CN201637459U - 一种钢水液面检测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种检测系统，适用于连铸机板坯钢水液面检测，公开了一种钢水液面检测系统，包括信号生成与放大单元、信号转换与线性化处理单元和电源，信号生成与放大单元与线性化处理单元连接，电源与信号生成与放大单元、信号转换与线性化处理单元连接，信号生成与放大单元包括液位测量传感器、液位测量信号放大器、温度传感器和温度信号放大器，信号转换与线性化处理单元包括A/D转换模块、D/A转换模块、第一单片机、电流模块、第一显示模块、操作面板、报警发声器。本实用新型调整方式简单、结构合理、阻抗特性好、量程范围宽、测量精度高、自动零点补偿、恢复正常生产快，便于安装的，高性能及稳定性能好。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种检测系统，尤其适用于连铸机板坯钢水液面检测。
背景技术
钢水液面检测转换系统是一种信号转换处理系统，将液面传感器在连铸机结晶器钢水液面检测的微小信号，进行放大、转换、自动零点补偿、线性化处理。
目前，我国在钢水液面测量装置有两种形式：一种为嵌入式，一种为架式。
现有技术在实际应用中存在一下问题：
嵌入式测量装置的缺点为：体积大安装困难，不能对连铸机进行电磁搅拌，从而生产不出高附加值的钢材，一但传感器故障就会造成连铸机液面不能自动控制，严重地影响板坯的质量。
架式测量装置存在的缺点为：传感器结构不太合理，传感测量头采用丝杆连接，丝杆经常松动，传感器缺点是互换性能差，一但传感器故障，恢复正常需要时间，直接影响生产，对提高生产质量有很大阻碍。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种钢水液面检测系统，它具有采用单片机为核心的信号转换与线性化处理单元替代第一代系统中的工控机，功能更强大，结构更紧凑，与现场通讯连接更加紧密，在降低成本的同时，系统的使用和维护更加便捷，使得检测系统整体构造小、重量轻、易于安装，能够实现钢水液面快速测量和自动控制的特点。
为解决上述技术问题，本实用新型提供的一种钢水液面检测系统，包括信号生成与放大单元、信号转换与线性化处理单元和电源，所述信号生成与放大单元与所述线性化处理单元连接，所述电源与所述信号生成与放大单元、信号转换与线性化处理单元连接，其特征在于，
所述信号生成与放大单元包括液位测量传感器、液位测量信号放大器、温度传感器和温度信号放大器，所述液位测量传感器与所述液位测量信号放大器的输入端连接，所述温度传感器与所述液位测量传感器连接，温度传感器的输出端与所述温度信号放大器连接；
所述信号转换与线性化处理单元包括A/D转换模块、D/A转换模块、第一单片机、电流模块、第一显示模块、操作面板、报警发声器，
所述A/D转换模块包括第一A/D转换器和第二A/D转换器，所述第一A/D转换器的输入端与所述信号生成与放大单元中的液位测量信号放大器的输出端连接，第一A/D转换器的输出端接入所述第一单片机的输入端；所述第二A/D转换器的输入端与所述型号生成与放大单元中的温度信号放大器的输出端连接，第二A/D转换器的输出端接入所述第一单片机的输入端；
所述电流模块包括第一电流模块和第二电流模块；
所述D/A转换模块包括第一D/A转换器、第二D/A转换器和第三D/A转换器，所述第一D/A转换器的输入端与所述第一单片机的输出端连接，第一D/A转换器的输出端与所述第一电流模块的输入端连接；所述第二D/A转换器的输入端与所述第一单片机的输出端连接，第二D/A转换器的输出端与所述第二电流模块的输入端连接；所述第三D/A转换器的输入端与所述第一单片机的输出端连接，第三D/A转换器的输出端与所述信号生成与放大单元的液位信号放大器的输入端连接；
所述第一显示模块、报警发声器分别与所述第一单片机的输出端连接；
