专利名称：一种水位调节装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及水位调节装置，更准确地说，涉及一种电站锅炉汽包水位调节 装置。
背景技术：
维持锅炉汽包水位正常，是保证锅炉安全运行的重要条件之一。汽包水位过高， 会使进入过热器的蒸汽水分含量增加，轻则使过热器内壁结垢而导致过热器过热烧 坏，重则使进入汽机的蒸汽带水导致汽机叶片损坏；汽包水位过低，则可能破坏水 冷壁管的循环工况，造成水冷壁管因缺水而烧坏。此外，汽包水位对象在蒸汽流量 扰动下包含有很大的虚假成分。目前使用的锅炉汽包水位调节仪表有DDZ型仪表、组装仪表、智能仪表。 DDZ型仪表，仅能在设计工况下运行，不能判断外接传感器或测量装置是否出 现故障，对虚假水位不能准确判断，对水位调节存在一定的影响，控制效果不十分 理想。组装仪表一般由三个PI调节器组成串级控制系统，适用于大机组，存在系统 的组态不灵活、结构复杂、不能判断外接传感器或测量装置是否故障等缺点，控制 质量仍较差，控制效果不十分理想。智能仪表，应用微处理器，可模拟人的思维，在虚假水位期间停止水位调节操 作。检索到的国产三冲量智能仪表是东辉智能仪器有限公司的DY2000-GL(F)，无 开关量输入，不能判断传感器或测量装置是否故障，支持的通讯方式未采用现场总 线，不适用于大机组。该仪表的具体实现方法未见介绍。未搜索到其它与电站锅炉 汽包水位调节相关的智能仪表。锅炉汽包水位调节除了使用仪表外，还有应用PLC、计算机构成的汽包水位自 动调节系统，其缺点是投资大、结构复杂。发明内容技术问题本实用新型的目的是解决上述仪表和系统存在的问题，提供一种应 用微处理器的水位调节装置，其有多通道模拟量和开关量输入/输出，在传感器或测 量装置故障时容易发现不正常情况，适用范围广。技术方案为了达到上述目的，本实用新型提供的一种汽包水位调节装置，其 包括微处理器，可根据输入信号及设定的参数和内置的控制程序，输出控制信号， 实现汽包水位自动调节等功能；模拟量输入通道，用于将外部传感器的模拟量信号 传输给微处理器；开关量输入通道，用于将外部的开关量信号传输给微处理器；模 拟量输出通道，用于将微处理器发出的模拟量控制指令传输给外部的控制对象；开 关量输出通道，用于将微处理器发生的开关量控制指令传输给外部相应的控制对 象；液晶显示器和指示灯显示器件，用于显示相关信息；按键，用于设置参数和选 择控制方法；现场总线通信接口，用于与其它同类型的现场总线仪表、上位管理层 计算机相连。模拟量输入顺序经信号调理器、A/D转换器与微处理器的信号输入端 直接相连，开关量输入经第一光电隔离器与微处理器的开关量信号输入端相连，微 处理器的模拟量输出顺序经外部D/A转换器、抗干扰隔离器输出，微处理器的开关 量输出顺序通过第二光电隔离器输出；RS485通信模块、按键、指示灯、LCD显示 器、现场总线CAN通信模块分别与微处理器相连，电源模块分别与以上各部分相 连。信号调理器中的电压跟随电路的输出端1脚，经第六电阻接A/D转换器中的模 数转换电路的输入端VI即33脚，A/D转换器中的转换结果输出电路的 "DB0 DB15"端与微处理器中的微处理电路的数据总线"D0 D15"直接相连；微 处理电路的数据总线"D0 D15"接D/A转换器中D/A转换电路的"PID0 PID15" 端，D/A转换电路的输出端经电抗器经抗干扰隔离器中抗干扰隔离电路的输入端。 微处理器中的微处理电路的串行通信引脚、通用I/O引脚、低8位数据总线及读 写控制线、CAN总线引脚分别接RS485通信模块、按键、指示灯、LCD显示器、 现场总线CAN通信模的485通信模块的收、发、使能端，典型按键电路的输入端， 典型发光二极管显示电路的控制端，LCD显示模块的数据线、控制线，现场总线 CAN通信模块的收/发端。