一种液压泵液位测量监控装置及测量方法
【专利摘要】本发明涉及液体液位检测技术领域，具体的讲是一种液压泵液位测量监控装置及测量方法，包括液压泵站、超声波液位仪、信号处理单元、信号控制单元和信号显示器，可以使多达16套液压泵站系统的液位实时监控；采用高精度小盲区超声波液位仪，其理论精度0.3mm，实际测量显示精度为1mm，本发明不仅能够实时显示液位状态，并能够智能判断液位变化情况：是非常迅速的下降，还是在逐渐的渗漏。对非常迅速的油箱液面的下降，能够去快速切断液压泵的工作；对慢速的液面下降提醒维修人员进行检修和维护。
【专利说明】
一种液压泵液位测量监控装置及测量方法
技术领域
[0001] 本发明涉及液体液位检测技术领域，具体的讲是一种液压栗液位测量监控装置及 测量方法。
【背景技术】
[0002] 液压系统是通过改变压强增大作用力，从而来驱动机械执行机构或设备驱动的动 力系统，在现代工业十分重要，应用非常广泛。一个完整的液压系统由五个部分组成，即动 力元件、执行元件、控制元件、辅助元件和液压油。
[0003] 液压站作为液压系统的核心动力，是液压系统的心脏。液压站一般是由液压栗、驱 动用电动机、油箱、方向阀、节流阀、溢流阀等构成的液压源装置。按驱动装置要求的流向、 压力和流量供油，适用于驱动装置与液压站分离的各种机械上，将液压站与驱动装置用油 管相连，液压系统即可实现各种规定的动作。
[0004] 液压站的工作介质为液压油。在实际使用中，由于液压管路液压系统结构问题，液 压站工作环境的因素，或液压组件比如密封圈，液压阀或液压接头的老化等等，使得液压站 在工作中发生液压接头渗漏，液压油泄漏，油管爆裂，油缸渗漏和突发失效等严重影响液压 站工作的问题。这些情况的发生，使得液压站液压油的快速流失，不仅产生很大的经济浪 费，也影响着工作环境和生态环境。如果液压站在没有液压油的情况下长时间工作将极大 损害液压油栗和液压电机。因此对液压站的液位监控对整个液压站的稳定可靠工作非常重 要，同时如果能够快速发现液压油的渗漏或快速的液压平面下降，不仅仅可以节约大量的 液压油也有利于环保。
[0005] -般在液压站上安装液位表，这个液位表有上限和下限，用来标识液压站油箱加 入液压栗站的最大液压油油量和液压站稳定工作所需的最低油量。这种液位表不能提供及 时的信息反馈，如果点检不到位或工作不仔细极，很有可能都是在液压油漏完后才能发现 液压站不能正常工作，再进行报修。
[0006] 因此设计一种能够及时反映液压站液位实时信息的监控装置及检测方法在实际 应用中是非常有意义的。
【发明内容】
[0007] 本发明突破了现有技术的难题设计了一种能够及时反映液压站液位实时信息的 监控装置及检测方法。
[0008] 为了达到上述目的，本发明设计了一种液压栗液位测量方法，其特征在于:按照如 下步骤进行测量： 步骤1:开启液压栗液位测量监控装置，并且进行初始化； 步骤2:设定液压栗液位最高位置为LEVELmax，最低为LEVELmin; 步骤3:液压栗液位测量监控装置开始测量液面液位，并将测量得到的信号传输到信号 处理单元，信号处理单元将测量到的信号进行行AD转换，并经过拟合得到初步液位测量值， 并且将该初步液位测量值根据传感器特性进行校正，获得液位测量数据； 步骤4:将液位测量数据采用DataLoad软件进行数据链表的储存处理，得到数据结果 ， 步骤5:将数据结果一传输到DataCheck进行数据校验，确定数据结果一在LEVELmin到 LEVELmax之间； 步骤6:将校验合格后的数据进行平滑处理； 步骤7:对第一次平滑处理后的数据进行求导处理； 步骤8:将步骤7中求导处理后数据进行平滑处理； 步骤9:对第二次平滑处理后的数据再次进行求导处理，得到液位数据； 步骤10:对液位数据进行液位变化判别； 步骤11:对步骤10的判别结果进行反馈并储存。
