CN112484812A - 一种黑启动渗漏排水泵失电允许运行时间测定装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种黑启动渗漏排水泵失电允许运行时间测定装置及方法，包括液位测量传感器、信号处理模块、处理器模块、显示模块、按键模块和电源模块；该装置通过本发明由设置模块控制整个装置的工作状态并根据渗漏集水井的规格设置渗漏集水井最高运行水位，液位测量传感器将测量的4‑20mA电流信号传输给信号处理模块，信号处理模块将4‑20mA电流信号转换为对应的电压信号传输给处理器模块，处理器模块还原出实际液位值，通过按键模块启动测量，工作人员操作渗漏排水泵失电，处理器模块记录开始时间和开始液位，每隔两分钟记录一个液位值，在液位值到达渗漏集水井最高运行水位时自动停止测量，通过显示模块显示测量的液位曲线、允许运行时间和水位上涨速率。
Description
技术领域
本发明属于黑启动技术领域，具体涉及一种黑启动渗漏排水泵失电允许运行时间测定装置及方法。
背景技术
电网失电后，水电站厂用系统电源全失，此时渗漏排水泵因此失去工作电源，渗漏集水井水位会逐渐上升，如果渗漏集水井水位到达最高水位线后，如果渗漏排水泵还未恢复，则可能面临的水淹厂房的安全事故，因此也意味着本次黑启动失败，水电站没有完成电网赋予的应该具备的黑启动任务，严重可影响整个电网的恢复操作，水电站因此面临着严重的考核。因此如何准确测量渗漏排水泵失电允许运行时间时间，在机组真正要实施黑启动的时候，为运行人员提供操作时间依据，在此基础上优化操作步骤，减小黑启动时间，保证水轮机快速送出成为水电站黑启动技术领域的关键问题。目前公知的黑启动渗漏排水泵失电允许运行时间测定通常为手动方式，需要多人协同才能测量，专人记录液位值和时间，因渗漏排水泵失电导致排水井到达最高水位线通常为数小时，更为测量带来了不便，同时目前缺少一种减轻运行人员操作压力且具备自动测量渗漏排水泵失电允许运行时间的装置。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种黑启动渗漏排水泵失电允许运行时间测定装置及方法，能够自动测量渗漏排水泵失电允许运行时间，可供运行人员在黑启动时合理操作设备。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种黑启动渗漏排水泵失电允许运行时间测定装置，包括液位测量传感器、信号处理模块、处理器模块、显示模块和按键模块；
所述液位测量传感器信号输出端与信号处理模块信号输入端相连，液位测量传感器用于测量渗漏集水井液位高度并转换为电流信号，所述信号处理模块信号输出端与处理器模块的模拟量采集端口相连，信号处理模块用于将液位测量传感器传输的电流信号转换为电压信号，所述处理器模块通信端口与显示模块通信端口相连，处理器模块用于还原渗漏集水井液位物理值，显示模块用于显示液位测量值曲线和渗漏排水泵失电允许运行时间，所述按键模块信号输出端与处理器模块的数字量端口相连，按键模块用于控制处理器模块工作状态和设置参数数据；
所述处理器模块包括微处理和时钟电路，时钟电路的数字量控制端口与处理器模块数字量端口相连，所述时钟电路用于为处理器模块提供时间轴信号；
所述按键模块包括第一按键电路、第二按键电路、第三按键电路和第四按键电路，所述第一按键电路用于启动渗漏集水井液位测量，所述第二按键电路用于停止渗漏集水井液位测量，所述第三按键电路用于增加渗漏集水井最高允许液位值，所述第四按键电路用于减少渗漏集水井最高允许液位值；所述第一按键电路、第二按键电路、第三按键电路和第四按键电路中任一按键按下的时，该编号对应的按键电路输出给处理器模块零电平信号，按键未按下编号对应的按键电路输出给处理器模块高电平5V电压信号。
