一种磁翻板液位计快速模拟显示替换装置的制作方法

本发明涉及磁翻板液位计，具体说的是一种磁翻板液位计快速模拟显示替换装置。

背景技术：

随着石油、化工等过程工业生产工艺水平的不断提高，许多新技术、新工艺层出不穷，对生产人员、管理人员的操作技能、应急能力都有了更高的要求。

磁翻板液位计作为一种常用的液位检测仪表，被广泛应用于石油、化工等过程工业中储罐、反应罐等设备的液位显示仪表。

在实际的培训中，通过对石油、化工等过程工业流程进行仿真建模，采用空气作为石油、化工等过程工业的模拟物料，对生产人员、管理人员进行实际操作培训。为了能更真实模拟各工段的生产进度、过程，需要对石油、化工等过程工业过程中各检测仪表的检测、显示值进行实时模拟显示，以模拟生产线的实际运行状况。

为了能反映储罐、反应罐等设备实际的工作状况，需要根据过程仿真模型的计算数据，在模拟仿真生产线上的磁翻板液位计上显示当前工艺流程的液位变化，这就需要将模拟计算的数值转换为仪表的模拟显示值。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发胆提供一种磁翻板液位计快速模拟显示替换装置，适宜于石油、化工领域内过程领域内仿真培训过程中对储罐、反应罐等设备液位的模拟显示。

为实现上述技术目的，所采用的技术方案是：一种磁翻板液位计快速模拟显示替换装置，包括设有中心管腔的磁翻板液位计本体管和设置在磁翻板液位计本体管表面的翻板指示器，磁翻板液位计本体管的一端设有具有安装口的法兰，在翻板指示器排列设置有多个红白磁翻柱，还包括套管和控制模块；

所述的套管从具有安装口的法兰安装在磁翻板液位计本体管的管腔内，套管组件包括上安装板、下安装板、导柱、磁铁安装板、磁铁和直线轴承，上安装板和下安装板固定设置在导柱的两端，下安装板上设有与法兰相匹配的安装孔，在导柱上安装有直线轴承，在直线轴承上固定设置有磁铁安装板，磁铁固定设置在磁铁安装板上并对应红白磁翻柱设置；

所述的控制模块由驱动模块和处理器模块组成；

所述的驱动模块包括直流电机和减速器总成、多圈电位计和牵引组件组成，直流电机和减速器总成的输出电机轴上设置有多圈电位计，直流电机和减速器总成的输出电机轴通过牵引组件与磁铁安装板连接，带动磁铁安装板的磁铁沿导柱上下移动；

所述的处理器模块包括单片机模块、电机驱动板、无线模块、电源模块、lcd显示模块和时钟模块，电源模块分别向单片机模块、电机驱动板、无线模块、多圈电位计和时针模块供电，单片机模块上分别连接有无线模块、多圈电位计、lcd显示模块的插接件b、时针模块的电机驱动板，电机驱动板的电源输出端与直流电机和减速器总成的电源输入端连接；

无线模块实时接收磁翻板液位计模拟显示的数据信号，经单片机模块处理后，控制电机驱动板产生相应的驱动信号，驱动直流电机和减速器总成的正向或反向转动，单片机模块同时检测安装在直流电机和减速器总成电机轴上的多圈电位计的阻值变化，控制直流电机和减速器总成正向或反向转动到位；直流电机和减速器总成正向或反向转动，带动固定在直流电机和减速器总成输出电机轴上的牵引组件放松或收紧，牵引磁铁安装板上的磁铁沿导柱向上或向下移动，磁铁通过磁耦合驱动磁翻板液位计的翻板指示器上的红白磁翻柱翻转180º,当磁铁向上移动时，红白磁翻柱由白色变成红色，当磁铁向下移动时，红白磁翻柱由红色变成白色，模拟显示液位。

本发明所述的牵引组件包括导向管a、导向管b、导向管c、牵引绳a和牵引绳b；

两根导向管a分别经下安装板固定安装在与导柱对称的两侧，两根导向管a的一端出口分别与直流电机和减速器总成的输出电机轴水平对称设置，两根导向管a的另一端出口均朝向磁铁安装板设置；