[0009] 同时本发明还设计了一种液压栗液位测量监控装置，包括液压栗站、超声波液位 仪、信号处理单元、信号控制单元和信号显示器，其特征在于:所述液压栗站的上方固定设 有超声波液位仪，超声波液位仪的一端采用信号连接线与信号处理单元相连，信号处理单 元的一侧设有信号显示器，液压栗站的下方设有信号控制单元，信号控制单元的旁边设有 信号处理单元，信号处理单元与信号控制单元之间采用另一信号连接线相连。
[0010] 所述液位变化判别中，判别方法如下： 步骤a:对数据进行加权平均计算：
，其中h为经过加权平均后的数值，<^为加权平均系数，其中i时刻测量的液 面值； 步骤b:对数据进行方差计算：
,其中，level，是液位变化率的方差，levelavg'是加权平均 变化率，&为加权方差系数。1 i '为液面变化率； 步骤c:结合步骤a与步骤b，对液位变化进行判别。
[0011] 所述加权平均系$ 所述加权平均变化率 所述液面变化率i
，其中Fr为采样的频率即 单位时间内采用的数量，At为采样的时间间隔，js为样条参数。
[0012]所述平滑处理的步骤如下： 步骤1:提取校验合格后的数据中出现跳跃的数据或是峰值数据，设为异常数据； 步骤2:对异常数据前5个数据做平均处理，得到前平均数值； 步骤3:对异常数据后5个数据做平均处理，得到后平均数值； 步骤4:将前平均数值与后平均数值相加，然后再求平均，得到替换数据； 步骤5:利用步骤4得出的替换数据代替异常数据，完成平滑处理。
[0013] 所述求导处理的求导公式为
，其中Fr 为采样的频率即单位时间内采用的数量，At为采样的时间间隔，js为样条参数。
[0014]所述信号控制单元的L端口、N端口和保险丝F2的一端相连，保险丝内双刀开关的另 一端与电机的三相供电接口相连，信号控制单元的Pe端口接地，信号控制单元的L+端口和 信号处理单元的L+端口相连，信号控制单元的M端口和信号处理单元的M端口相连，信号处 理单元的MPI端口连接信号显示器，信号处理单元的数字量输出端口一与24V电源相连，信 号处理单元的数字量输出端口二与灯泡PL1的一端相连，信号处理单元的数字量输出端口 三与灯泡PL2的一端相连，信号处理单元的数字量输出端口四与灯泡PL3的一端相连，信号 处理单元的数字量输出端口五与灯泡PL4的一端相连，信号处理单元的数字量输出端口六 与线圈K1的一端相连，信号处理单元的数字量输出端口七与线圈K2的一端相连，所述灯泡 PL1-PL4的另一端与线圈K1、K2的另一端均与地面相连，信号处理单元的数字量输入端口一 与超声波液位仪的A+端口相连，信号处理单元的数字量输入端口二与超声波液位仪的A-端 口相连。
[0015] 所述K1、K2为小型继电器。
[0016]所述信号控制单元中电机的三相供电接口分为U1、V1、W1，所述U1、V1、W1均与保险 丝^的一端相连，保险丝^的另一端与接触器KM1开关触点的一端相连，接触器KM1开关触点 的另一端与热保护器FR1的一端相连，热保护器FR1的另一端与三相驱动电机相连，三相驱 动电机的接地端与地面相连，所述U1端口分出一路与继电开关K的一端相连，继电开关K的 另一端与K1的常开触点的一端相连，K1常开触点的另一端与K2常开触点的一端相连，K2常 开触点的另一端与接触器KM1线圈的一端相连，接触器KM1线圈的另一端接地。
[0017]本发明与现有技术相比，可以使多达16套液压栗站系统的液位实时监控;采用高 精度小盲区超声波液位仪，其理论精度0.3mm，实际测量显示精度为1mm，本发明不仅能够 实时显示液位状态，并能够智能判断液位变化情况:是非常迅速的下降，还是在逐渐的渗 漏。对非常迅速的油箱液面的下降，能够去快速切断液压栗的工作;对慢速的液面下降提醒 维修人员进行检修和维护。
【附图说明】
[0018]图1为本发明的装置结构示意图。
[0019] 图2为本发明的装置电路连接示意图一。
[0020] 图3为本发明的装置电路连接示意图二。
【具体实施方式】