优选的，还包括电源模块，所述电源模块输出5V电压端口分别与信号处理模块、处理器模块、显示模块、按键模块相连，所述电源模块输出24V电压端口与液位测量传感器相连，所述电源模块用于为液位测量传感器、信号处理模块、处理器模块、显示模块和按键模块提供工作电源。
进一步，所述电源模块采用具有5V和24V输出的锂电池。
优选的，所述液位测量传感器采用超声液位测量传感器测量集水井液位并转换为4-20mA电流信号输出，测量精度为0.1％。
优选的，所述信号处理模块包括信号输入接口、采样电组和跟随电路，信号输入接口与液位测量传感器电流信号输出端相连，采样电阻并联在信号输入接口两端，采样电路用于将4-20mA电流信号转换为1-5V电压信号，并输入至跟随电路的输入端，跟随电路的输出端与处理器模块模拟量采集端口相连，跟随电路用于增强1-5V电压信号的驱动能力。
优选的，所述时钟电路包括电池供电电路、晶振电路和时钟芯片，晶振电路与时钟芯片的振荡器输入信号相连，电池供电电路与时钟芯片备用电源端口相连，用于时钟芯片供电电源失电后，备用电源投入，时钟芯片继续正常计时工作；微处理将信号处理模块传输的1-5V电压信号利用公式Yc＝(Ymax-Ymin)(Uc-1)/4转换为液位值，Yc为转换后的液位值，Uc为测量电压值，Ymax为液位测量传感器最大量程，Ymin为液位测量传感器最小量程，当微处理器收到按键模块启动液位测量指令后，记录开始时间T0和液位值Y0，随后每隔2min记录一次液位值，直到液位值到达渗漏集水井最高允许液位值最高值后停止测量，并记录结束时间T1和液位值Y1，微处理计算允许运行时间△T＝T1-T0和水位上涨速度Vy＝(Y1-Y0)/△T，并通过通信端口传输至显示模块进行显示。
进一步，所述微处理器采用无外围辅助电路的STC15W404型处理器，所述时钟芯片采用DS1302芯片。
优选的，所述显示模块包括显示接口电路，通过显示接口与7英寸彩色屏幕相连，显示接口电路通过RS232串行通信接口和处理器模块相连。
一种黑启动渗漏排水泵失电允许运行时间测定方法，基于上述任意一项所述的装置，包括以下步骤：
1)启动渗漏排水泵将渗漏集水井的水排空，进入步骤2)；
2)断开渗漏排水泵工作电源，利用所述按键模块中第三按键电路、第四按键电路设置渗漏集水井最高工作水位Yymax，进入步骤3)；
3)按下所述按键模块中第一按键电路按键，启动渗漏集水井水位测量，所述处理器模块记录开始时间T0和液位测量值Y0，进入步骤4)；
4)所述处理器模块每隔2min记录一次液位值，通过显示模块显示液位测量曲线、开始时间T0、开始液位测量值Y0，当液位值到达设置渗漏集水井最高工作水位Yymax时停止测量，记录结束时间T1和结束液位Y1，计算允许运行时间△T＝T1-T0和水位上涨速度Vy＝(Y1-Y0)/△T，并通过通信端口传输至显示模块进行显示，进入步骤5)；
5)恢复渗漏排水泵工作电源供电方式，进入步骤6)；
6)工作人员在所述显示模块读取允许运行时间△T和上涨速度Vy，并以此确实黑启动时漏排水泵失电最大允许运行时间。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明通过本发明由设置模块控制整个装置的工作状态并根据渗漏集水井的规格设置渗漏集水井最高运行水位，液位测量传感器将测量的4-20mA电流信号传输给信号处理模块，信号处理模块将4-20mA电流信号转换为对应的电压信号传输给处理器模块，处理器模块还原出实际液位值，通过按键模块启动测量，工作人员操作渗漏排水泵失电，处理器模块记录开始时间和开始液位，每隔两分钟记录一个液位值，在液位值到达渗漏集水井最高运行水位时自动停止测量，通过显示模块显示测量的液位曲线、允许运行时间和水位上涨速率；本发明可代替传统人工测量方式，提高液位测值和时间记录准确度，精准获得渗漏排水泵失电允许运行时间，为整个黑启动的操作提限制依据。
