-a）*本次采样值+a*上次滤波结果。,水质对采集精度的影响：投入传感器是通过测量水的静压力来间接的测量水位，其基准是以净水压力来核算的，在多泥沙的水质中，必须考虑水质对水位值的影响，一般要根据实际情况设定一个水质系数进行弥补。,实际水位值=测量水位值*水质系数 （水质系数 小于等于1）,水位传感器安装要求,5、传感器不能安装在动水中，应该安装在测压井或通过管道安装在水中；,1、传感器引线不易太长，安装时注意不能折弯引线。注意本能使引线承受,过大的拉力；,3、引线如果太长，必须进行防雷处理，如引线从铁管中传出；,2、任何时候都不能堵塞传感器引线中的空气管，否则无法测量数据；,4、传感器不能投入到泥沙中，否则会造成传感器测压孔堵塞，从而无法测量,数据；并且定期清理传感器测压孔，注意不能用尖锐物体插入测压孔；,引线,孔,传感器在管中安装,6、定期清理传感器中的泥沙，以免泥沙阻塞孔从而影响测量；,7、定期进行测量校准，以提高测量的精度；,闸门高度测量传感器及闸门控制,学习情境 三,闸门控制类型,闸门控制一般采用三种方式：,1.螺杆式:,通过电机正反转带动连接在闸门螺杆,从而实现闸门的开、关。一般适用于小闸门，如引水式电站渠道的闸门控制。,2.卷扬式,:,通过卷扬机正反转，带动连接在闸门上的钢丝绳,实现开启操作，而关闭则是靠闸门的重力自行关闭。,3.液压方式：,通过液压控制启闭机进行开启、关闭操作。,闸门高度测量,闸门高度测量传感器,绝对式光电编码器,：输出直接是二进制数据，表示当前的闸高。,特点：1、测量方便，无需进行方向判断；,2、掉电后数据不会丢失；,3、为提高抗干扰的能力，输出数据采用格雷码输出；,4、安装时必须保证在整个闸门开关的过程中，编码器只能转一圈或一圈以内，必须选择合适的变速箱。,5、输出接线比较多，随着传感器精度提高而增加。,6、常用传感器输出的数据为12位。,闸门高度测量传感器所使用的光电编码器有两种：,测量示意图,变速箱,光电,编码器,重物,钢丝绳,转向轮,闸门,轴,绝对式光电编码器工作原理,发光管,码盘,光敏二级管,挡光板,格雷码是一种数字排序系统，其中的所有相邻整数在它们的数字表示中只有一个数字不同。它在任意两个相邻的数之间转换时，只有一个数位发生变化。大大地减少了由一个状态到下一个状态时逻辑的混淆。,十进制数,自然二进制数,格雷码,0,0000,0000,1,0001,0001,2,0010,0011,3,0011,0010,4,0100,0110,5,0101,0111,6,0110,0101,7,0111,0100,8,1000,1100,9,1001,1101,10,1010,1111,11,1011,1110,12,1100,1010,13,1101,1011,14,1110,1001,15,1111,1000,格雷码特点,格雷码转换,闸门高度测量,闸门高度测量传感器,闸门高度测量传感器所使用的光电编码器有两种：,测量示意图,变速箱,光电,编码器,重物,钢丝绳,转向轮,闸门,轴,增量式光电编码器,：输出为三路脉冲信号，其中一路为零点脉冲。其余两路每发一个脉冲代表闸门高度改变一定的高度，通过两路脉冲信号的相位差表示增加还是减少闸门高度。,特点：1、测量闸门的高度为累计值，并且要通过相位差判断方法，测量复杂；,2、掉电后数据丢失,必须重新设定；,3、同样码盘直径情况下，传感器精度比绝对式高；,4、在整个闸门开关的过程中，编码器可以旋转多圈，安装调整方便。,增量式光电编码器工作原理,零点的判断：加装零点检测输出信号,方向判断：安装两组光电检测装置，位置上相差1/4周期，输出信号差90度。