[0021] 结合附图对本发明做进一步描述。
[0022] 参见图1、图2和图3,本发明设计了一种液压栗液位测量方法，其特征在于:按照如 下步骤进行测量： 步骤1:开启液压栗液位测量监控装置，并且进行初始化； 步骤2:设定液压栗液位最高位置为LEVELmax，最低为LEVELmin; 步骤3:液压栗液位测量监控装置开始测量液面液位，并将测量得到的信号传输到信号 处理单元，信号处理单元将测量到的信号进行行AD转换，并经过拟合得到初步液位测量值， 并且将该初步液位测量值根据传感器特性进行校正，获得液位测量数据； 步骤4:将液位测量数据采用DataLoad软件进行数据链表的储存处理，得到数据结果 ， 步骤5:将数据结果一传输到DataCheck进行数据校验，确定数据结果一在LEVELmin到 LEVELmax之间； 步骤6:将校验合格后的数据进行平滑处理； 步骤7:对第一次平滑处理后的数据进行求导处理； 步骤8:将步骤7中求导处理后数据进行平滑处理； 步骤9:对第二次平滑处理后的数据再次进行求导处理，得到液位数据； 步骤10:对液位数据进行液位变化判别； 步骤11:对步骤10的判别结果进行反馈并储存。
[0023] 本发明还设计了一种液压栗液位测量监控装置，包括液压栗站2、超声波液位仪1、 信号处理单元4、信号控制单元3和信号显示器5,所述液压栗站2的上方固定设有超声波液 位仪1，超声波液位仪1的一端采用信号连接线与信号处理单元4相连，信号处理单元4的一 侧设有信号显示器5,液压栗站2的下方设有信号控制单元3,信号控制单元3的旁边设有信 号处理单元4,信号处理单元4与信号控制单元3之间采用另一信号连接线相连。
[0024] 本发明中的液位变化判别中，判别方法如下： 步骤a:对数据进行加权平均计算：
，其中h为经过加权平均后的数值，<^为加权平均系数，其中i时刻测量的液 面值； 步骤b:对数据进行方差计算：
，其中，level，是液位变化率的方差，levelavg'是加权平均 变化率，&为加权方差系数。1 i '为液面变化率； 步骤c:结合步骤a与步骤b，对液位变化进行判别。
[0025] 本发明中的加权平均系 本发明中的加权平均变化率 本发明中的液面变化率
其中Fr为采样的 频率即单位时间内采用的数量，At为采样的时间间隔，js为样条参数。
[0026]本发明中平滑处理的步骤如下： 步骤1:提取校验合格后的数据中出现跳跃的数据或是峰值数据，设为异常数据； 步骤2:对异常数据前5个数据做平均处理，得到前平均数值； 步骤3:对异常数据后5个数据做平均处理，得到后平均数值； 步骤4:将前平均数值与后平均数值相加，然后再求平均，得到替换数据； 步骤5:利用步骤4得出的替换数据代替异常数据，完成平滑处理。
[0027] 本发明中求导处理的求导公式为i
其 中Fr为采样的频率即单位时间内采用的数量，At为采样的时间间隔，js为样条参数。
[0028] 本发明中信号控制单元3的L端口、N端口和保险丝F2的一端相连，保险丝^的另一 端与电机的三相供电接口 6相连，信号控制单元3的PE端口接地，信号控制单元3的L+端口和 信号处理单元4的L+端口相连，信号控制单元4的M端口和信号处理单元4的M端口相连，信号 处理单元4的MPI端口连接信号显示器5，信号处理单元4的数字量输出端口一4-1与24V电源 相连，信号处理单元4的数字量输出端口二4-2与灯泡PL1的一端相连，信号处理单元4的数 字量输出端口三4-3与灯泡PL2的一端相连，信号处理单元4的数字量输出端口四4-4与灯泡 PL3的一端相连，信号处理单兀4的数字量输出端口五4-5与灯泡PL4的一端相连，信号处理 单元4的数字量输出端口六4-6与线圈K1的一端相连，信号处理单元4的数字量输出端口七 4-7与线圈K2的一端相连，所述灯泡PL1-PL4的另一端与线圈K1、K2的另一端均与地面相连， 信号处理单元4的数字量输入端口一 4-11与超声波液位仪1的A+端口相连，信号处理单元4 的数字量输入端口二4-12与超声波液位仪的A-端口相连。
