水位传感器及水位测量
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序号 1 2 3 4 5 6 名 称 规 范 ≤5.0 6.75 12 2 200 专用锭子油 单位 兆帕 米 分钟 分钟 毫米 提升闸门压力 作用筒活塞工作行程 快速提升时间 快速关闭时间 作用筒活塞杆直径 工作液体
任务一
1.查看仿真系统的资料，查看其水位（水库水位、 拦污栅后水位、集水井等地方）测量的方法。 2.仔细分析图，查看运行手册，分析仿真系统中 闸门操作的过程。 3.分析闸门在正常操作和故障操作有何不同？
过声波从传感器表面到水面的 时间来测量水位。
通过超声波在空中 的传播时间t来计算 超声传感器与被测 物之间的距离s 。 由于声波在空中传 播的速度c是一定的， 则根据： s=ct / 2可计算出s
※ 测量范围：可以定制。 ※ 输出：一般选择输出信号为
4~20mA。
常用测量水位的传感器
压力式水位传感器 ※ 原理：不同的水位产生净水 原理：
控
制
电
闸门控制PLC程序框图（部分） 程序框图（部分） 闸门控制 程序框图
开闸门操作 Y Y 返回 Y 清命令 Y 开闸门 N 拔锁定到位 松闸时间未到 N 清命令 发故障命令 返回
有故障？ N 已到上限？ N 有关命令？ 关 N 锁定已松？ 抜锁定、 开始延时
返回
闸门控制PLC程序框图（部分） 闸门控制 程序框图（部分） 程序框图
轴
光电 编码器 重物
测量示意图
增量式光电编码器工作原理
• 零点的判断：加装零点检测输出信号 • 方向判断：安装两组光电检测装置， 位置上相差1/4周期，输出信号差90 度。
典型光电编码器
闸门控制实例 • 某电厂引水渠道一共有7个闸门，分别装有 7套PLC闸门控制装置。同时，控制装置通 过光纤和计算机监控系统相连，实现远程 控制和监视。 • 每套闸门监控系统安装有闸门高度测量装 置（绝对式）、光电限位开关、软启动装 置、过压保护、断相保护、视频监视等等 装置。
格雷码特点
格雷码是一种数字排序系 统，其中的所有相邻整数 在它们的数字表示中只有 一个数字不同。它在任意 两个相邻的数之间转换时， 只有一个数位发生变化。 大大地减少了由一个状态 到下一个状态时逻辑的混 淆。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
格雷码转换
闸门高度测量
WDJK PLC型闸门控制装置 型闸门控制装置
三相异步电机
交
流
电
源
电
机
S7-200PLC S7-200PLC S7-200PLC S7-200PLC 200PLC 200PLC 200PLC 200PLC
IO IO IO IO 扩
AD AD AD AD 展 模 块 模
4~20mA / 12 块
输
出
闸门高度测量
闸门高度测量传感器 转向轮 闸门高度测量传感器所使用的光电编码器有两种：
绝对式光电编码器：输出直接是二进
钢丝绳 闸门 变速箱 制数据，表示当前的闸高。 特点： 1、测量方便，无需进行方向判断； 2、掉电后数据不会丢失； 3、为提高抗干扰的能力，输出数据采用格 雷码输出； 4、安装时必须保证在整个闸门开关的过程 中，编码器只能转一圈或一圈以内，必须选 择合适的变速箱。 5、输出接线比较多，随着传感器精度提高 而增加。 6、常用传感器输出的数据为12位。
装置功能
多种量程可供选择 （显示范围：0~999.99米） 传感器输出软件校正 可连接远程显示装置 越限报警功能 （上上限、上限、下限、下下限） 防雷功能 全触摸操作
采用Modbus协议通讯
水位数据处理
水位传感器输出信号范围为0~20mA，必须通过一定的转换，将其转换为实际水位 假设： 1. 传感器量程为100米； 2. AD转换后0米水位对应数字A； 3. AD转换后100米水位对应数字B； 4. 当前测量的数字为X，计算水位H；
闸门高度测量传感器 转向轮 钢丝绳 闸门 变速箱 闸门高度测量传感器所使用的光电编码器有两种：
