具有通讯功能的锅炉液位传感器

 具有通讯功能的锅炉液位传感器
作者：刘沛；乔永明



1　问题提出

       原航空航天工业部国营三○三九厂生产的U HM B型工业锅炉水位显示控制报警装置, 在一般工业锅炉上使用的较为广泛, 该装置结构简单, 动作灵敏, 可靠。但该装置自设计出以来 (从1992 年) 一直未做太大的改动, 技术实现上已经很落后。而根据市场需要, 用户要求技术含量更高, 具有一定的智能, 特别是磁致伸缩位移传感器要能与计算机接口的数字化产品。原产品已不能适应, 应原厂现航空工业总公司汉中天利航空机电有限公司的要求, 对原系统进行改造,甚至重新设计, 使其数字化。故而必须对原装置的测量部分进行彻底改造, 满足数字化要求。

2　锅炉水位的测量

       锅炉水位的测量使用浮子式液位传感器来测量的, 该浮子是一种特制的不锈钢圆筒, 圆筒内附有磁铁, 故而该浮子也叫磁钢浮子。像原来用浮子测量液位一样, 是通过水位计与锅筒汽水连管结合处的专用连接三通, 将锅炉内汽水引至传感器外套筒内, 使磁钢浮子在套筒内与锅炉水位同步升降, 浮子的磁场力作用在套筒外的磁控开关阵上, 当液位高时, 浮子上移, 与浮子磁铁对应处的干簧管吸合, 其他的干簧管则处于断开状态。

       由于液位高低不同, 致使浮子在套筒内的高低位置亦不同, 与此对应的干簧管的动作亦不同, 故而用干簧管的状态就可以表征出液位的高低位置。当按如图2 的电路进行设计连接时, 浮子位置不同, 从单片机P0, P1, P2 口读到的数据必然不同, 且浮子位置与单片机 IO 口读到的数据有着严格的关系, 该关系描述了液位的高低状态。

3　软件流程

       由硬件可知, 当液位不同时, 从 P0, P1, P2 口读取液位的测量数据不同, 对此数据的处理由软件来解决。软件要解决以下几个问题:

(1) 硬件连接须进行数据编码。由于从P0, P1, P2 读取的数据可能相同, 但表示的液位却不同,故而对每一个液位都要进行相应的编码, 由该编码表征液位的高低。

(2)数据的通讯。

(3)当磁钢浮子位置不正确时要给出相应的信号, 即传感器处于非正常的位置时亦给出相应的编码。

       累加器A 中的编码01H , 02H , 03H , …, 20H , 21H , 22H 分别对应着锅炉液位+ 100, + 90, + 80, + 70, …,+ 10, 0, - 10, …, - 70, - 75, - 80, - 90, - 100 处的位置, 将累加器A 中的编码值通过串口发送出去便可实现液位的通讯。在+ 100 处与在- 100 处的A 中的值分别附加了一个高、低位标志, 当液位出现异常时, 给累加器A 中送编码00H , 由于有标志故给累加器A 中送00H 可分为以下3 种情形:

(1)当A = 00H 时, 且无高、低标志, 此错误码表示开机时传感器工作状态不正常。

(2) 当A = 00H 时, 且有高位标志, 表示液位高于+100, 即液位太高。

(3)当A = 00H 时, 且有低位标志, 表示液位低于-100, 即液位太低。

       一旦系统出现传感器故障, 以上处理方法为现场维护人员提供了判定依据, 便于迅速查出问题所在。断电机是否上电运行, 若是, 则进行数据采集处理并自动检测电机运行状态。若发现电机不正常运行, 则立即识别故障类型, 进行故障处理, 并显示出故障信息, 接着执行相应的跳闸环节。

5　结　语

       基于对高压异步电动机故障特征的详细分析, 将过流保护分解为过流、负序和零序保护3 大类, 由此构成的综合保护可基本覆盖电动机的所有常见故障类型。提出了数字式综合保护算法, 采用超低功耗的单片机监测电动机故障, 具有成本低、性价比高、可靠性强、适应性好的特点,应用前景广阔。

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