进一步的，本发明在渗漏排水泵失去工作电源时，自动测量渗漏排水泵失电允许运行时间和水位涨速率，无需专人花费数小时开展测量，降低水电站运行人工成本，同时自动测量无论在精度还是在效率上相比人工占有优势。
进一步的，本发明电源模块采用便携式可移动的锂电充电电池，可输出5V和24V电源工装置工作，解决了现场供电难的问题。
进一步的，本发明采用的液位测量传感器属于声波方式测量，无需额外安装液位计，使用时临时固定在渗漏集水井井口，便于安装和使用，同时测量精度高达0.1％。
进一步的，本发明采用人机界面友好的显示模块，醒目的显示装置的工作状态和测量数据，仅需两根通信线路即可完成显示。
进一步的，本发明便于在实际黑启动技术领域推广使用，基于模块化电路设计思路，方便后期工作人员的维护，特别是目前市面上并无此产品，应用前景广泛。
附图说明
图1为本发明装置原理框图。
图2为本发明电源模块电路原理图。
图3为本发明液位测量传感器电路原理图。
图4为本发明信号处理模块电路原理图。
图5为本发明处理器模块电路原理图。
图6为本发明显示模块电路原理图。
图7为本发明按键模块电路原理图。
图中：电源模块1；液位测量传感器2；信号处理模块3；处理器模块4；显示模块5；按键模块6。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明能够解决黑启动渗漏排水泵失电允许运行时间手动测量和无自动测量装置等问题，方便现场工作人员使用。
本发明一种黑启动渗漏排水泵失电允许运行时间测定装置，如图1所示，包括液位测量传感器2、信号处理模块3、处理器模块4、显示模块5、按键模块6，所述液位测量传感器2信号输出端与信号处理模块3信号输入端相连，液位测量传感器2用于测量渗漏集水井液位高度并转换为电流信号，所述信号处理模块3信号输出端与处理器模块4的模拟量采集端口相连，信号处理模块3用于将液位测量传感器2传输的电流信号转换为电压信号，所述处理器模块4通信端口与显示模块5通信端口相连，处理器模块4用于还原渗漏集水井液位物理值，显示模块5用于显示液位测量值曲线和渗漏排水泵失电允许运行时间，所述按键模块6信号输出端与处理器模块4的数字量端口相连，按键模块6用于控制处理器模块4工作状态和设置参数数据。
本实施例中，还包括电源模块1，所述电源模块1输出5V电压端口分别与信号处理模块3、处理器模块4、显示模块5、按键模块6相连，所述电源模块1输出24V电压端口与液位测量传感器2相连，所述电源模块1用于为液位测量传感器2、信号处理模块3、处理器模块4、显示模块5、按键模块6提供工作电源；如图2所示，所述电源模块1为电源接口D1，电源接口D1第1引脚与外接24V电源相连，电源接口D1第2引脚与外接5V电源相连，电源接口D1第3引脚与外接电源地相连。
本实施例中，所述电源模块1采用便于现场使用的具有5V和24V输出的锂电池。
本实施例中，所述液位测量传感器2利用超声原理进行渗漏集水井液位并转换为4-20mA电流信号输出，液位测量传感器2测量精度为0.1％，接线形式为四线式，两根线为供电电源线，另外两根为信号线；如图3所示所述液位测量传感器2为液位传感器Y1，液位传感器Y1第1引脚与电源接口D1第1引脚相连，液位传感器Y1第4引脚与电源接口D1第3引脚相连，液位传感器Y1第2引脚和第3引脚输出4-20mA电流信号。