两根导向管b经上安装板固定安装在与导柱对称的两侧，两根导向管b的两端均朝向磁铁安装板设置，导向管b的一端距导柱的距离小于另一端距导柱的距离，距导柱较近的两个导向管b的端出口分别对应导向管a的端出口设置；

两根导向管c经下安装板固定安装在与导柱对称的两侧，两根导向管c的一端出口分别与直流电机和减速器总成的输出电机轴水平对称设置，两根导向管c的另一端出口分别与距导柱较远的两个导向管b的端出口对应设置，；

牵引绳a的中心点反向缠绕固定在直流电机和减速器总成的输出电机轴上后，牵引绳a的两端分别穿过同侧的导向管a向上拉紧固定在对应侧的磁铁安装板上；

牵引绳b的中心点正向缠绕固定在直流电机和减速器总成12]的输出电机轴上后，牵引绳b的两端分别穿过同侧的导向管c、导向管b向下拉紧固定在对应侧的磁铁安装板上。

本发明所述的套管还包括不锈钢支撑筒，不锈钢支撑筒是一个沿直径纵切除一半的不锈钢圆筒，不锈钢支撑筒的长度和直径与磁翻板液位计本体管的长度和直径相匹配；上安装板和下安装板分别焊接在不锈钢支撑筒上下两端，并保持上安装板、下安装板相互平行。

本发明所述的驱动模块还包括用于检测磁铁向上、向下移动极限位置的上限磁开关和下限磁开关，由电源模块供电的上限磁开关和下限磁开关分别设置在导柱的上下两端，上限磁开关的信号输出端和下限磁开关的信号输出端均与单片机的输入端连接。

本发明所述的驱动模块还包括按钮模块，按钮模块通过接插件a与单片机模块连接，接插件a的插座的零点按钮端zero、测试按钮端test、复位按钮端reset分别与单片机模块的i/o端口pc2、i/o端口pc3、复位端reset连接；接插件a的插头的零点按钮端zero、测试按钮端test、复位按钮端reset分别与按钮模块的零点按钮端zero、测试按钮端test、复位按钮端reset连接。

磁翻板液位模拟输出装置在初次使用时、长时间使用后模拟显示出现较大误差时，需要对磁翻板液位模拟输出装置进行零点校正，具体包括以下步骤:

步骤1.1、将按钮模块、lcd显示模块分别通过接插件a、接插件b连接到磁翻板液位模拟输出装置上；

步骤1.2、按下按钮模块的复位按钮reset，磁翻板液位模拟输出装置进行调零初始化，磁铁回归出厂零点，同时在lcd显示模块上实时显示磁铁移动的位置数据；

步骤1.3、按下按钮模块的零点按钮，磁翻板液位模拟输出装置执行零点调整程序，单片机模块控制磁铁快速向上移动到上限控制点，然后向下快速移动，当再次按下零点按钮，磁铁进入减速移动程序，当达到磁翻板液位计本体的零点时，第三次按下零点按钮，单片机模块记录当前的位置值，并将该记录值替换原有的零点值；

步骤1.4、按下按钮模块的测试按钮，磁翻板液位模拟输出装置执行测试程序，从零点液位变化到最高液位点，然后再从最高液位点变化到零点液位；

步骤1.5、如果输出有偏差，返回步骤1.2，再次进行磁翻板液位模拟输出装置的零点校正；如果没有偏差，第四次按下零点按钮，磁翻板液位模拟输出装置零点校正结束。

磁翻板液位模拟输出装置在自动运行模式下，执行如下步骤：

步骤2.1、磁翻板液位模拟输出装置上电后，系统进行初始化；

步骤2.2、无线模块接受液位模拟显示值；

步骤2.3、无线模块接受液位模拟显示值后，将液位模拟显示值传输到单片机模块；

步骤2.4、单片机模块进行数据处理，控制直流电机和减速器总成的正、反向转动，同时检测多圈电位计的输出电压，计算设定液位模拟显示值与实际显示值间的误差值；

步骤2.5、当设定液位模拟显示值与实际显示值间的误差值不为零，返回步骤（4）；当设定液位模拟显示值与实际显示值间的误差值小于等于零，直流电机和减速器总成停止转动，然后返回步骤步骤2.2。

