一种液固分离沉降槽清液层高度的在线检测方法及装置制造方法
【专利摘要】一种液固分离沉降槽清液层高度的在线检测方法及装置，本发明属于机械、微电、测量等交叉领域，该装置包括PLC控制系统、工控机和打印机，还包括卷扬机、旋转编码器、光纤传感器、旋转清洗池，PLC控制系统驱动卷扬机将光纤传感器送入沉降槽；光纤传感器将输出的直流电压值实时反馈给PLC控制系统；PLC控制系统根据直流电压的值是否突降来对卷扬机进行控制，并实时采集旋转编码器的输出值，来判断光纤传感器的下降深度；完成一次测量后，PLC控制系统驱动卷扬机将光纤传感器从沉降槽内提出，并控制旋转清洗池对光纤传感器进行清洗，清除结疤。本发明具有测量精度高、检测速度快、维护方便、连续检测和全自动化实时控制的优点。
【专利说明】一种液固分离沉降槽清液层高度的在线检测方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明属于机械、微电、测量等交叉领域，具体涉及一种液固分离沉降槽清液层高度的在线检测方法及装置。
【背景技术】
[0002]在氧化铝生产或其他湿法过程中，料浆要在分离沉降槽中进行液固分离，沉降槽底流再去洗涤沉降槽洗涤并分离。沉降槽作业往往成为生产的瓶颈环节，控制其正常运行十分重要，为此，生产中要时时测量沉降槽的清液层高度，当清液层高度维持在5-8m或以上时，表明生产正常稳定，而当清液层高度下降到3m以下时，就必须采取措施，否则沉降槽将进入病态，如:发生沉降槽跑浑，液固不能分离，影响生产。人们试图采取一些方法进行在线自动检测清液层的高度，但都存在各种问题。如:采用浮筒和重量传感器根据浮力原理进行检测，但由于清液层与沉降层的密度相差并不十分明显，则浮筒在其分层界面上的浮力变化也不甚明显，这样就很难精确的检测出清液层高度；同时由于浮筒体积较大，结疤严重且容易携带固体杂质，导致检测不准确。采用超声波法或者红外线法进行检测，由于带有电子元器件的探头，无法长期承受高温、高碱环境，且因为信号传输导线在高温中传输不稳定等因素，造成检测不准确甚至仪器损坏。所以，目前生产中仍需采用人工测量的方法，即每隔2小时用绳子系一铁杯放入槽中，在不同的高度取液体上来观察，以判断清液层的高度。这样，既费时、费力，又不能连续监测沉降槽的运行情况。
【发明内容】
[0003]针对现有技术的不足，本发明提出一种液固分离沉降槽清液层高度的在线检测方法及装置，以达到测量精度高、检测速度快、维护方便、连续检测和全自动化实时控制的目的。
[0004]一种液固分离沉降槽清液层高度的在线检测装置，包括PLC控制系统，工控机和打印机，其特征在于:还包括光纤传感器，卷扬机，旋转编码器，旋转清洗池，其中，卷扬机与PLC控制系统连接，卷扬机轴上设置有旋转编码器，所述的旋转编码器与PLC控制系统连接，在卷扬机与旋转编码器之间设置有卷扬机卷筒，且该卷筒套于卷扬机轴上，光纤传感器与卷扬机轴上的卷筒相连接，旋转清洗池与PLC控制系统连接，其中:
[0005]光纤传感器:用于检测溶液的透光程度，并将透光度转换成直流电压信号，将上述直流电压反馈给PLC控制系统；
[0006]卷扬机:用于将光纤传感器送入和取出沉降槽；
[0007]旋转编码器:用于测量光纤传感器在沉降槽中的深度；
[0008]旋转清洗池:用于对光纤传感器进行清洗，清除结疤。
[0009]卷扬机与旋转清洗池之间设置有一 T型支架，该支架一端设置有第一滑轮，另一端设置有第二滑轮，卷扬机与光纤传感器之间通过支架上的滑轮连接线连接，支架高度在O?12米范围内。[0010]所述的滑轮连接线与光纤传感器连接的一端，在该连接线上方还设置有保护管。
[0011]所述的光纤传感器包括光纤头和光纤放大器。