有益效果传感器或测量装置可选择输出信号是电流型或电压型的，控制对象 可选择控制信号为模拟量或开关量的，因此不管连接的是哪种类型的传感器或测量 装置、哪种控制方式的控制对象都可以。根据对微处理器程序的修改，可增加汽包水位调节的方法，或改进现有的调节方法。当所用的传感器或测量装置的模拟量输出信号由电流型改为电压型时，可通过 简单的设置将输入的电流信号转换成电压信号；当控制对象所需的控制信号类型发 生变化时，根据不同的控制对象输出相应的控制信号，因此具有通用性。应用微处理器，采用液晶显示，结合按键可实现由PLC或计算机构成的汽包水 位调节系统的功能，但成本却大大减小。支持现场总线方式通讯方式，与当前的现场总线仪表/装置的发展相吻合。应用微处理器，可事先预置几种控制方式供用户选择，也能根据实际功能的增 加或改变，修改微处理器中的程序或更换使用中的微处理器，从而易于改进其功能。
图1是说明本实用新型的水位调节装置的框图，图2是表示对应本实用新型一实施例的模拟量输入通道中信号调理器3、 A/D 转换器4的电路图，图3是表示对应本实用新型一实施例的模拟量输出通道中D/A转换器6、抗干扰隔离器7的电路图，图4是表示对应本实用新型一实施例的开关量输入/输出通道中第一光电隔离器5、第二光电隔离器8的电路图，图5是表示对应本实用新型一实施例的RS485总线通信模块9的电路图， 图6是表示对应本实用新型一实施例的现场总线CAN通信模块13的电路图， 图7是表示对应本实用新型一实施例的微处理器与LCD显示器12的接口电路图，以及微处理器与RS485通信模块9、按键IO、指示灯ll、现场总线CAN通信模块13、开关量输入/输出的接口引脚网络标号图。以上的图中有电源模块l、微处理器2、信号调理器3、 A/D转换器4、第一光电隔离器5、 D/A转换器6、抗干扰隔离器7、第二光电隔离器8、 RS485通信模 块9、按键IO、指示灯ll、 LCD显示器12、现场总线CAN通信模块13。
具体实施方式
现在仔细参看本实用新型实施例和附图所示其范例。在说明本实用新型时，相 同的解释从略。参看图1，电源模块l向微处理器2、信号调理器3、 A/D转换器4、第一光电 隔离器5、 D/A转换器6、抗扰隔离器7、第二光电隔离器8、 RS485通信模块9、 按键IO、指示灯ll、 LCD显示器12、现场总线CAN通信模块13等供电。模拟量 /开关量输入信号，分别经由信号调理器3、 A/D转换器4组成的模拟量输入通道和 由第一光电隔离器5构成的开关量输入通道传送至微处理器，微处理器根据输入的 信号对水位进行调节控制或报警控制或保护控制，并进行LCD显示和指示灯指示 及远程通信。微处理器将水位调节指令经由D/A转换器6、抗扰隔离器7组成的模 拟量输出通道或由第二光电隔离器8构成的开关量输出通道传送至外部的控制对 象，将报警信号或保护信号经开关量输出通道传送至外部报警/保护单元。微处理器 通过与按键IO、指示灯ll、 LCD显示器12，实现实时数据显示、参数设置、相关 状态指示等功能。微处理器通过RS485通信模块9、现场总线CAN通信模块13， 实现基于485总线、CAN现场总线的远程通信。参看图2来更具体地说明图1中的模拟量输入通道，外部传感器或测量装置输 出的模拟量信号一端接调节仪的AinGnD接线端子，另一端经调节仪的一输入端子 与第一电阻R1、第二电阻R2相连，第一电阻R1再接第一开关S1，第一开关S1 再与地AinGND相连，第二电阻R2再接第一电容C1，同时第二电阻R2接第三电 阻R3、第四电阻R4，第三电阻R3接A/D参考电压AVref，第四电阻R4再接第二 电容C2、第五电阻R5、第一芯片运放U1A的3脚，第一电容C1、第二电容C2、 第五电阻R5同时接地AinGND，第一芯片运放U1A的2脚与1脚相连后接第六电 阻R6，第六电阻R6接第三电容C3，同时第六电阻R6接第十芯片A/D芯片U10 的33脚，第十芯片U10的数据线DB0 DB15与微处理器的数据总线相连，第十芯 片U10的21-23脚、19脚、18脚分别与微处理器的通用I/O 口相连，第十芯片U10的20脚与微处理器的读信号脚相连；A/D芯片前端的模拟量输入通道与图2 (a) 的结构、原理相同。