本发明的有益效果是：

1、本装置在不改变磁翻板液位计的外形和显示方式前提下，通过在真实磁翻板液位计上安装模拟显示替换装置，最大程度上仿真了实际液位的变化；

2、本装置增加了无线通讯功能，可以简化仿真生产设备的布线工作量；

3、本装置增加了可拆卸的lcd显示模块、按钮模块模块，可以对液位的模拟显示值进行调节，同时外形上尽可能地保持与真实磁翻板液位计的一致性。

附图说明

图1为本发明的磁翻板液位计本体管的结构示意图；

图2为本发明的套管和控制模块的透视结构示意图；

图3为本发明的套管和控制模块的右视结构示意图；

图4为图2的b-b向的剖视结构示意图；

图5为本发明的套管的结构示意图；

图6为本发明的套管的右视结构示意图；

图7为本发明的处理器模块的电路原理图；

图8为本发明的自动运行模式的控制流程图；

图9为本发明的零点校正模块的控制流程图；

图中：1、套管，2、控制模块，3、不锈钢支撑筒，4、上安装板，5、下安装板，6、导柱，7、磁铁安装板，8、磁铁，9、磁翻板液位计，10、磁翻板液位计本体管，11、驱动模块，12、直流电机和减速器总成，13、多圈电位计，14、牵引绳b，15、牵引绳a，16、导向管c，17、导向管b，18、导向管a，19、上限磁开关，20、下限磁开关，21、电机保护罩，22、处理器模块，23、单片机模块，24、电机驱动板，25、无线模块，26、按钮模块，27、电源模块，28、lcd显示模块，29、时钟模块，30、红白磁翻柱，31、翻板指示器，32、螺栓孔，33、法兰，34、牵引组件，35、上检测板，36、下检测板，37、支架，38、牵引安装孔，39、牵引安装孔，40、安装孔，41、安装孔，42、法兰盘，43、接插件a，44、接插件b，45、直线轴承。

具体实施方式

如图1所示，一种磁翻板液位计快速模拟显示替换装置，包括设有中心管腔的磁翻板液位计本体管10、设置在磁翻板液位计本体管10表面的翻板指示器31、设置在磁翻板液位计本体管内的套管1和控制模块2，磁翻板液位计本体管10的一端设有具有安装口的法兰33，磁翻板液位计本体管10为中空管状结构，用于安装相匹配的套管1，替换装置采用的翻板液位计本体管10可为市售磁翻板液位计本来用于液体通入的本体管，在翻板指示器31排列设置有多个红白磁翻柱30，翻板指示器31按磁翻板液位计本体管10的轴线方向设置，按磁翻板液位计本体管10的轴承线方向等相隔排列设置多个红白磁翻柱。

如图2、图3所示，套管1由不锈钢支撑筒3、上安装板4、下安装板5、光滑导柱6、磁铁安装板7、磁铁8、直线轴承45组成；套管1可以快速安装到磁翻板液位计本体管10中，上安装板4和下安装板5固定设置在导柱6的两端，下安装板5上设有与法兰33相匹配的安装孔，下安装板5与法兰33匹配固定安装，在套管1中直线轴承45安装在光滑导柱6上，磁铁安装板7固定在直线轴承45上，通过控制套管1中磁铁安装板7上的磁铁8在光滑导柱6上的上下移动，模拟当被测容器液位发生变化时，磁翻板液位计9的翻板液位计本体管10中浮子的上下浮动。