[0012]所述的旋转清洗池包括酸洗池、水洗池和空位池，上述三个池将圆形清洗池平均
三等分。
[0013]液固分离沉降槽清液层高度的在线检测的方法，其特征在于:具有以下步骤:
[0014]步骤1、系统初始化；
[0015]步骤2、PLC控制系统控制光纤传感器的光纤头下降；
[0016]步骤3、判断光纤传感器输出电压值是否产生50%?80%的突降，若是，则执行步骤4;若否，则返回执行步骤2;
[0017]步骤4、PLC控制系统控制光纤传感器的光纤头停止下降；
[0018]步骤5、输出旋转编码器的脉冲个数；
[0019]步骤6、PLC控制系统控制光纤传感器的光纤头上升至起点；
[0020]步骤7、清洗光纤传感器。
[0021]步骤7中所述的清洗光纤传感器，包括以下具体步骤:
[0022]步骤7-1:旋转清洗池入位，即将旋转清洗池中的酸洗池旋转至光纤传感器下方；
[0023]步骤7-2 =PLC控制系统控制光纤传感器的光纤头下降至旋转清洗池，并在旋转清洗池中的酸洗池中浸泡30s-lmin ；
[0024]步骤7-3 =PLC控制系统控制光纤传感器的光纤头上升至起点；
[0025]步骤7-4 =PLC控制系统控制旋转清洗池旋转，酸洗池退出，水洗池入位，即将旋转清洗池中的水洗池旋转至光纤传感器下方；
[0026]步骤7-5 =PLC控制系统控制光纤传感器的光纤头下降至旋转清洗池，并在旋转清洗池中的水洗池中浸泡30s-lmin ；
[0027]步骤7-6 =PLC控制系统控制光纤传感器的光纤头上升至起点；
[0028]步骤7-7 =PLC控制系统控制旋转清洗池旋转，水洗池退出，即将旋转清洗池中的空位池旋转至光纤传感器下方。
[0029]本发明的优点:
[0030]本发明一种液固分离沉降槽清液层高度的在线检测方法及装置，该装置具有测量精度高、检测速度快、维护方便、并可以连续检测，易于实现全自动化的实时控制等优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]图1为本发明一种实施例的装置结构图；
[0032]图中:1-卷扬机，2-旋转编码器，3-光纤传感器，4-旋转清洗池，5-PLC控制系统，6-工控机，7-打印机，8-沉降槽。
[0033]图2为本发明一种实施例中系统工作总流程图；
[0034]图3为本发明一种实施例中系统子流程图。
【具体实施方式】
[0035]下面结合附图对本发明实施例作进一步说明。
[0036]稳定生产中，沉降槽中的料浆形成固体含量不同的三个料液层，S卩:清液层、沉降层、压缩层，不同的料液层之间有比较清晰的分层界面。其中，清液层中固体含量极低，透光程度高；沉降层中固体含量相对清液层有明显增高，透光程度也明显降低甚至不透光；压缩层中堆积有大量的固体，光无法从中穿过。由于清液层与沉降层的透光程度有明显差异，且分层界面明显，故可通过光透的明显变化，找出清液层与沉降层的分层界面，从而测定出清液层高度。
[0037]本发明实施例采用光纤传感器对溶液透光程度进行检测，光纤放大器发射端发出红色LED光，光通过光纤传至发光侧光纤头，然后穿过被检测物体，受光测光纤头接收透射光，再通过光纤传至光纤放大器的接收端。光纤放大器根据接收透射光强来输出I~5v的直流电压(与接收端入光量成比例)。接收端根据接收到的入射光强度来表征溶液的透光程度，以电压信号来分辨沉降槽内溶液的透光程度，通过对沉降槽内不同深度H的溶液进行检测，从而实现对沉降槽清液层高度的在线检测。