本实施例中，所述信号处理模块3包括信号输入接口、采样电组和跟随电路，信号输入接口与液位测量传感器2电流信号输出端相连，采样电阻并联在信号输入接口两端，采样电路用于将4-20mA电流信号转换为1-5V电压信号，并输入至跟随电路的输入端，跟随电路的输出端与处理器模块4模拟量采集端口相连，跟随电路用于增强1-5V电压信号的驱动能力；如图4所示，信号输入接口为P1端口，采样电组为电阻R5，跟随电路为运算放大器O1，P1端口第2引脚、第1引脚分别与液位传感器Y1第2引脚和第3引脚相连，P1端口第2引脚、第1引脚为4-20mA电流信号输入端口，电阻R5并联在P1端口第2引脚和第1引脚，运算放大器O1的1-5V电压信号输入端为P1端口第3引脚，运算放大器O1第3引脚与P1端口第2引脚相连，运算放大器O1第1引脚和第2引脚相连，运算放大器O1第1引脚为跟随后的1-5V电压信号输出端，运算放大器O1第4引脚电源端口与电源接口D1第2引脚相连，运算放大器O1第11引脚地端口与电源接口D1第3引脚相连。
本实施例中，所述处理器模块4包括微处理和时钟电路，时钟电路的数字量控制端口与处理器模块4数字量端口相连，所述时钟电路用于为处理器模块4提供时间轴信号，所述时钟电路包括电池供电电路、晶振电路和时钟芯片，晶振电路与时钟芯片的振荡器输入信号相连，电池供电电路与时钟芯片备用电源端口相连，用于时钟芯片供电电源失电后，备用电源投入，时钟芯片继续正常计时工作；微处理将信号处理模块3传输的1-5V电压信号利用公式Yc＝(Ymax-Ymin)(Uc-1)/4转换为液位值，Yc为转换后的液位值，Uc为测量电压值，Ymax为液位测量传感器2最大量程，Ymin为液位测量传感器2最小量程，当微处理器收到按键模块6启动液位测量指令后，记录开始时间T0和液位值Y0，随后每隔2min记录一次液位值，直到液位值到达渗漏集水井最高允许液位值最高值后停止测量，并记录结束时间T1和液位值Y1，微处理计算允许运行时间△T＝T1-T0和水位上涨速度Vy＝(Y1-Y0)/△T，并通过通信端口传输至显示模块5进行显示；如图5所示，微处理为微处理芯片U1，时钟电路包括时钟芯片U2、电池B1、晶体振荡器J1，微处理芯片U1第6引脚、时钟芯片U2第1引脚与电源接口D1第2引脚相连，微处理芯片U1第8引脚、时钟芯片U2第4引脚和电源接口D1第3引脚相连，晶体振荡器J1两端并联在时钟芯片U2第2引脚和第3引脚，电池B1两端并联在时钟芯片U2第8引脚和第4引脚，时钟芯片U2第5引脚、第7引脚、第6引脚分别与微处理芯片U1第4引脚、第3引脚、第12引脚对应相连；微处理芯片U1第13引脚、第14引脚、第15引脚、第16引脚为数字量输入出端口，微处理芯片U1第9引脚和第10引脚为串行信号通信端口。
本实施例中，所述微处理器采用无外围辅助电路的STC15W404型处理器，所述时钟芯片采用DS1302芯片。
本实施例中，所述显示模块5包括显示接口电路，通过显示接口与7英寸彩色屏幕相连，显示接口电路通过RS232串行通信接口和处理器模块4相连；如图6所示，所示显示接口电路为显示接口X1，显示接口X1第1引脚与电源接口D1第2引脚相连，显示接口X1第4引脚与电源接口D1第3引脚相连，显示接口X1第2引脚和第3引脚分别对应与微处理芯片U1第10引脚和第9引脚相连，显示接口X1第2引脚和第3引脚为显示模块5串行通信接口。
本实施例中，所述按键模块6包括第一按键电路、第二按键电路、第三按键电路、第四按键电路，所述第一按键电路用于启动渗漏集水井液位测量，所述第二按键电路用于停止渗漏集水井液位测量，所述第三按键电路用于增加渗漏集水井最高允许液位值，所述第四按键电路用于减少渗漏集水井最高允许液位值；所述第一按键电路、第二按键电路、第三按键电路和第四按键电路中任一按键按下的时，该编号对应的按键电路输出给处理器模块4零电平信号，按键未按下编号对应的按键电路输出给处理器模块4高电平5V电压信号；如图7所示，第一按键电路由电阻R1和按键S1组成，第二按键电路由电阻R2和按键S2组成，第三按键电路由电阻R