所述操作面板包括开浇指令按钮、系统自检按钮、采集数据信息的校表按钮和存储采集数据的确认按钮，各控制按钮的控制电路接入所述第一单片机的输入端。
对上述基础结构的改进方案为，还包括LED工作状态指示灯，所述LED工作状态指示灯与所述信号转换与线性化处理单元的第一单片机的输出端连接，LED工作状态指示灯包括请求执行指示灯、正在执行指示灯、报警指示灯和故障指示灯。
对上述结构进一步的改进方案为，所述信号转换与线性化处理单元还包括光耦合器，所述光耦合器设置于开浇指令控制电路与第一单片机之间。
对上述结构再进一步的改进方案为，所述信号转换与线性化处理单元还包括上位机通讯接口，所述上位机通讯接口与所述第一单片机连接。
对上述结构更进一步的改进方案为，还包括手持式控制单元，所述手持式控制单元包括第二单片机、控制按钮盒、用于与信号转换与线性化处理单元通讯的通讯接口和第二显示模块，
所述控制按钮盒和与信号转换与线性化处理单元通讯的通讯接口与所述第二单片机的输入端连接；
所述第二显示模块与第二单片机的输出端连接；
所述信号转换与线性化处理单元还包括与所述手持式控制单元通讯的通讯接口，所述手持式控制单元通讯的通讯接口与所述第一单片机连接。
对上述技术方案进一步的优化为，还包括直流金属恒温槽和恒温槽控制单元，所述直流金属恒温槽与所述恒温槽控制单元连接，所述信号生成与放大单元设置于直流金属恒温槽中。
本实用新型的优点在于：
1.本实用新型提供了一种新型架式测量系统，采用了单片机为核心的信号转换与线性化处理单元使得整体构造小、重量轻、易于安装，能够实现钢水液面快速测量和自动控制。能够解决现有技术中采用嵌入式测量装置时，体积大、安装困难，不能对连铸机进行电磁搅拌的问题。
2.实用新型采用将包括传感器在内的信号生成与放大单元设置在直流金属恒温槽，使得信号生成与放大单元的所有构件抗干扰能力强，并且各组成构件之间的连接关系更加稳定可靠，解决了现有技术中传感器测量头易松动的问题。
3.本实用新型提供的钢水液面检测系统具有自动增益补偿功能、线性化设置功能、自动校准功能和实时数据显示、历史曲线显示等众多功能。能够实现在无人值守的情况下的系统自我校准和恢复，极大的减轻了系统维护的工作量。
4.本系统通过LED工作状态指示灯对请求执行、正在执行、报警、故障等及时做出相应的状态显示，方便操作人员操作及维护，并且还设置了报警发声器，在传感器或故障时系统发出报警信号，从而解决现有技术中在传感器故障时，连铸机液面不能自动控制的问题。
5.本系统的显示模块能够通过信号转换与线性化处理单元判断并显示出温度是否超标、开浇状态、停浇状态、输入数据（液位电压、温度）、输出数据（液位电流、温度电流、补偿值），并且能够用实时曲线反映的液位高度动态变化情况。如果温度传感器检测到温度大于60度，则显示“超温”；如果信号转换与线性化处理单元检测到开浇指令，并经自动补偿达到预定值，则显示“开浇”，否则显示“停浇”。
6.通过光耦合器设置于开浇指令控制电路与第一单片机之间作为信号隔离的接口器件，能够进一步增加系统工作的可靠性。
7.通过增加上位机通讯接口，能够通过外设计算机实现本系统数据的上传、下载、系统程序的设置、调整功能。
8.通过增加手持式控制单元，能够使系统操作人员或技术管理人员更便于操作。并且手持式控制单元也包含显示模块，操作人员可以不必通过控制室的操作人员转达钢水液面检测系统反应的数据状态，而直接在现场通过手持式控制单元做出相应操作并及时了解操作指令的执行情况。解决了现有技术中，钢水液面检测系统被设置在控制室中，操作人员需要两名，一名在控制室通过钢水液面检测系统实时观测、另一名在现场通过对讲机与控制室操作人员沟通实施操作的问题，从而降低工人的劳动强度，提高生产效率。
9.当本实用新型的信号生成与放大单元中采用由2010年03月17日授权公告，专利号为ZL200920086054.9的实用新型专利提供的一种钢水液面测量传感器时，能够利用该传感器磁芯采用可加工陶瓷对加工精度有严格要求，要求每个传感器磁芯公差尽可能一致的特点，解决现有技术中传感器互换性能差的问题；通过提高传感器原边激磁电压，增加传感器负边磁耦合量，放大器第一级采用高阻抗低漂运算放大器，使得本实用新型较现具有技术量程范围更宽、测量精度更高、恢复正常生产更快的特点。