其中，如图5、图6所示，不锈钢支撑筒3是一个沿直径纵切除一半的不锈钢圆筒，不锈钢支撑筒3的长度和直径与磁翻板液位计9的本体管10的长度和直径相匹配；上安装板4、下安装板5分别焊接在不锈钢支撑筒3上下两端，并保持上安装板4、下安装板5相互平行。

下安装板5上的六个螺栓孔32与磁翻板液位计9的法兰33的六个螺栓孔相对应，以方便不锈钢支撑筒3快速安装到磁翻板液位计9上。

光滑导柱6通过上安装板4、下安装板5的圆心安装孔，垂直安装在上安装板4、下安装板5之间。

直线轴承45安装在光滑导柱6上，磁铁安装板7固定在直线轴承45上，以减小磁铁安装板7沿光滑导柱6上、下滑动时的摩擦力。

磁铁8通过螺钉紧固安装在磁铁安装板7上，磁铁8可以随磁铁安装板7在不锈钢支撑筒3内的光滑导柱6上向上、向下移动，模拟当被测容器液位发生变化时，磁翻板液位计9的本体管10中浮子的上下浮动。

可增加上检测板35和下检测板36，将上检测板35、下检测板36分别安装在磁铁安装板7的上、下两个方向上，用以碰触导柱上方与下方安装的上限磁开关和下限磁开关，以检测磁铁8向上、向下移动的极限位置。

控制模块2由驱动模块11、处理器模块22组成，其中驱动模块11由直流电机和减速器总成12、多圈电位计13和牵引组件34组成；直流电机和减速器总成12的输出电机轴上设置有多圈电位计13，直流电机和减速器总成12的输出电机轴通过牵引组件34与磁铁安装板7连接，带动磁铁安装板7上的磁铁沿导柱6上下移动。

处理器模块22由单片机模块23、电机驱动板24、无线模块25、电源模块27、lcd显示模块28、时钟模块29组成；电源模块27分别向单片机模块23、电机驱动板24、无线模块25、多圈电位计13和时钟模块29供电，单片机模块23上分别连接有无线模块25、多圈电位计13、lcd显示模块28的接插件b44、时钟模块29的电机驱动板24，电机驱动板24的电源输出端与直流电机和减速器总成12的电源输入端连接。

如图7所示，处理器模块22的无线模块25实时接收磁翻板液位计模拟显示的数据信号，经单片机模块23处理后，控制电机驱动板24产生相应的驱动信号，驱动直流电机和减速器总成12的正向或反向转动，单片机模块23同时检测安装在直流电机和减速器总成12电机轴上的多圈电位计13的阻值变化，控制直流电机和减速器总成12正向或反向转动到位；直流电机和减速器总成12正向或反向转动，带动固定在直流电机和减速器总成12输出电机轴上的牵引组件34放松或收紧，牵引磁铁安装板7上的磁铁8沿导柱6向上或向下移动，磁铁8通过磁耦合驱动翻板指示器31上的红白磁翻柱30翻转180º,当磁铁8向上移动时，红白磁翻柱30由白色变成红色，当磁铁8向下移动时，红白磁翻柱30由红色变成白色，模拟显示液位。

牵引组件包括导向管a18、导向管b17、导向管c16、牵引绳a15和牵引绳b14；

两根导向管a18分别经下安装板5固定安装在与导柱6对称的两侧，两根导向管a18的一端出口分别与直流电机和减速器总成12的输出电机轴水平对称设置，两根导向管a18的另一端出口均朝向磁铁安装板7设置；

两根导向管b17经上安装板4固定安装在与导柱6对称的两侧，两根导向管b17的两端均朝向磁铁安装板7设置，导向管b17的一端距导柱6的距离小于另一端距导柱的距离，距导柱6较近的两个导向管b17的端出口分别对应导向管a18的端出口设置；

两根导向管c16经下安装板5固定安装在与导柱6对称的两侧，两根导向管c16的一端出口分别与直流电机和减速器总成12的输出电机轴水平对称设置，两根导向管c16的另一端出口分别与距导柱6较远的两个导向管b17的端出口对应设置，；

