CN103471682B - 一种液固分离沉降槽清液层高度的在线检测方法及装置 - Google Patents
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Abstract
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。
Description
技术领域
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
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
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。
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：
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；
卷扬机：用于将光纤传感器送入和取出沉降槽；
旋转编码器：用于测量光纤传感器在沉降槽中的深度；
旋转清洗池：用于对光纤传感器进行清洗，清除结疤。
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0～12米范围内。
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。
所述的光纤传感器包括光纤头和光纤放大器。
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。
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。
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-1min；
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-1min；
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。
本发明的优点：
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。
附图说明
图1为本发明一种实施例的装置结构图；
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。
图2为本发明一种实施例中系统工作总流程图；
图3为本发明一种实施例中系统子流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例作进一步说明。
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，即：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。
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1～5v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。
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1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1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1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。
PLC控制系统5驱动卷扬机1，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1～5VDC）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1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%，
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1发出停止信号，卷扬机1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1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。
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：
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。
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：
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-1min；
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-1min；
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。
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：
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；
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。
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；
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）。
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；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；
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。
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；
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；
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。
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：
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；
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。
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；
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=1.98V，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）。
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；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；
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。
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45s；
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45s；
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，即将旋转空位池中的水洗池旋转至光纤传感器下方。
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：
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；
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。
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；
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）。
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；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；
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。
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1min；
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1min；
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。
Claims (7)
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(1)与PLC控制系统(5)连接，卷扬机(1)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(1)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(1)轴上，光纤传感器(3)与卷扬机(1)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(1)：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(1)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(1)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0～12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，其与光纤传感器(3)的连接端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，上述三个池将旋转清洗池(4)平均三等分。
6.采用权利要求1所述的液固分离沉降槽清液层高度的在线检测装置进行的检测方法，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中所述的检测方法，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-1min；
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-1min；
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。
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