[0038]图1为本发明一种实施例的装置结构图，整套设备由PLC控制系统5驱动卷扬机I将光纤传感器3送入沉降槽8。光纤传感器3将输出的直流电压值Vout实时反馈给PLC控制系统5。PLC控制系统5根据Vout的值是否突降(降幅为50%~80%)来对卷扬机I进行控制，并实时采集旋转编码器2的输出值，来判断光纤传感器3的下降深度H。完成一次测量后，PLC控制系统5驱动卷扬机I将光纤传感器3从沉降槽内提出，并控制旋转清洗池4对光纤传感器3进行清洗，清除结疤。整个过程中，工控机6可以通过工业以太网进行实时监控，查看过程数据的趋势曲线，对数据进行归档，且可以形成报表经打印机7打印输出。
[0039]PLC控制系统5驱动卷扬机I，将光纤传感器3从沉降槽8液面顶端送入沉降槽8，并实时采集旋转编码器2的输出值与光纤传感器3的直流电压信号输出直流电压值Vout。在刚进入沉降槽的溶液中时，光纤传感器3的直流电压信号输出Vout为满量程输出(量程为I~5VDC)或者接近满量程输出(受现场环境影响，清液层溶液的透光性能会有波动)，这说明光纤传感器3所处位置的溶液透光较好，为沉降槽8中的清液层。PLC控制系统5根据所采集的Vout值，判断光纤传感器3正处于清液层，则驱动卷扬机I带动光纤传感器3继续下降。当Vout值突然出现较大的降幅时，即降幅为50%~80%，
[0040]
当前时刻:Fout-上一时刻Pout = 50%~80%
上一时刻Fout_ 0~/0
[0041]这说明光纤传感器3所处位置的溶液透光性能突然下降，光纤传感器3已经从清液层进入过渡层(清液层与沉降层之间的过渡带)。此时，PLC控制系统5立即向卷扬机I发出停止信号，卷扬机I停止下降，并读取旋转编码器2的输出脉冲信号，在PLC控制系统5经过换算，确定光纤传感器3的下降深度H，从而得知清液层的高度为H。完成一次测量后，PLC控制系统5驱动卷扬机I将光纤传感器3提出沉降槽8，并控制旋转清洗池4对光纤传感器3进行清洗，清除结疤。整个过程中，工控机6可以通过工业以太网进行实时监控，查看过程数据的趋势曲线，对数据进行归档，且可以形成报表经打印机7打印输出。
[0042]图2为本发明一种实施例中系统工作总流程图，实现液固分离沉降槽清液层高度的在线检测的方法，具有以下步骤:
[0043]步骤1、系统初始化；
[0044]步骤2、PLC控制系统控制光纤传感器的光纤头下降；[0045]步骤3、判断光纤传感器输出电压值是否产生50%?80%的突降，若是，则执行步骤4;若否，则返回执行步骤2;
[0046]步骤4、PLC控制系统控制光纤传感器的光纤头停止下降；
[0047]步骤5、输出旋转编码器的脉冲个数；
[0048]步骤6、PLC控制系统控制光纤传感器的光纤头上升至起点；
[0049]步骤7、清洗光纤传感器。
[0050]图3为本发明一种实施例中系统子流程图，步骤7中所述的清洗光纤传感器3，包括以下具体步骤:
[0051]步骤7-1:旋转清洗池入位，即将旋转清洗池中的酸洗池旋转至光纤传感器下方；
[0052]步骤7-2 =PLC控制系统控制光纤传感器的光纤头下降至旋转清洗池，并在旋转清洗池中的酸洗池中浸泡30s-lmin ；
[0053]步骤7-3 =PLC控制系统控制光纤传感器的光纤头上升至起点；
[0054]步骤7-4 =PLC控制系统控制旋转清洗池旋转，酸洗池退出，水洗池入位，即将旋转清洗池中的水洗池旋转至光纤传感器下方；
[0055]步骤7-5 =PLC控制系统控制光纤传感器的光纤头下降至旋转清洗池，并在旋转清洗池中的水洗池中浸泡30s-lmin ；
[0056]步骤7-6 =PLC控制系统控制光纤传感器的光纤头上升至起点；
[0057]步骤7-7 =PLC控制系统控制旋转清洗池旋转，水洗池退出，即将旋转清洗池中的空位池旋转至光纤传感器下方。
[0058]实施例1:采用液固分离沉降槽清液层高度的在线检测装置的检测方法，包括以下步骤:
[0059]步骤1、系统初始化；
[0060]步骤2、PLC控制系统控制光纤传感器的光纤头下降；
[0061]PLC控制系统驱动卷扬机，将光纤传感器从沉降槽液面顶端送入沉降槽，并实时采集旋转编码器的输出值与光纤传感器的直流电压信号输出Vout。本实施例光纤传感器刚进入沉降槽的溶液中时，光纤传感器的直流电压信号输出Vout=4.96V (量程为5V)，这说明此时光纤传感器所处位置的溶液透光较好，为沉降槽中的清液层，PLC控制系统根据所采集的Vout值，判断光纤传感器正处于清液层，则驱动卷扬机带动光纤传感器继续下降。
[0062]步骤3、PLC控制系统判断光纤传感器输出电压值是否产生50%?80%的突降，若是，则执行步骤4 ;若否，则返回执行步骤2 ;
[0063]本实施例中随着光纤传感器的下降，Vout的值在4.96V附近波动，继续下降过程中，Vout值突然出现较大的降幅，Vout=2.47V，在50%?80%范围内，则此时光纤传感器所处位置的溶液透光性能突然下降，光电传感器已经从清液层进入过渡层(清液层与沉降层之间的过渡带)。
[0064]步骤4、PLC控制系统控制光纤传感器的光纤头停止下降；
[0065]步骤5、输出旋转编码器的脉冲个数；经过换算，确定本实施例光纤传感器下降了
6.8米，从而得知清液层的高度为6.8米；
[0066]步骤6、PLC控制系统控制光纤传感器的光纤头上升至起点；
[0067]步骤7、清洗光纤传感器。[0068]步骤7中所述的清洗光纤传感器，包括以下具体步骤:
[0069]步骤7-1:旋转清洗池入位，即将旋转清洗池中的酸洗池旋转至光纤传感器下方；
[0070]步骤7-2 =PLC控制系统控制光纤传感器的光纤头下降至旋转清洗池，并在旋转清洗池中的酸洗池中浸泡30s ；
[0071]步骤7-3 =PLC控制系统控制光纤传感器的光纤头上升至起点；
[0072]步骤7-4 =PLC控制系统控制旋转清洗池旋转，酸洗池退出，水洗池入位，即将旋转清洗池中的水洗池旋转至光纤传感器下方；
[0073]步骤7-5 =PLC控制系统控制光纤传感器的光纤头下降至旋转清洗池，并在旋转清洗池中的水洗池中浸泡30s ；
[0074]步骤7-6 =PLC控制系统控制光纤传感器的光纤头上升至起点；
[0075]步骤7-7 =PLC控制系统控制旋转清洗池旋转，水洗池退出，即将旋转清洗池中的空位池旋转至光纤传感器下方。
[0076]实施例2:采用液固分离沉降槽清液层高度的在线检测装置的检测方法，包括以下步骤:
[0077]步骤1、系统初始化；
[0078]步骤2、PLC控制系统控制光纤传感器的光纤头下降；
[0079]PLC控制系统驱动卷扬机，将光纤传感器从沉降槽液面顶端送入沉降槽，并实时采集旋转编码器的输出值与光纤传感器的直流电压信号输出Vout。本实施例光纤传感器刚进入沉降槽的溶液中时，光纤传感器的直流电压信号输出Vout=4.99V (量程为5V)，这说明此时光纤传感器所处位置的溶液透光较好，为沉降槽中的清液层，PLC控制系统根据所采集的Vout值，判断光纤传感器正处于清液层，则驱动卷扬机带动光纤传感器继续下降。
[0080]步骤3、PLC控制系统判断光纤传感器输出电压值是否产生50%?80%的突降，若是，则执行步骤4 ;若否，则返回执行步骤2 ;
[0081]本实施例中随着光纤传感器的下降，Vout的值在4.97V附近波动，继续下降过程中，Vout值突然出现较大的降幅，Vout=L 98V，降幅在50%?80%范围内，则此时光纤传感器所处位置的溶液透光性能突然下降，光电传感器已经从清液层进入过渡层(清液层与沉降层之间的过渡带)。
[0082]步骤4、PLC控制系统控制光纤传感器的光纤头停止下降；