牵引绳a15的中心点反向缠绕固定在直流电机和减速器总成12的输出电机轴上后，牵引绳a15的两端分别穿过同侧的导向管a18向上拉紧固定在对应侧的磁铁安装板7上；

牵引绳b14的中心点正向缠绕固定在直流电机和减速器总成[12]的输出电机轴上后，牵引绳b14的两端分别穿过同侧的导向管c16、导向管b17向下拉紧固定在对应侧的磁铁安装板7上。磁铁安装板7上可开设对称的用于固定牵引绳a和牵引绳b的牵引安装孔38、39，牵引安装孔38、39对应导向管a的一端出口和导向管b距离导柱的距离较近的一端出口设置。

整个牵引组件34的原理为，一根牵引绳通过直流电机和减速器总成放松，而另一根牵引绳通过直流电机和减速器收紧，从而实现带动磁铁安装板上下运动。

驱动模块11还包括用于检测磁铁8向上、向下移动极限位置的上限磁开关19和下限磁开关20，由电源模块27供电的上限磁开关19和下限磁开关20分别设置在导柱6的上下两端，上限磁开关19的信号输出端和下限磁开关20的信号输出端均与单片机的输入端连接。上限磁开关19、下限磁开关20分别固定安装在光滑导轨6的上端安装点和下端安装点，上端安装点和下端安装点即为最高与最低位置。

为保护整个控制模块，可在下安装板上设置可以与下安装板进行组装的电机保护罩，电机保护罩内设有处理器模块22和驱动模块11，处理器模块22可设置在电机保护罩21的底部，直流电机和减速器总成12安装在电机保护罩21内，并通过安装支架37安装在下安装板5上，电机保护罩21上有安装孔40、安装孔41、法兰盘42，电机保护罩21上法兰盘42的螺栓孔与下安装板5上的螺栓孔32相对应，并一同与磁翻板液位计本体管10的排污法兰33连接；处理器模块22安装在电机保护罩21的底部。

驱动模块11还包括按钮模块26，按钮模块26通过接插件a43与单片机模块23连接，接插件a43的插座的零点按钮端zero、测试按钮端test、复位按钮端reset分别与单片机模块23的i/o端口pc2、i/o端口pc3、复位端reset连接；接插件a43的插头的零点按钮端zero、测试按钮端test、复位按钮端reset分别与按钮模块26的零点按钮端zero、测试按钮端test、复位按钮端reset连接，该种接插形式利用更换与安装。当无按钮模块时，整个处理器模块自动运行，当安装按钮模块时，可实现零点校正功能。

单片机模块23的电压输入端vcc、无线模块25的电压输入端vcc分别与电源模块27的电压输出端vcc连接；单片机模块23的接地端gnd、无线模块25的接地端gnd分别与电源模块27的接地端gnd连接。

电机驱动板24的电压输入端+12v与电源模块27的电压输出端+12v连接;电机驱动板24的接地端gnd1与电源模块27的接地端gnd1连接。

多圈电位计13的电源输入端vcc、接地端gnd分别与电源模块27的电压输出端vcc、接地端gnd连接，多圈电位计13的信号端ain1与单片机模块23的信号输入端ain1连接。

时钟模块29的时钟输出端clk与单片机模块23的时钟输入端clk连接；无线模块25的数据输入端sin、时钟端sclk、数据输出端sout、片选端cs分别与单片机模块23的i/o端口pb0、pb1、pb2、pb3连接。

接插件a43的插座、接插件b44的插座分别安装在电机保护罩21上的安装孔40、安装孔41上。

接插件a43的插座的零点按钮端zero、测试按钮端test、复位按钮端reset分别与单片机模块23的i/o端口pc2、i/o端口pc3、复位端reset连接。

接插件a43的插头的零点按钮端zero、测试按钮端test、复位按钮端reset分别与按钮模块26的零点按钮端zero、测试按钮端test、复位按钮端reset连接。