增量式光电编码器：输出为三路脉冲
信号，其中一路为零点脉冲。其余两路每发 一个脉冲代表闸门高度改变一定的高度，通 过两路脉冲信号的相位差表示增加还是减少 闸门高度。 特点： 1、测量闸门的高度为累计值，并且 要通过相位差判断方法，测量复杂； 2、掉电后数据丢失,必须重新设定； 3、同样码盘直径情况下，传感器精度比绝 对式高； 4、在整个闸门开关的过程中，编码器可以 旋转多圈，安装调整方便。
Y 上限标志
思考一下问题
1、如何实现上位机进行闸门操作？
2、如何实现现地、远方操作？
3、如何指定操作时位置？（位置控制） 4、如何进行速度计算？计算速度有何作用？
液压操作系统
对于大型的闸门，普遍利用油压操作的液压启闭机代替 闸门进行操作。 下图是黄龙潭电厂闸门控制的液压操作系统图。其基本 参数如下表所示：
关闸门操作 Y Y 返回 Y Y 清开命令 关闸门 N 拔锁定到位 松闸时间未到 N 发故障命令 清命令 返回 返回
有故障？ N 已到下限？ N 有开命令？ 开 N 锁定已松？ 抜锁定、 开始延时
闸门控制PLC程序框图（部分） 程序框图（部分） 闸门控制 程序框图
闸门上、下限判断及故障判断（一） 计算开度测量和上限差值 计算开度测量和下限差值 返回 到上限？ Y 和上限差值在 许可范围内？ N 传感器故障 清开、关命令 N Y 上限标志 到下限？ Y 下限标志 和下限差值在 许可范围内？ N 返回 Y N 返回 清开、关命令 电机故障 N Y
PORT 1
显示
器
开
电
生产厂家：武汉电力科技开发有限公司
装置介绍
传感器采用投入水位传感器，输出信号为4~20mA，量程由用户制定。 安装时安装在钻有孔的钢管中，避免动水引起测量误差。 传感器输出的信号经过防雷装置后连接AD转换模块，以防雷击损坏传感器和AD模 AD AD 块。 AD转换模块为12位，输入信号设置为电流测量方式，输入信号范围为0~20mA。 PLC根据设定的参数（量程、AD基准点、AD满量程值等）自动计算水位值，当超 出限制值时，给出报警信号（继电器和指示灯）。 水位显示、参数设置、报警指示灯都由触摸屏完成。
速度超出 最快或最慢范围 B
A
计算动作速度 Y 有开关命令？
闸门控制PLC程序框图（部分） 程序框图（部分） 闸门控制 程序框图
闸门上、下限判断及故障判断（二） A N N 开度接近下限？ Y N 下限开关闭合？ Y N 传感器故障 清开、关命令 返回 下限标志 B
开度接近上限？ Y 上限开关闭合？
引线
孔
传感器在管中安装
学习情境 三
闸门高度测量传感器及闸门控制
闸门控制类型
闸门控制一般采用三种方式： 1.螺杆式: 通过电机正反转带动连接在闸门螺杆,从而实现闸
门的开、关。一般适用于小闸门，如引水式电站渠道的闸门 控制。
2.卷扬式: 通过卷扬机正反转，带动连接在闸门上的钢丝绳,
实现开启操作，而关闭则是靠闸门的重力自行关闭。 3.液压方式：通过液压控制启闭机进行开启、关闭操作。
水位计算公式： H=（X－A）×（100－0）／(B－A)
数据滤波及水质系数
为提高水位测量的精度，一般要对数据进行滤波，水位测量装置常用的滤 波算法有： 1、取平均值：同时采集多个值，取其平均值作为实际的数据。 2、一阶滞后滤波法 ：一般取a=0~1，本次滤波结果=（1-a）*本次采样值 +a*上次滤波结果。
闸门控制、 闸门控制、操作原理
转向轮 电锁定 钢丝绳
上限 光电开关
电机
闸门
下限 光电开关
轴 变速箱
光电 编码器 重物
螺杆 电机轴
闸 门
反光板
闸 门
反光板
测量示意图
操作示意图
闸门控制、 闸门控制、操作原理 • 操作说明：
– 闸门的开关是通过电机正反转完成，当电机运 行时，带动闸门的螺杆上或下运行，从而控制 闸门的开关； – 无论开启还是关闭闸门，先打开电机的锁定。 当不操作时，关闭锁定，避免闸门在重力的作 用下自动关闭； – 闸门可以在任意设定高度停止；
压强是不同的，测量出水压， 就可以计算出水位值。
※ 测量范围：可以定制。 ※ 输出：一般选择输出信号为