[0083]步骤5、输出旋转编码器的脉冲个数；经过换算，确定本实施例光纤传感器下降了
7.3米，从而得知清液层的高度为7.3米；
[0084]步骤6、PLC控制系统控制光纤传感器的光纤头上升至起点；
[0085]步骤7、清洗光纤传感器。
[0086]步骤7中所述的清洗光纤传感器，包括以下具体步骤:
[0087]步骤7-1:旋转清洗池入位，即将旋转清洗池中的酸洗池旋转至光纤传感器下方；
[0088]步骤7-2 =PLC控制系统控制光纤传感器的光纤头下降至旋转清洗池，并在旋转清洗池中的酸洗池中浸泡45s ；
[0089]步骤7-3 =PLC控制系统控制光纤传感器的光纤头上升至起点；
[0090]步骤7-4 =PLC控制系统控制旋转清洗池旋转，酸洗池退出，水洗池入位，即将旋转清洗池中的水洗池旋转至光纤传感器下方；[0091]步骤7-5:PLC控制系统控制光纤传感器的光纤头下降至旋转清洗池，并在旋转清洗池中的水洗池中浸泡45s ；
[0092]步骤7-6 =PLC控制系统控制光纤传感器的光纤头上升至起点；
[0093]步骤7-7 =PLC控制系统控制旋转清洗池旋转，水洗池退出，即将旋转空位池中的水洗池旋转至光纤传感器下方。
[0094]实施例3:采用液固分离沉降槽清液层高度的在线检测装置的检测方法，包括以下步骤:
[0095]步骤1、系统初始化；
[0096]步骤2、PLC控制系统控制光纤传感器的光纤头下降；
[0097]PLC控制系统驱动卷扬机，将光纤传感器从沉降槽液面顶端送入沉降槽，并实时采集旋转编码器的输出值与光纤传感器的直流电压信号输出Vout。本实施例光纤传感器刚进入沉降槽的溶液中时，光纤传感器的直流电压信号输出Vout=4.88V (量程为5V)，这说明此时光纤传感器所处位置的溶液透光较好，为沉降槽中的清液层，PLC控制系统根据所采集的Vout值，判断光纤传感器正处于清液层，则驱动卷扬机带动光纤传感器继续下降。
[0098]步骤3、PLC控制系统判断光纤传感器输出电压值是否产生50%?80%的突降，若是，则执行步骤4 ;若否，则返回执行步骤2 ;
[0099]本实施例中随着光纤传感器的下降，Vout的值在4.91V附近波动，继续下降过程中，Vout值突然出现较大的降幅，Vout=0.98V，降幅在50%?80%范围内，则此时光纤传感器所处位置的溶液透光性能突然下降，光电传感器已经从清液层进入过渡层(清液层与沉降层之间的过渡带)。
[0100]步骤4、PLC控制系统控制光纤传感器的光纤头停止下降；
[0101]步骤5、输出旋转编码器的脉冲个数；经过换算，确定本实施例光纤传感器下降了
8.7米，从而得知清液层的高度为8.7米；
[0102]步骤6、PLC控制系统控制光纤传感器的光纤头上升至起点；
[0103]步骤7、清洗光纤传感器。
[0104]步骤7中所述的清洗光纤传感器，包括以下具体步骤:
[0105]步骤7-1:旋转清洗池入位，即将旋转清洗池中的酸洗池旋转至光纤传感器下方；
[0106]步骤7-2 =PLC控制系统控制光纤传感器的光纤头下降至旋转清洗池，并在旋转清洗池中的酸洗池中浸泡Imin ；
[0107]步骤7-3 =PLC控制系统控制光纤传感器的光纤头上升至起点；
[0108]步骤7-4 =PLC控制系统控制旋转清洗池旋转，酸洗池退出，水洗池入位，即将旋转清洗池中的水洗池旋转至光纤传感器下方；
[0109]步骤7-5 =PLC控制系统控制光纤传感器的光纤头下降至旋转清洗池，并在旋转清洗池中的水洗池中浸泡Imin ；
[0110]步骤7-6 =PLC控制系统控制光纤传感器的光纤头上升至起点；