,典型光电编码器,闸门控制实例,某电厂引水渠道一共有7个闸门，分别装有7套PLC闸门控制装置。同时，控制装置通过光纤和计算机监控系统相连，实现远程控制和监视。,每套闸门监控系统安装有闸门高度测量装置（绝对式）、光电限位开关、软启动装置、过压保护、断相保护、视频监视等等装置。,闸门控制、操作原理,测量示意图,变速箱,光电,编码器,重物,钢丝绳,转向轮,闸门,轴,反光板,反光板,下限,光电开关,上限,光电开关,操作示意图,闸门,闸门,电机,螺杆,电锁定,电机轴,闸门控制、操作原理,操作说明：,闸门的开关是通过电机正反转完成，当电机运行时，带动闸门的螺杆上或下运行，从而控制闸门的开关；,无论开启还是关闭闸门，先打开电机的锁定。当不操作时，关闭锁定，避免闸门在重力的作用下自动关闭；,闸门可以在任意设定高度停止；,WDJK PLC型闸门控制装置,S7-200PLC,三相异步电机,IO扩展模块,AD模块,电量变送器,开度测量12位,绝对式编码器,数据线,输出控制,状态反馈,触摸屏,通信输出到计算机监控系统,停止,上升,急停,故障复归,下降,远方/就地,接触器,及热继电器,空开,软启动装置,交流电源,上限位,下限位,信号输入,指示灯,拔、落锁定,拔锁定到位,420mA,落锁定到位,闸门控制PLC程序框图（部分）,抜锁定、,开始延时,开闸门操作,有故障？,已到上限？,返回,有,关,命令？,清命令,拔锁定到位,松闸时间未到,开闸门,锁定已松？,发故障命令,返回,返回,Y,Y,Y,Y,N,N,N,N,N,清命令,闸门控制PLC程序框图（部分）,抜锁定、,开始延时,关闸门操作,有故障？,已到下限？,返回,有,开,命令？,清命令,拔锁定到位,松闸时间未到,关闸门,锁定已松？,发故障命令,返回,返回,Y,Y,Y,N,N,N,N,N,清开命令,Y,闸门控制PLC程序框图（部分）,闸门上、下限判断及故障判断（一）,到上限？,和上限差值在,许可范围内？,返回,到下限？,计算开度测量和上限差值,计算开度测量和下限差值,和下限差值在,许可范围内？,传感器故障,清开、关命令,N,N,Y,Y,Y,N,有开关命令？,N,速度超出,最快或最慢范围,计算动作速度,返回,清开、关命令,电机故障,返回,N,Y,A,B,Y,上限标志,下限标志,Y,闸门控制PLC程序框图（部分）,上限开关闭合？,开度接近上限？,返回,传感器故障,清开、关命令,N,Y,Y,N,A,下限开关闭合？,N,开度接近下限？,Y,N,B,Y,闸门上、下限判断及故障判断（二）,上限标志,下限标志,思考一下问题,1、如何实现上位机进行闸门操作？,3、如何指定操作时位置？（位置控制）,2、如何实现现地、远方操作？,4、如何进行速度计算？计算速度有何作用？,液压操作系统,对于大型的闸门，普遍利用油压操作的液压启闭机代替闸门进行操作。,下图是黄龙潭电厂闸门控制的液压操作系统图。其基本参数如下表所示：,序号,名 称,规 范,单位,1,提升闸门压力,5.0,兆帕,2,作用筒活塞工作行程,6.75,米,3,快速提升时间,12,分钟,4,快速关闭时间,2,分钟,5,作用筒活塞杆直径,200,毫米,6,工作液体,专用锭子油,任 务 一,1.查看仿真系统的资料，查看其水位（水库水位、拦污栅后水位、集水井等地方）测量的方法。,2.仔细分析图，查看运行手册，分析仿真系统中闸门操作的过程。,3.分析闸门在正常操作和故障操作有何不同？,任 务 二,1.根据运行手册和仿真系统实训指导书，在仿真系统上进行油泵操作，闸门正常开、关操作；,谢谢！,