4~20mA。
WPC PLC型水位测量装置 PLC型水位测量装置 系统结构
转 换 模 块
PORwk.baidu.com 0
显示 触摸屏
EM235 AD AD
S7-224XP
水位传感器
输出
继电器 报警输出
电源 AC220V
水质对采集精度的影响：投入传感器是通过测量水的静压力来间接的测量水位， 其基准是以净水压力来核算的，在多泥沙的水质中，必须考虑水质对水位值的 影响，一般要根据实际情况设定一个水质系数进行弥补。 实际水位值=测量水位值*水质系数 （水质系数 小于等于1）
水位传感器安装要求
1、传感器引线不易太长，安装时注意不能折弯引线。注意本能使引线承受 过大的拉力； 2、任何时候都不能堵塞传感器引线中的空气管，否则无法测量数据； 3、引线如果太长，必须进行防雷处理，如引线从铁管中传出； 4、传感器不能投入到泥沙中，否则会造成传感器测压孔堵塞，从而无法测量 数据；并且定期清理传感器测压孔，注意不能用尖锐物体插入测压孔； 5、传感器不能安装在动水中，应该安装在测压井或通过管道安装在水中； 6、定期清理传感器中的泥沙，以免泥沙阻塞孔从而影响测量； 7、定期进行测量校准，以提高测量的精度；
学习情境 三
水位传感器及水位测量
水位测量位置及作用 测量水位的作用：
1.经济运行要求； 2.安全运行的依据； 3.防洪抗旱的要求依据之一； 4.调度依据；
测量的位置：
1、水库水位； 2、尾水水位； 3、集水井水位； 4. 。。。
水位测量传感器
常用测量水位的传感器 超声波水位传感器 ※ 原理：超声波水位传感器通 原理：
任务二
1. 根据运行手册和仿真系统实训指导书，在仿真 系统上进行油泵操作，闸门正常开、关操作；
谢谢！ 谢谢！
轴
光电 编码器 重物
测量示意图
绝对式光电编码器工作原理 挡光板 发光管 光敏二级管
码盘
十进制数 0
自然二进制数 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111
格雷码 0000 0001 0011 0010 0110 0111 0101 0100 1100 1101 1111 1110 1010 1011 1001 1000
任务一
1.查看仿真系统的资料，查看其水位（水库水位、 拦污栅后水位、集水井等地方）测量的方法。 2.仔细分析图，查看运行手册，分析仿真系统中 闸门操作的过程。 3.分析闸门在正常操作和故障操作有何不同？
过声波从传感器表面到水面的 时间来测量水位。
通过超声波在空中 的传播时间t来计算 超声传感器与被测 物之间的距离s 。 由于声波在空中传 播的速度c是一定的， 则根据： s=ct / 2可计算出s
※ 测量范围：可以定制。 ※ 输出：一般选择输出信号为
4~20mA。
常用测量水位的传感器
压力式水位传感器 ※ 原理：不同的水位产生净水 原理：
控
制
电
闸门控制PLC程序框图（部分） 程序框图（部分） 闸门控制 程序框图
开闸门操作 Y Y 返回 Y 清命令 Y 开闸门 N 拔锁定到位 松闸时间未到 N 清命令 发故障命令 返回
有故障？ N 已到上限？ N 有关命令？ 关 N 锁定已松？ 抜锁定、 开始延时
返回
闸门控制PLC程序框图（部分） 闸门控制 程序框图（部分） 程序框图
轴
光电 编码器 重物
测量示意图
增量式光电编码器工作原理
• 零点的判断：加装零点检测输出信号 • 方向判断：安装两组光电检测装置， 位置上相差1/4周期，输出信号差90 度。
典型光电编码器
闸门控制实例 • 某电厂引水渠道一共有7个闸门，分别装有 7套PLC闸门控制装置。同时，控制装置通 过光纤和计算机监控系统相连，实现远程 控制和监视。 • 每套闸门监控系统安装有闸门高度测量装 置（绝对式）、光电限位开关、软启动装 置、过压保护、断相保护、视频监视等等 装置。
格雷码特点