[0029] 本发明中K1、K2为小型继电器。
[0030]本发明中述信号控制单元中电机的三相供电接口6分别为1]1、￥1、11，所述1]1、乂1、 W1均与保险丝Fi的一端相连，保险丝?:的另一端与接触器KM1开关触点的一端相连，接触器 KM1开关触点的另一端与热保护器FR1的一端相连，热保护器FR1的另一端与三相驱动电机 相连，三相驱动电机的接地端与地面相连，所述U1端口分出一路与继电开关K的一端相连， 继电开关K的另一端与K1的常开触点的一端相连，K1常开触点的另一端与K2常开触点的一 端相连，K2常开触点的另一端与接触器KM1线圈的一端相连，接触器KM1线圈的另一端接地。 [0031]在具体实施中，设置液压栗站的工作液压7Mpa，单栗流量50L/min，栗站电机 7.5KW，使用SHZ-T20超声波液位仪和SIEMENS S7-300控制系统。
[0032]开启本发明所述的液压栗液位检测装置，并初始化系统，然后对系统进行设置： 设置系统参数：最高液位850mm最低液位350mm; 设置系统判据:快速临界点30000和慢速临界点10; 设置报警后的策略：快速泄漏则快速切断液压栗电机，缓慢泄漏则报警。
[0033] 启动液压栗使得Kl，K2得电，液压栗液位检测装置工作开始。
[0034] 开始测量液位数据，将测量得到的数据经过数据校正保存在控制系统的数据存储 区，然后依据本发明中上述提及的公式计算变化率li' ； 判断li'变化率数值： (1) 如果超过设定最大值30000,则判断为爆管等情况的快速泄漏，切断K1，K2,则液 压栗电机停止运转，报警灯PL1闪烁； (2) 如果超过慢速临界值30而小于设定快速临界值30000，则判断为慢速泄漏，报警灯 PL1亮起，PL2闪烁，不切断液压栗电机； (3) 判断最低和最高液位情况，如果超过临界值，切断Kl，K2，液压栗电机停止运转，PL1 亮起，PL3闪烁报警。
[0035]针对以上三种报警情况进行人工干涉处理，处理完成后，液压栗液位检测装置继 续返回数据测量。
【主权项】
1. 一种液压累液位测量方法，其特征在于:按照如下步骤进行测量： 步骤1:开启液压累液位测量监控装置，并且进行初始化； 步骤2:设定液压累液位最高位置为LEVELmax,最低为LEVELmin; 步骤3:液压累液位测量监控装置开始测量液面液位，并将测量得到的信号传输到信号 处理单元，信号处理单元将测量到的信号进行行AD转换，并经过拟合得到初步液位测量值， 并且将该初步液位测量值根据传感器特性进行校正，获得液位测量数据； 步骤4:将液位测量数据采用DataLoad软件进行数据链表的储存处理，得到数据结果 -* · ， 步骤5 :将数据结果一传输到化ta化eck进行数据校验，确定数据结果一在LEVELmin到 LEVELmax之间； 步骤6:将校验合格后的数据进行平滑处理； 步骤7:对第一次平滑处理后的数据进行求导处理； 步骤8:将步骤7中求导处理后数据进行平滑处理； 步骤9:对第二次平滑处理后的数据再次进行求导处理，得到液位数据； 步骤10:对液位数据进行液位变化判别； 步骤11:对步骤10的判别结果进行反馈并储存。2. -种液压累液位测量监控装置，包括液压累站、超声波液位仪、信号处理单元、信号 控制单元和信号显示器，其特征在于:所述液压累站(2)的上方固定设有超声波液位仪(1)， 超声波液位仪（1)的一端采用信号连接线与信号处理单元(4)相连，信号处理单元(4)的一 侧设有信号显示器巧），液压累站(2)的下方设有信号控制单元(3)，信号控制单元(3)的旁 边设有信号处理单元(4)，信号处理单元(4)与信号控制单元(3)之间采用另一信号连接线 相连。3. 