微处理器通过控制总线和数据总线读取A/D芯片转换结果寄存 器中的数字量。若模拟量信号是电流信号，则第一开关Sl闭合将电流信号转换为 电压信号，若模拟量信号为电压信号，则第一开关S1打开。参看图3来更具体地说明图1中的模拟量输出通道，微处理器的数据总线与第 12芯片D/A芯片U12的P1D0 P1D15相连，同时其通用I/O 口与第12芯片U12 的串行控制引脚49~52相连；微处理器输出的时钟信号经第五十电容C50与第一互 感器Tl的1脚相连，第一互感器Tl的4脚接地DGND，第一互感器Tl的2脚与 第五十电阻R50相连，第五十电阻R50再接第五十二极管D50的阴极，同时第五 十电阻R50接第五十一二极管D51的阳极，同时第五十电阻R50接第12芯片U12 的3脚；第一互感器T1的5脚接第五十四电阻R54，第五十四电阻R54再接第五 十二极管D50的阳极，同时第五十四电阻R54接第五十一二极管D51的阴极，同 时第五十四电阻R54接第十二芯片U12的4脚；第一互感器T1的3脚经第五十一 电阻R51接电源CV18，同时3脚分别经第五十二电阻R52、第五十一电容C51、 第五十二电容C52接地DGND;第十二芯片U12的68脚经第五十七电阻R57接地 AGND，同时68脚接第四平波电抗器T4的l脚，第十二芯片U12的69脚经第五 十八电阻R58接地AGND，同时69脚接第四平波电抗器T4的2脚，第四平波电 抗器T4的3脚接第五互感器T5的2脚，第四平波电抗器T4的脚接第五互感器T5 的5脚，第十二芯片U12的65脚经第六十一电阻R61接地AGND，同时65脚接 第五互感器T5的1脚，第十二芯片U12的66脚经第六十二电阻R62接地AGND， 同时66脚接第五互感器T5的4脚；另一模拟量输出电路与此结构、原理相同。微 处理器通过数据总线和控制总线将待转换的数字量传送至第十二芯片U12，第十二 芯片U12将转换后的电流信号通过IOUT1经平波电抗器T4,再经第五互感器T5 输出，同时相应的输出补偿电流信号经AUX1与输出的电流信号相叠加，最终输出 较精确的电流信号。参看图4来更具体地说明图1中的开关量输入/输出通道，微处理器的一个通用 I/O引脚与第十四芯片U14的2脚相连，第十四芯片U14的1脚经第七十一电阻 R71接电源DV33;第十四芯片U14的3脚经第七十二电阻R72接电源VCC-E，第十三芯片U13的4脚接一对开关量输出端子中的一个，GND-E接另一个。 一对开 关量输入端子的一个接第十五芯片U15的2脚，同时该端子接地GND-E，另一输 入端子接第七十电阻R70，第七十电阻R70再接第七十电容C70，同时第七十电阻 R70接第十五芯片U15的1脚；第十五芯片U15的4脚接地DGND，第十五芯片 U15的3脚经第七十三电阻R73接电源DV33，同时第十五芯片U15的3脚接微处 理器的一个通用1/0 口。图4中的开关量输出信号经第十四芯片U14隔离后输出， 开关量输入信号经第十五芯片UI5隔离后输入，其它的开关量输入/输出电路与此 结构相同。