本实用新型提供一种调整方式简单、结构更加合理、阻抗特性好、量程范围宽、测量精度高、自动零点补偿、恢复正常生产快，便于安装的，高性能及稳定性能好的，智能型连铸机板坯钢水液面检测转换系统。能够实现对结晶器钢水液面快速测量和自动控制，对于保证连铸机的安全生产，降低工人的劳动强度，提高生产效率，提高铸坯的质量与产量，减少溢钢和漏钢事故，提高炼钢连铸的管理水平都非常重要。总之，本实用新型抗干扰能力强、易于维护，结构简单、制作方便、成本低、使用效果好。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型的技术方案作进一步具体说明。
图1为本实用新型信号生成与放大单元结构示意图。
图2为本实用新型信号信号转换与线性化单元结构示意图。
图3为本实用新型手持式线性化单元结构示意图。
其中，1-液位传感器，2-液位电压，3-补偿型号，4-开浇指令，5-应答信号。
具体实施方式
本实用新型所提供的钢水液面检测系统由三个部分构成：一是信号生成与放大单元如图1所示，二是信号转换与线性化单元如图2所示，三是手持式线性化设置单元如图3所示。
参照图1，通过振荡器产生50KHz的方波，经整形和预放产生同频的正弦波，再经压控放大和电流放大产生足够大的功率驱动传感器1的感应线圈，通过感应线圈产生的高频磁场与传感器下方钢水相互作用，在传感器1的另两个线圈A和B上产生随相应的感应电压。该感应电压再经放大、选频和进一步放大后与补偿信号综合提供给加法器，再经放大后向线信号处理板提供5－0V的电压信号2。
参照图2，以AVR单片机ATmega128为核心构成信号转换与线性化单元，接收来自前级放大的液位电压信号2，经A/D转换后提供给单片机，单片机经线性化处理后，由D/A-1和电流模块1输出与液位高度对应的输出电流；接收来自AD590信号经放大和A/D转换提供给单片机，再经由D/A-2和电流模块2输出与温度对应的输出电流；设置包括开浇指令按钮、系统自检按钮、采集数据信息的校表按钮和存储采集数据的确认按钮的操作面板，各按钮的控制电路接入单片机的输入端；连接光耦合器，接收开浇指令4，自动检测液位电压初始值，当液位初始值不合要求时，输出补偿信号3，使液位电压2回到设定值，若补偿成功，则输出回答信号5，否则输出异常信号。在开浇前如自动补偿出现异常，可根据需要手动输出补偿，从工作调整界面切换到工作页面时，系统将执行自动补偿，自动补偿时，系统自动切换到自动补偿界面，若补偿成功，则在工作界面中显示相应的补偿值。本单元提供通信接口，可与手持式线性化设置单元通信，实施对设备的线性化操作；通过LED状态指示灯，负责将设备的工作状实时反映，采用蜂鸣器作为报警发声器，负责报警发音。本单元具体功能包括将液位高度0mm至150mm转换成对应的电流4mA至20mA输出、将温度从摄氏0度至100度转换成对应的电流4mA至20mA输出、液位高度与输出电流值的线性化、初始液位电压的自动补偿和超温及异常的报警。
参照图3，以AVR单片机ATmega128为核心构成手持式线性化设置单元，利用通信接口与信号放大单元通信，实施实施对设备的线性化操作；通过键盘或按钮盒等控制信号发送端实施对线性化过程中的页面切换及有关设置操作；采用LCD显示屏作为手持式线性化设置单元的显示终端，实施线性化设置过程的参数显示。手持式线性化设置单元与信号转换与线性化单元的显示模块，都能够显示包括本系统所有的输入输出数据及开浇、停浇、超温状态。
将信号生成与放大单元放置在直流恒温槽内，通过恒温槽控制板将直流恒温槽温度控制在60℃之内，保证信号生成与放大单元不受环境温度的影响，并且直流金属恒温槽还能对信号生成与放大单元起到屏蔽作用提高抗干扰能力。