3和按键S3组成，第四按键电路由电阻R4和按键S4组成，电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4一端均与电源接口D1第2引脚相连，另一端分别一一对应经按键S1、按键S2、按键S3和按键S4与电源接口D1第3引脚相连，电阻R1和按键S1之间连接的公共点与微处理芯片U1第16引脚相连，电阻R2和按键S2之间连接的公共点与微处理芯片U1第15引脚相连，电阻R3和按键S3之间连接的公共点与微处理芯片U1第14引脚相连，电阻R4和按键S4之间连接的公共点与微处理芯片U1第13引脚相连。
一种黑启动渗漏排水泵失电允许运行时间测定方法，包括以下步骤：
1)启动渗漏排水泵将渗漏集水井的水排空，进入步骤2)；
2)断开渗漏排水泵工作电源，利用所述按键模块6中第三按键电路、第四按键电路设置渗漏集水井最高工作水位Yymax，进入步骤3)；
3)按下所述按键模块6中第一按键电路按键，启动渗漏集水井水位测量，所述处理器模块4记录开始时间T0和液位测量值Y0，进入步骤4)；
4)所述处理器模块4每隔2min记录一次液位值，通过显示模块5显示液位测量曲线、开始时间T0、开始液位测量值Y0，当液位值到达设置渗漏集水井最高工作水位Yymax时停止测量，记录结束时间T1和结束液位Y1，计算允许运行时间△T＝T1-T0和水位上涨速度Vy＝(Y1-Y0)/△T，并通过通信端口传输至显示模块5进行显示，进入步骤5)；
5)恢复渗漏排水泵工作电源供电方式，进入步骤6)；
6)工作人员在所述显示模块5读取允许运行时间△T和上涨速度Vy，并以此确实黑启动时漏排水泵失电最大允许运行时间。
以上所述，仅是本发明专利的较佳实施例，并非对本发明专利作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (9)
1.一种黑启动渗漏排水泵失电允许运行时间测定装置，其特征在于，包括液位测量传感器(2)、信号处理模块(3)、处理器模块(4)、显示模块(5)和按键模块(6)；
所述液位测量传感器(2)信号输出端与信号处理模块(3)信号输入端相连，液位测量传感器(2)用于测量渗漏集水井液位高度并转换为电流信号，所述信号处理模块(3)信号输出端与处理器模块(4)的模拟量采集端口相连，信号处理模块(3)用于将液位测量传感器(2)传输的电流信号转换为电压信号，所述处理器模块(4)通信端口与显示模块(5)通信端口相连，处理器模块(4)用于还原渗漏集水井液位物理值，显示模块(5)用于显示液位测量值曲线和渗漏排水泵失电允许运行时间，所述按键模块(6)信号输出端与处理器模块(4)的数字量端口相连，按键模块(6)用于控制处理器模块(4)工作状态和设置参数数据；
所述处理器模块(4)包括微处理和时钟电路，时钟电路的数字量控制端口与处理器模块(4)数字量端口相连，所述时钟电路用于为处理器模块(4)提供时间轴信号；
所述按键模块(6)包括第一按键电路、第二按键电路、第三按键电路和第四按键电路，所述第一按键电路用于启动渗漏集水井液位测量，所述第二按键电路用于停止渗漏集水井液位测量，所述第三按键电路用于增加渗漏集水井最高允许液位值，所述第四按键电路用于减少渗漏集水井最高允许液位值；所述第一按键电路、第二按键电路、第三按键电路和第四按键电路中任一按键按下的时，该编号对应的按键电路输出给处理器模块(4)零电平信号，按键未按下编号对应的按键电路输出给处理器模块(4)高电平5V电压信号。
2.根据权利要求1所述的一种黑启动渗漏排水泵失电允许运行时间测定装置，其特征在于，还包括电源模块(1)，所述电源模块(1)输出5V电压端口分别与信号处理模块(3)、处理器模块(4)、显示模块(5)、按键模块(6)相连，所述电源模块(1)输出24V电压端口与液位测量传感器(2)相连，所述电源模块(1)用于为液位测量传感器(2)、信号处理模块(3)、处理器模块(4)、显示模块(5)和按键模块(6)提供工作电源。
