王炎飚，李建波，李繼宏，唐 華，張再生，但永軍

（1.渤海石油裝備制造有限公司石油機械廠，河北任丘062552；2.新疆油田公司，新疆克拉瑪依，834000；3.西部鉆探工程有限公司試油公司，新疆克拉瑪依，834027） ①

隔爆智能液位報警及控制裝置的研制

王炎飚1，李建波1，李繼宏1，唐 華2，張再生3，但永軍2

（1.渤海石油裝備制造有限公司石油機械廠，河北任丘062552；2.新疆油田公司，新疆克拉瑪依，834000；3.西部鉆探工程有限公司試油公司，新疆克拉瑪依，834027）①

研制了隔爆智能液位報警及控制裝置。可為石油鉆井、采油及煉化企業(yè)解決在爆炸性、有毒有害氣體危險環(huán)境下的液面位置監(jiān)測、報警及自動化控制問題，提高生產(chǎn)效率。

液位報警；控制裝置，智能；隔爆

隔爆智能液位報警及控制裝置是一種適用于可能含有爆炸性、可燃性、揮發(fā)性及有毒有害氣體環(huán)境，對石油生產(chǎn)過程中的液面高度進(jìn)行監(jiān)測和控制的自動化裝置，與單純的液位計相比有很大的優(yōu)越性。單純的液位計只對液面做1個位置的監(jiān)測，實際應(yīng)用過程中還需要人員不斷巡視，人員工作量比較大。一旦發(fā)生特殊情況需要應(yīng)急處理問題時，不能在第1時間使所有相關(guān)設(shè)備投入工作狀態(tài)，而智能液位報警及控制裝置就可以很好地解決以上問題。

1 技術(shù)分析

通過傳感器將液面位置傳輸給控制箱，控制箱內(nèi)設(shè)定了上（下）限位置作為工作位置，當(dāng)液面位置到達(dá)下限位置時，控制箱對所控制的泵電機或電磁閥等設(shè)備發(fā)出控制信號，使液面回升；當(dāng)液面位置到達(dá)上限位置時，控制箱再次發(fā)出控制信號，使液面停止上升。

當(dāng)液面到達(dá)上（下）限位置時，控制箱發(fā)出控制信號后，液面仍然繼續(xù)上升（下降），到達(dá)控制箱內(nèi)設(shè)定的上（下）限報警位置時，控制箱對聲光報警器及無線信號發(fā)射器同時發(fā)出報警信號，使安裝于傳感器附近的聲光報警器工作，同時無線信號發(fā)射器對值班房內(nèi)監(jiān)視臺發(fā)出無線報警信號，使監(jiān)視臺發(fā)出聲光報警信號通知值班員。

所有現(xiàn)場監(jiān)測部件均采用隔爆型設(shè)計以滿足爆炸性氣體環(huán)境要求。液位傳感器跟據(jù)液體黏度、酸堿度、密度及腐蝕性等特性配以不同傳感器，以便準(zhǔn)確反應(yīng)液面高度信息。

采用寬電壓范圍自適應(yīng)設(shè)計，可以在85～264 V、47～63Hz的供電電源下工作，保證控制回路正常穩(wěn)定地工作，控制回路容量為5A或無源信號輸出。

具備中繼路由和終端設(shè)備功能；傳輸距離遠(yuǎn)，最大傳輸距離2 000m；抗干擾能力強，2.4GDSSS擴頻技術(shù)；組網(wǎng)能力強，星型網(wǎng)、樹型網(wǎng)、鏈型網(wǎng)、網(wǎng)狀網(wǎng)；數(shù)據(jù)采集靈活，定時主動上報或上位機查詢；發(fā)送模式靈活，廣播發(fā)送或目標(biāo)地址發(fā)送模式可選；輸入信號為TTL電平收發(fā)接口和標(biāo)準(zhǔn)串口RS232數(shù)據(jù)接口。