参看图5来更具体地说明图1中的RS485总线通信模块，微处理器的串行通信 引脚的接收引脚接第十六芯片U16的6脚，同时该引脚经第八十电阻R80接电源 DV33，第十六芯片U16的2脚接电源DV33-A，第十六芯片U16的3脚接第十九 芯片U19的1脚；微处理器的串行通信引脚的发送引脚接第十八芯片U18的3脚， 第十八芯片U18的2脚接电源DV33，第十八芯片U18的6脚接第十九芯片U19 的4脚，同时第十八芯片U18的6脚经第八十三电阻R83接电源DV33-A，第十八 芯片U18的7脚与8脚同时接电源DV33-A，同时第十八芯片U18的7脚与8脚经 第八十一电容C81接地GND-A;微处理器或微控制的一个通用I/O引脚接第十七 芯片U17的2脚，第十七芯片U17的1脚经第八十一电阻R81接电源DV33，第十 七芯片U17的4脚接电源DV33-A，第十七芯片U17的3脚经第八十二电阻R82 接地GND-A，同时第十七芯片U17的3脚接第十九芯片U19的2脚与3脚；第十 九芯片U19的8脚接电源DV33-A，第十九芯片U19的5脚接地GND-A，第十九 芯片U19的6脚接RS485总线中的A，第十九芯片U19的7脚接RS485总线中的 B，第八十四电阻R84 —端接RS485总线中的B，第八十四电阻R84的另一端接 RS485总线中的A。微处理器经光电隔离，经485总线驱动器通过RS485总线可实 现基于RS485总线的数据通信。参看图6来更具体地说明图1中的现场总线CAN通信模块，微处理器内嵌的 CAN控制器经CAN总线发送引脚接第二十二芯片U22的3脚，内嵌的CAN控制 器经CAN总线接收引脚接第二十三芯片U23的6脚，同时该引脚经第九十四电阻 R94接电源DV33;第二十二芯片U22的2脚经第九十电阻R90接电源DV33，第二十二芯片U22的8脚接电源DV33-A，同时第二十二芯片U22的8脚经第九十电 容C90接地GND-A，第二十二芯片U22的7脚经第九^"一电阻R91接电源DV33-A， 第二十二芯片U22的5脚接地GND-A,第二十二芯片U22的6脚接第二十四芯片 U24的1脚，同时第二十二芯片U22的6脚经第九十二电阻R92接电源DV33-A; 第二十三芯片U23的2脚经第九十六电阻R96接电源DV33-A，第二十三芯片U23 的3脚接第二十四芯片U24的4脚；第二十四芯片U24的2脚接地GND-A，第二 十四芯片U24的3脚接电源DV33-A，同时第二十四芯片U24的3脚经第九十二电 容C92接地，第二十四芯片U24的8脚经第九十三电阻R93接地GND-A,第二十 四芯片U24的7脚接CAN总线中的CANH,同时第二十四芯片U24的7脚经第九 十七电阻R97接第二十四芯片U24的6脚，第二十四芯片U24的6脚再接CAN总 线中的CANL。微处理器经光电隔离，经CAN总线收发器通过现场总线CAN可实 现基于CAN总线的数据通信。参看图7来更具体地说明图1中的LCD显示器及微处理器与RS485通信模块 9、按键IO、指示灯ll、现场总线CAN通信模块13、开关量输入/输出的接口引脚 网络标号，第五芯片U5的D0 D7经第五接口 J5与LCD显示器的D0 D7相连， 第五芯片的第79脚、83脚、42脚、84脚分别接第五接口 J5的4脚、l脚、2脚、 3脚相连，第五接口 J5的5脚与微处理器地址线的最低位(18脚)相连，第五接 口J5的14脚接电源DV33，同时接第二电位器W2的l脚，第五接口J5的15脚、 16脚接数字地DGND,第五接口 J5的16脚接第二电位器W2的2脚，第二电位器 W2的3脚接数字地DGND;第五芯片U5的110脚、115脚与典型的按键电路相连； 第五芯片U5的87脚、89脚与CAN通信模块相连；第五芯片U5的28脚、25脚、 26脚、29脚、22脚、20脚分别与典型的LED显示电路相连；第五芯片U5的157 脚、155脚、72脚与RS485通信模块相连；第五芯片92~95脚、98脚、101脚、102 脚、104脚分别与开关量输出通道相连；第五芯片U5的106脚、107脚、109脚、 116脚、117脚、122-124脚分别与开关量输出通道相连；第五芯片U5的28脚、 25脚、26脚、29脚、22脚、20脚分别与典型的发光极管显示电路相连。