根据权利要求1所述的一种液压累液位测量方法，其特征在于：所述液位变化判别 中，判别方法如下： 步骤a:对数据进行加权平均计算：串中h为经过加权平均后的数值，为加权平均系数，其中i时刻测量的液面 值； 步骤b:对数据进行方差计算：其中，levels'是液位变化率的方差，levelavg'是加权平均 变化率，Pi为加权方差系数;li '为液面变化率； 步骤C:结合步骤a与步骤b，对液位变化进行判别。4. 根据权利要求3所述的一种液压累液位测量方法，其特征在于：所述加权平均系数5. 根据权利要求3所述的一种液压累液位测量方法，其特征在于：所述液面变化率其中Fr为采样的频率即单位时间内采用的数 量，At为采样的时间间隔，js为样条参数。6. 根据权利要求1所述的一种液压累液位测量方法，其特征在于:所述平滑处理的步骤 如下： 步骤1:提取校验合格后的数据中出现跳跃的数据或是峰值数据，设为异常数据； 步骤2:对异常数据前5个数据做平均处理，得到前平均数值； 步骤3:对异常数据后5个数据做平均处理，得到后平均数值； 步骤4:将前平均数值与后平均数值相加，然后再求平均，得到替换数据； 步骤5:利用步骤4得出的替换数据代替异常数据，完成平滑处理。7. 根据权利要求1所述的一种液压累液位测量方法，其特征在于:所述求导处理的求导 公式为I其中Fr为采样的频率即单位时间内采用 的数量，At为采样的时间间隔，js为样条参数。8. 根据权利要求2所述的一种液压累液位测量监控装置，其特征在于:所述信号控制单 元(3)的L端口、N端口和保险丝F2的一端相连，保险丝F2的另一端与电机的Ξ相供电接口（6) 相连，信号控制单元(3)的扣端口接地，信号控制单元(3)的L+端口和信号处理单元(4)的L+ 端口相连，信号控制单元(4)的Μ端口和信号处理单元(4)的Μ端口相连，信号处理单元(4)的 ΜΡΙ端口连接信号显示器巧），信号处理单元(4)的数字量输出端口一 (4-1)与24V电源相连， 信号处理单元(4)的数字量输出端口二(4-2)与灯泡化1的一端相连，信号处理单元(4)的数 字量输出端口 Ξ(4-3)与灯泡化2的一端相连，信号处理单元(4)的数字量输出端口四（4-4) 与灯泡化3的一端相连，信号处理单元(4)的数字量输出端口五(4-5)与灯泡化4的一端相 连，信号处理单元(4)的数字量输出端口六(4-6)与线圈Κ1的一端相连，信号处理单元(4)的 数字量输出端口屯(4-7)与线圈Κ2的一端相连，信号处理单元(4)的数字量输出端口九(4- 9)与线圈Κ4的一端相连，信号处理单元(4)的数字量输出端叶(4-10)与线圈Κ5的一端相 连，所述灯泡化1-化4的另一端与线圈Κ1、Κ2的另一端均与地面相连，信号处理单元(4)的数 字量输入端口一 (4-11)与超声波液位仪(1)的Α+端口相连，信号处理单元(4)的数字量输入 端口二(4-12)与超声波液位仪的Α-端口相连。9. 根据权利要求7所述的一种液压累液位测量监控装置，其特征在于:所述Κ1、Κ2为小 型继电器。10. 根据权利要求7所述的一种液压累液位测量监控装置，其特征在于:所述电机的Ξ 相供电接口（6)分为111、￥1、胖1，所述1]1、￥1、胖1均与保险丝。1的一端相连，保险丝。1的另一端 与接触器ΚΜ1开关触点的一端相连，接触器ΚΜ1开关触点的另一端与热保护器FR1的一端相 连，热保护器FR1的另一端与Ξ相驱动电机相连，Ξ相驱动电机的接地端与地面相连，所述 U1端口分出一路与继电开关Κ的一端相连，继电开关Κ的另一端与Κ1的常开触点的一端相 连，Κ1常开触点的另一端与Κ2常开触点的一端相连，Κ2常开触点的另一端与接触器ΚΜ1线圈 的一端相连，接触器ΚΜ1线圈的另一端接地。
【文档编号】F15B19/00GK105840583SQ201610323893
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年5月16日
【发明人】杨江波, 夏欣
【申请人】上海科尔本施密特活塞有限公司