格雷码是一种数字排序系 统，其中的所有相邻整数 在它们的数字表示中只有 一个数字不同。它在任意 两个相邻的数之间转换时， 只有一个数位发生变化。 大大地减少了由一个状态 到下一个状态时逻辑的混 淆。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
格雷码转换
闸门高度测量
WDJK PLC型闸门控制装置 型闸门控制装置
三相异步电机
交
流
电
源
电
机
S7-200PLC S7-200PLC S7-200PLC S7-200PLC 200PLC 200PLC 200PLC 200PLC
IO IO IO IO 扩
AD AD AD AD 展 模 块 模
4~20mA / 12 块
输
出
闸门高度测量
闸门高度测量传感器 转向轮 闸门高度测量传感器所使用的光电编码器有两种：
绝对式光电编码器：输出直接是二进
钢丝绳 闸门 变速箱 制数据，表示当前的闸高。 特点： 1、测量方便，无需进行方向判断； 2、掉电后数据不会丢失； 3、为提高抗干扰的能力，输出数据采用格 雷码输出； 4、安装时必须保证在整个闸门开关的过程 中，编码器只能转一圈或一圈以内，必须选 择合适的变速箱。 5、输出接线比较多，随着传感器精度提高 而增加。 6、常用传感器输出的数据为12位。
装置功能
多种量程可供选择 （显示范围：0~999.99米） 传感器输出软件校正 可连接远程显示装置 越限报警功能 （上上限、上限、下限、下下限） 防雷功能 全触摸操作
采用Modbus协议通讯
水位数据处理
水位传感器输出信号范围为0~20mA，必须通过一定的转换，将其转换为实际水位 假设： 1. 传感器量程为100米； 2. AD转换后0米水位对应数字A； 3. AD转换后100米水位对应数字B； 4. 当前测量的数字为X，计算水位H；
闸门高度测量传感器 转向轮 钢丝绳 闸门 变速箱 闸门高度测量传感器所使用的光电编码器有两种：
增量式光电编码器：输出为三路脉冲
信号，其中一路为零点脉冲。其余两路每发 一个脉冲代表闸门高度改变一定的高度，通 过两路脉冲信号的相位差表示增加还是减少 闸门高度。 特点： 1、测量闸门的高度为累计值，并且 要通过相位差判断方法，测量复杂； 2、掉电后数据丢失,必须重新设定； 3、同样码盘直径情况下，传感器精度比绝 对式高； 4、在整个闸门开关的过程中，编码器可以 旋转多圈，安装调整方便。
Y 上限标志
思考一下问题
1、如何实现上位机进行闸门操作？
2、如何实现现地、远方操作？
3、如何指定操作时位置？（位置控制） 4、如何进行速度计算？计算速度有何作用？
液压操作系统
对于大型的闸门，普遍利用油压操作的液压启闭机代替 闸门进行操作。 下图是黄龙潭电厂闸门控制的液压操作系统图。其基本 参数如下表所示：
关闸门操作 Y Y 返回 Y Y 清开命令 关闸门 N 拔锁定到位 松闸时间未到 N 发故障命令 清命令 返回 返回
有故障？ N 已到下限？ N 有开命令？ 开 N 锁定已松？ 抜锁定、 开始延时
闸门控制PLC程序框图（部分） 程序框图（部分） 闸门控制 程序框图
闸门上、下限判断及故障判断（一） 计算开度测量和上限差值 计算开度测量和下限差值 返回 到上限？ Y 和上限差值在 许可范围内？ N 传感器故障 清开、关命令 N Y 上限标志 到下限？ Y 下限标志 和下限差值在 许可范围内？ N 返回 Y N 返回 清开、关命令 电机故障 N Y
PORT 1
显示
器
开
电
生产厂家：武汉电力科技开发有限公司
装置介绍
传感器采用投入水位传感器，输出信号为4~20mA，量程由用户制定。 安装时安装在钻有孔的钢管中，避免动水引起测量误差。 传感器输出的信号经过防雷装置后连接AD转换模块，以防雷击损坏传感器和AD模 AD AD 块。 AD转换模块为12位，输入信号设置为电流测量方式，输入信号范围为0~20mA。 PLC根据设定的参数（量程、AD基准点、AD满量程值等）自动计算水位值，当超 出限制值时，给出报警信号（继电器和指示灯）。 水位显示、参数设置、报警指示灯都由触摸屏完成。
速度超出 最快或最慢范围 B
A
计算动作速度 Y 有开关命令？