3.根据权利要求2所述的一种黑启动渗漏排水泵失电允许运行时间测定装置，其特征在于，所述电源模块(1)采用具有5V和24V输出的锂电池。
4.根据权利要求1所述的一种黑启动渗漏排水泵失电允许运行时间测定装置，其特征在于，所述液位测量传感器(2)采用超声液位测量传感器测量集水井液位并转换为4-20mA电流信号输出，测量精度为0.1％。
5.根据权利要求1所述的一种黑启动渗漏排水泵失电允许运行时间测定装置，其特征在于，所述信号处理模块(3)包括信号输入接口、采样电组和跟随电路，信号输入接口与液位测量传感器(2)电流信号输出端相连，采样电阻并联在信号输入接口两端，采样电路用于将4-20mA电流信号转换为1-5V电压信号，并输入至跟随电路的输入端，跟随电路的输出端与处理器模块(4)模拟量采集端口相连，跟随电路用于增强1-5V电压信号的驱动能力。
6.根据权利要求1所述的一种黑启动渗漏排水泵失电允许运行时间测定装置，其特征在于，所述时钟电路包括电池供电电路、晶振电路和时钟芯片，晶振电路与时钟芯片的振荡器输入信号相连，电池供电电路与时钟芯片备用电源端口相连，用于时钟芯片供电电源失电后，备用电源投入，时钟芯片继续正常计时工作；微处理将信号处理模块(3)传输的1-5V电压信号利用公式Yc＝(Ymax-Ymin)(Uc-1)/4转换为液位值，Yc为转换后的液位值，Uc为测量电压值，Ymax为液位测量传感器(2)最大量程，Ymin为液位测量传感器(2)最小量程，当微处理器收到按键模块(6)启动液位测量指令后，记录开始时间T0和液位值Y0，随后每隔2min记录一次液位值，直到液位值到达渗漏集水井最高允许液位值最高值后停止测量，并记录结束时间T1和液位值Y1，微处理计算允许运行时间△T＝T1-T0和水位上涨速度Vy＝(Y1-Y0)/△T，并通过通信端口传输至显示模块(5)进行显示。
7.根据权利要求6所述的一种黑启动渗漏排水泵失电允许运行时间测定装置，其特征在于，所述微处理器采用无外围辅助电路的STC15W404型处理器，所述时钟芯片采用DS1302芯片。
8.根据权利要求1所述的一种黑启动渗漏排水泵失电允许运行时间测定装置，其特征在于，所述显示模块(5)包括显示接口电路，通过显示接口与7英寸彩色屏幕相连，显示接口电路通过RS232串行通信接口和处理器模块(4)相连。
9.一种黑启动渗漏排水泵失电允许运行时间测定方法，其特征在于，基于权利要求1-8任意一项所述的装置，包括以下步骤：
1)启动渗漏排水泵将渗漏集水井的水排空，进入步骤2)；
2)断开渗漏排水泵工作电源，利用所述按键模块(6)中第三按键电路、第四按键电路设置渗漏集水井最高工作水位Yymax，进入步骤3)；
3)按下所述按键模块(6)中第一按键电路按键，启动渗漏集水井水位测量，所述处理器模块(4)记录开始时间T0和液位测量值Y0，进入步骤4)；
4)所述处理器模块(4)每隔2min记录一次液位值，通过显示模块(5)显示液位测量曲线、开始时间T0、开始液位测量值Y0，当液位值到达设置渗漏集水井最高工作水位Yymax时停止测量，记录结束时间T1和结束液位Y1，计算允许运行时间△T＝T1-T0和水位上涨速度Vy＝(Y1-Y0)/△T，并通过通信端口传输至显示模块(5)进行显示，进入步骤5)；
5)恢复渗漏排水泵工作电源供电方式，进入步骤6)；
6)工作人员在所述显示模块(5)读取允许运行时间△T和上涨速度Vy，并以此确实黑启动时漏排水泵失电最大允许运行时间。
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