[0111]步骤7-7 =PLC控制系统控制旋转清洗池旋转，水洗池退出，即将旋转清洗池中的空位池旋转至光纤传感器下方。
【权利要求】
1.一种液固分离沉降槽清液层高度的在线检测装置，包括PLC控制系统(5)，工控机(6)和打印机(7)，其特征在于:还包括光纤传感器(3)，卷扬机(1)，旋转编码器(2)，旋转清洗池(4)，其中，卷扬机(I)与PLC控制系统(5 )连接，卷扬机(I)轴上设置有旋转编码器(2)，所述的旋转编码器(2)与PLC控制系统(5)连接，在卷扬机(I)与旋转编码器(2)之间设置有卷扬机卷筒，且该卷筒套于卷扬机(I)轴上，光纤传感器(3)与卷扬机(I)轴上的卷筒相连接，旋转清洗池(4 )与PLC控制系统(5 )连接，其中: 光纤传感器(3):用于检测溶液的透光程度，并将透光度转换成直流电压信号，将上述直流电压反馈给PLC控制系统(5)； 卷扬机(I):用于将光纤传感器(3)送入和取出沉降槽； 旋转编码器(2):用于测量光纤传感器(3)在沉降槽中的深度； 旋转清洗池(4):用于对光纤传感器(3)进行清洗，清除结疤。
2.根据权利要求1所述的液固分离沉降槽清液层高度的在线检测装置，其特征在于:卷扬机(I)与旋转清洗池(4)之间设置有一 T型支架，该支架一端设置有第一滑轮，另一端设置有第二滑轮，卷扬机(I)与光纤传感器(3)之间通过支架上的滑轮连接线连接，支架高度在O~12米范围内。
3.根据权利要求2所述的液固分离沉降槽清液层高度的在线检测装置，其特征在于:所述的滑轮连接线与光纤传感器(3)连接的一端，在该连接线上方还设置有保护管。
4.根据权利要求1所述的液固分离沉降槽清液层高度的在线检测装置，其特征在于:所述的光纤传感器(3)包括光纤头和光纤放大器。
5.根据权利要求1所述的液固分离沉降槽清液层高度的在线检测装置，其特征在于:所述的旋转清洗池(4)包括酸洗池、水洗池和空位池，上述三个池将圆形清洗池平均三等分。
6.实现权利要求1所述的液固分离沉降槽清液层高度的在线检测的方法，其特征在于:具有以下步骤: 步骤1、系统初始化； 步骤2、PLC控制系统控制光纤传感器的光纤头下降； 步骤3、判断光纤传感器输出电压值是否产生50%~80%的突降，若是，则执行步骤4 ;若否，则返回执行步骤2; 步骤4、PLC控制系统控制光纤传感器的光纤头停止下降； 步骤5、输出旋转编码器的脉冲个数； 步骤6、PLC控制系统控制光纤传感器的光纤头上升至起点； 步骤7、清洗光纤传感器。
7.根据权利要求6中所述的液固分离沉降槽清液层高度的在线检测的方法，其特征在于:步骤7中所述的清洗光纤传感器，包括以下具体步骤: 步骤7-1:旋转清洗池入位，即将旋转清洗池中的酸洗池旋转至光纤传感器下方； 步骤7-2 =PLC控制系统控制光纤传感器的光纤头下降至旋转清洗池，并在旋转清洗池中的酸洗池中浸泡30s-lmin ； 步骤7-3:PLC控制系统控制光纤传感器的光纤头上升至起点； 步骤7-4 =PLC控制系统控制旋转清洗池旋转，酸洗池退出，水洗池入位，即将旋转清洗池中的水洗池旋转至光纤传感器下方； 步骤7-5 =PLC控制系统控制光纤传感器的光纤头下降至旋转清洗池，并在旋转清洗池中的水洗池中浸泡30s-lmin ； 步骤7-6:PLC控制系统控制光纤传感器的光纤头上升至起点； 步骤7-7 =PLC控制系统控制旋转清洗池旋转，水洗池退出，即将旋转清洗池中的空位池旋转至光纤传 感器下方。
【文档编号】G01F23/292GK103471682SQ201210185371
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2012年6月6日 优先权日:2012年6月6日
【发明者】毕诗文 申请人:毕诗文