如上所述，本实用新型应用16位或32位的内嵌CAN总线控制器的微处理器， 与输入/输出通道、按键、指示灯、液晶显示等相结合，可根据输入的信号实现水位的自动调节、报警、保护、实时显示、通信等功能；可根据输入的模拟量/开关量水 位信号，判断水位传感器或测量装置的故障/不正常状况，从而输出报警信号。此外，本实用新型设置了多个模拟量/开关量输入/输出通道，适用于小机组和 大机组，因而适用范围广，同时本发明将微处理器和输入/输出通道等集中在有限的 空间内，加工成本较低，且通过改变微处理器的程序可增加或改变其功能。虽然在以上说明中描述了多个实施例，但显然本实用新型可用许多包括在本实 用新型实质和范围内的其它特定方案来实施。因此，所述实施例应视为说明性的， 且本实用新型可在权利要求书范围及其等价范围内改变。说明书附图 电源 模块模拟量 开关量 输*入 输入信号调 理器3A/D转 换器4第一 光电隔 离器5微处理器2D/A转 换器6抗扰隔亩SS *7尚益7第二 光电隔 离器8输出开关量 输出RS485通信模块 9按键10指示灯llLCD显示 器12—现场总线 CAN通信 模块13<formula>formula see original document page 11</formula>图1<formula>formula see original document page 11</formula> 图权利要求1、一种水位调节装置，其特征是模拟量输入顺序经信号调理器(3)、A/D转换器(4)与微处理器(2)的信号输入端直接相连，开关量输入经第一光电隔离器(5)与微处理器(2)的开关量信号输入端相连，微处理器(2)的模拟量输出顺序经外部D/A转换器(6)、抗干扰隔离器(7)输出，微处理器(2)的开关量输出顺序通过第二光电隔离器(8)输出；RS485通信模块(9)、按键(10)、指示灯(11)、LCD显示器(12)、现场总线CAN通信模块(13)分别与微处理器(2)相连，电源模块(1)分别与以上各部分相连。
2、 根据权利要求l所述的水位调节装置，其特征是信号调理器(3)中的 电压跟随电路(U1A)的输出端1脚，经第六电阻(R6)接A/D转换器(4)中的 模数转换电路(U10B)的输入端V1即33脚，A/D转换器(4)中的转换结果输出 电路(U10B)的"DB0 DB15"端与微处理器(2)中的微处理电路(U5)的数据 总线"D0 D15"直接相连；微处理电路(U5)的数据总线"D0 D15"接D/A转 换器(6)中D/A转换电路(U12)的"PID0 PID15"端，D/A转换电路(U12) 的输出端经电抗器(T4)经抗干扰隔离器(7)中抗干扰隔离电路(T5)的输入端。
3、 根据权利要求1所述的水位调节装置，其特征是微处理器(2)中的微处 理电路(U5)的串行通信引脚、通用I/O引脚、低8位数据总线及读写控制线、CAN 总线引脚分别接RS485通信模块(9)、按键(IO)、指示灯(ll)、 LCD显示器(12)、 现场总线CAN通信模(13)的485通信模块的收、发、使能端，典型按键电路的 输入端，典型发光二极管显示电路的控制端，LCD显示模块的数据线、控制线，现 场总线CAN通信模块的收/发端。
专利摘要本实用新型公开一种水位调节装置，其装置包括微处理器，可接收外部输入的信号及发出相应的控制指令；模拟量输入通道，用于外部模拟量输入，并将输入的模拟量转换为数字量；开关量输入通道，用于外部开关量的输入；模拟量输出通道，用于输出标准的模拟量控制信号；开关量输出通道，用于输出开关量控制信号；液晶显示器，用于实时显示水位曲线及与水位变化相关的物理量参数；指示灯器件，可指示调节仪所需电源供电状态、给水阀门执行器或给水泵的运行状态、高/低水位报警、线路故障等信号。
文档编号G05D9/00GK201107664SQ200720046588
公开日2008年8月27日 申请日期2007年10月19日 优先权日2007年10月19日
发明者黄巧亮 申请人:江苏科技大学