闸门控制PLC程序框图（部分） 程序框图（部分） 闸门控制 程序框图
闸门上、下限判断及故障判断（二） A N N 开度接近下限？ Y N 下限开关闭合？ Y N 传感器故障 清开、关命令 返回 下限标志 B
开度接近上限？ Y 上限开关闭合？
引线
孔
传感器在管中安装
学习情境 三
闸门高度测量传感器及闸门控制
闸门控制类型
闸门控制一般采用三种方式： 1.螺杆式: 通过电机正反转带动连接在闸门螺杆,从而实现闸
门的开、关。一般适用于小闸门，如引水式电站渠道的闸门 控制。
2.卷扬式: 通过卷扬机正反转，带动连接在闸门上的钢丝绳,
实现开启操作，而关闭则是靠闸门的重力自行关闭。 3.液压方式：通过液压控制启闭机进行开启、关闭操作。
水位计算公式： H=（X－A）×（100－0）／(B－A)
数据滤波及水质系数
为提高水位测量的精度，一般要对数据进行滤波，水位测量装置常用的滤 波算法有： 1、取平均值：同时采集多个值，取其平均值作为实际的数据。 2、一阶滞后滤波法 ：一般取a=0~1，本次滤波结果=（1-a）*本次采样值 +a*上次滤波结果。
闸门控制、 闸门控制、操作原理
转向轮 电锁定 钢丝绳
上限 光电开关
电机
闸门
下限 光电开关
轴 变速箱
光电 编码器 重物
螺杆 电机轴
闸 门
反光板
闸 门
反光板
测量示意图
操作示意图
闸门控制、 闸门控制、操作原理 • 操作说明：
– 闸门的开关是通过电机正反转完成，当电机运 行时，带动闸门的螺杆上或下运行，从而控制 闸门的开关； – 无论开启还是关闭闸门，先打开电机的锁定。 当不操作时，关闭锁定，避免闸门在重力的作 用下自动关闭； – 闸门可以在任意设定高度停止；
压强是不同的，测量出水压， 就可以计算出水位值。
※ 测量范围：可以定制。 ※ 输出：一般选择输出信号为
4~20mA。
WPC PLC型水位测量装置 PLC型水位测量装置 系统结构
转 换 模 块
PORwk.baidu.com 0
显示 触摸屏
EM235 AD AD
S7-224XP
水位传感器
输出
继电器 报警输出
电源 AC220V
水质对采集精度的影响：投入传感器是通过测量水的静压力来间接的测量水位， 其基准是以净水压力来核算的，在多泥沙的水质中，必须考虑水质对水位值的 影响，一般要根据实际情况设定一个水质系数进行弥补。 实际水位值=测量水位值*水质系数 （水质系数 小于等于1）
水位传感器安装要求
1、传感器引线不易太长，安装时注意不能折弯引线。注意本能使引线承受 过大的拉力； 2、任何时候都不能堵塞传感器引线中的空气管，否则无法测量数据； 3、引线如果太长，必须进行防雷处理，如引线从铁管中传出； 4、传感器不能投入到泥沙中，否则会造成传感器测压孔堵塞，从而无法测量 数据；并且定期清理传感器测压孔，注意不能用尖锐物体插入测压孔； 5、传感器不能安装在动水中，应该安装在测压井或通过管道安装在水中； 6、定期清理传感器中的泥沙，以免泥沙阻塞孔从而影响测量； 7、定期进行测量校准，以提高测量的精度；
学习情境 三
水位传感器及水位测量
水位测量位置及作用 测量水位的作用：
1.经济运行要求； 2.安全运行的依据； 3.防洪抗旱的要求依据之一； 4.调度依据；
测量的位置：
1、水库水位； 2、尾水水位； 3、集水井水位； 4. 。。。
水位测量传感器
常用测量水位的传感器 超声波水位传感器 ※ 原理：超声波水位传感器通 原理：
任务二
1. 根据运行手册和仿真系统实训指导书，在仿真 系统上进行油泵操作，闸门正常开、关操作；
谢谢！ 谢谢！
轴
光电 编码器 重物
测量示意图
绝对式光电编码器工作原理 挡光板 发光管 光敏二级管
码盘
十进制数 0
自然二进制数 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111
格雷码 0000 0001 0011 0010 0110 0111 0101 0100 1100 1101 1111 1110 1010 1011 1001 1000