2 電路設(shè)計

智能液位報警及控制裝置的電路原理如圖1。

圖1 智能液位報警及控制裝置電路原理

1） 液位傳感器 選用舌簧液位傳感器（以下簡稱傳感器）。傳感器主要由浮子和導(dǎo)管組成，浮子內(nèi)裝有永磁體，導(dǎo)管內(nèi)有舌簧管、電阻元件和信號轉(zhuǎn)換裝置。浮子隨液位升至指定高度時，回路的阻值不同，其輸出的電流信號也不同。

2） 信號轉(zhuǎn)換電路 為XGL型信號隔離轉(zhuǎn)換器，可將液位傳感器輸出的電流信號轉(zhuǎn)換為0～5V電壓信號，以供信號發(fā)生裝置提供信號。

3） 信號發(fā)生裝置 采用低工作電壓、低功耗、互補輸出雙比較器LT1017組成窗口比較器電路，對信號轉(zhuǎn)換器傳送來的信號進(jìn)行處理［1］。將信號轉(zhuǎn)換器傳來的0～5V電壓信號轉(zhuǎn)換成為方波輸出。接入SZ05無線信號發(fā)射器RX端，使無線信號發(fā)射器發(fā)出報警信號［2］。同時報警點的設(shè)定回路也在這一部分實現(xiàn)。它有2個閾值電壓VTHH（高閾值電壓）及VTHL（低閾值電壓），與VTHH及VTHL比較的電壓VA輸入2個比較器。若VTHL≤VA≤VTHH，Vout輸出高電平；若VA＜VTHL，VA＞VTHH，則Vout輸出低電平，如圖2所示。

圖2 輸出電平電路

4） 執(zhí)行機構(gòu)信號處理電路 采用同信號發(fā)生裝置相同的芯片組成的比較器電路實現(xiàn)信號處理，發(fā)出控制信號推動小型繼電器以達(dá)到控制大型執(zhí)行機構(gòu)的目的［3］。電路原理如圖3。

圖3 執(zhí)行機構(gòu)信號處理電路

5） 無線信號發(fā)射裝置 采用SZ05系列嵌入式無線通訊模塊實現(xiàn)。它集成了符合ZIGBEE協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的射頻收發(fā)器和微處理器，具有通訊距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強、組網(wǎng)靈活、性能可靠穩(wěn)定等優(yōu)點和特性；可實現(xiàn)點對點、一點對多點、多點對多點之間的設(shè)備間數(shù)據(jù)的透明傳輸；可組成星型、樹型和蜂窩型網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。模塊管腳及接線如圖4。

圖4 模塊管腳及接線圖

通過跳線短接的方式來控制中心接點、中繼路由或終端節(jié)點的設(shè)置，進(jìn)入CONFIG配置模式，跳線短接有效；中心節(jié)點或終端節(jié)點的跳線選擇只能選其一，2個都懸空則為中繼路由節(jié)點；CONFIG跳線短接進(jìn)入配置狀態(tài)，懸空則進(jìn)入工作狀態(tài)。

3 結(jié)語

設(shè)計了隔爆智能泥漿液位報警控制裝置，可以完成對石油生產(chǎn)過程中液位的監(jiān)控報警并能通過對泵或電磁閥等執(zhí)行機構(gòu)的控制自動完成液位調(diào)控。并且在自動控制系統(tǒng)不能對液位達(dá)到控制狀態(tài)時，通過現(xiàn)場及無線信號傳輸報警信號給值班室。具有視距傳輸可達(dá)2 000m的遠(yuǎn)距離傳輸功能，抗干擾能力強，組網(wǎng)能力強的特點。該裝置有良好的通用性和可靠性，經(jīng)現(xiàn)場試用，反映良好。

［1］ 門 宏.快速學(xué)看電子電路圖［M］.北京：人民郵電出版社，2011.

［2］ 吳丙申.卞祖富.模擬電路基礎(chǔ)［M］.北京：北京理工大學(xué)出版社，2009.

1001－3482（2012）09－0088－02

TE937

B

2012－05－11

王炎飚（1959－），男，黑龍江依安人，工程師，主要從事石油機械方面的技術(shù)與管理工作。