接插件b44的插座的电源端vcc、接地端gnd分别与电源模块27的电源端vcc、接地端gnd连接；接插件b44的插座的片选端cs1、数据端data、时钟端clk1分别与单片机模块23的i/o端口pb4、pb5、pb6连接，接插件b44的插座的串行/并行选择端psb与电源模块27的接地端gnd连接。

接插件b44的插头的电源端vcc、接地端gnd、片选端cs1、数据端data、时钟端clk1、串行/并行选择端psb分别lcd显示模块28的电源端vcc、接地端gnd、片选端cs1、数据端inout、时钟端clk1、串行/并行选择端psb连接。

单片机模块23通过接插件a43、接插件b44的插头、插座的相互连接分别与按钮模块26、lcd显示模块28连接。

电机驱动板24的控制电源输出端a1、a2分别与直流电机和减速器总成12的电源输入端a1，a2连接；电机驱动板24的控制信号控制输入端a+，a-分别与单片机模块23的i/o端pa0、pa1连接；电机驱动板24的方向控制信号dir与单片机模块23的i/o端口pa2连接，电机驱动板24的控制信号接地端与电源模块27的接地端gnd连接。

上限磁开关19的电源端vcc、下限磁开关20的电源端vcc分别与电源模块27的电源端vcc连接；上限磁开关19的接地端gnd、下限磁开关20的接地端gnd分别与电源模块27的接地端gnd连接；上限磁开关19的信号输出端s1、下限磁开关20的信号输出s2分别与单片机模块23的i/o端pa4、pa5连接；磁铁安装板7上的上检测板35与上限磁开关19接近时，上限磁开关19输出高电平；下检测板36与下限磁开关20接近时，下限磁开关20输出高电平，以实现对磁铁8的极限位控制。

该磁翻板液位计快速模拟显示替换装置的控制过程包括以下步骤：

如图9所示，内容一、磁翻板液位模拟输出装置在初次使用时、长时间使用后模拟显示出现较大误差时，需要对磁翻板液位模拟输出装置进行零点校正:

步骤1.1、将按钮模块26、lcd显示模块28分别通过接插件a43、接插件b44连接到磁翻板液位模拟输出装置上；

步骤1.2、按下按钮模块26的复位按钮reset，磁翻板液位模拟输出装置进行调零初始化，磁铁8回归出厂零点，同时在lcd显示模块28上实时显示磁铁8移动的位置数据；

步骤1.3、按下按钮模块26的零点按钮，磁翻板液位模拟输出装置执行零点调整程序，单片机模块23控制磁铁8快速向上移动到上限控制点，然后向下快速移动，当再次按下零点按钮，磁铁8进入减速移动程序，当达到磁翻板液位计本体管的零点时，第三次按下零点按钮，单片机模块23记录当前的位置值，并将该记录值替换原有的零点值；

步骤1.4、按下按钮模块26的测试按钮，磁翻板液位模拟输出装置执行测试程序，从零点液位变化到最高液位点，然后再从最高液位点变化到零点液位；

步骤1.5、如果输出有偏差，返回步骤1.2，再次进行磁翻板液位模拟输出装置的零点校正；如果没有偏差，第四次按下零点按钮，磁翻板液位模拟输出装置零点校正结束。

内容二，如图8所示，磁翻板液位模拟输出装置在自动运行模式下，执行如下步骤：

步骤2.1、磁翻板液位模拟输出装置上电后，系统进行初始化；

步骤2.2、无线模块接受液位模拟显示值；

步骤2.3、无线模块接受液位模拟显示值后，将液位模拟显示值传输到单片机模块；

步骤2.4、单片机模块进行数据处理，控制直流电机和减速器总成的正、反向转动，同时检测多圈电位计的输出电压，计算设定液位模拟显示值与实际显示值间的误差值；

步骤2.5、当设定液位模拟显示值与实际显示值间的误差值不为零，返回步骤4；当设定液位模拟显示值与实际显示值间的误差值小于等于零，直流电机和减速器总成停止转动，然后返回步骤步骤2.2。