另外，还可以加设表头显示单元，以大字体显示输入的液位电压、输出的液位电流信息，方便工作人员远处观测，将表头显示单元与信号生成与放大单元、恒温槽控制板、信号转换与线性化单元与电源连接。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种钢水液面检测系统，包括信号生成与放大单元、信号转换与线性化处理单元和电源，所述信号生成与放大单元与所述线性化处理单元连接，所述电源与所述信号生成与放大单元、信号转换与线性化处理单元连接，其特征在于，
所述信号生成与放大单元包括液位测量传感器、液位测量信号放大器、温度传感器和温度信号放大器，所述液位测量传感器与所述液位测量信号放大器的输入端连接，所述温度传感器与所述液位测量传感器连接，温度传感器的输出端与所述温度信号放大器连接；
所述信号转换与线性化处理单元包括A/D转换模块、D/A转换模块、第一单片机、电流模块、第一显示模块、操作面板、报警发声器，
所述A/D转换模块包括第一A/D转换器和第二A/D转换器，所述第一A/D转换器的输入端与所述信号生成与放大单元中的液位测量信号放大器的输出端连接，第一A/D转换器的输出端接入所述第一单片机的输入端；所述第二A/D转换器的输入端与所述型号生成与放大单元中的温度信号放大器的输出端连接，第二A/D转换器的输出端接入所述第一单片机的输入端；
所述电流模块包括第一电流模块和第二电流模块；
所述D/A转换模块包括第一D/A转换器、第二D/A转换器和第三D/A转换器，所述第一D/A转换器的输入端与所述第一单片机的输出端连接，第一D/A转换器的输出端与所述第一电流模块的输入端连接；所述第二D/A转换器的输入端与所述第一单片机的输出端连接，第二D/A转换器的输出端与所述第二电流模块的输入端连接；所述第三D/A转换器的输入端与所述第一单片机的输出端连接，第三D/A转换器的输出端与所述信号生成与放大单元的液位信号放大器的输入端连接；
所述第一显示模块、报警发声器分别与所述第一单片机的输出端连接；
所述操作面板包括开浇指令按钮、系统自检按钮、采集数据信息的校表按钮和存储采集数据的确认按钮，各控制按钮的控制电路接入所述第一单片机的输入端。
2.如权利要求1所述的一种钢水液面检测系统，其特征在于，还包括LED工作状态指示灯，所述LED工作状态指示灯与所述信号转换与线性化处理单元的第一单片机的输出端连接，LED工作状态指示灯包括请求执行指示灯、正在执行指示灯、报警指示灯和故障指示灯。
3.如权利要求1或2所述的一种钢水液面检测系统，其特征在于，所述信号转换与线性化处理单元还包括光耦合器，所述光耦合器设置于开浇指令控制电路与第一单片机之间。
4.如权利要求1或2所述的一种钢水液面检测系统，其特征在于，所述信号转换与线性化处理单元还包括上位机通讯接口，所述上位机通讯接口与所述第一单片机连接。
5.如权利要求3所述的一种钢水液面检测系统，其特征在于，所述信号转换与线性化处理单元还包括上位机通讯接口，所述上位机通讯接口与所述第一单片机连接。
6.如权利要求1或2所述的一种钢水液面检测系统，其特征在于，还包括手持式控制单元，所述手持式控制单元包括第二单片机、控制按钮盒、用于与信号转换与线性化处理单元通讯的通讯接口和第二显示模块，
所述控制按钮盒和与信号转换与线性化处理单元通讯的通讯接口与所述第二单片机的输入端连接；
所述第二显示模块与第二单片机的输出端连接；
所述信号转换与线性化处理单元还包括与所述手持式控制单元通讯的通讯接口，所述手持式控制单元通讯的通讯接口与所述第一单片机连接。
7.如权利要求3所述的一种钢水液面检测系统，其特征在于，还包括手持式控制单元，所述手持式控制单元包括第二单片机、控制按钮盒、用于与信号转换与线性化处理单元通讯的通讯接口和第二显示模块，
所述控制按钮盒和与信号转换与线性化处理单元通讯的通讯接口与所述第二单片机的输入端连接；
所述第二显示模块与第二单片机的输出端连接；
所述信号转换与线性化处理单元还包括与所述手持式控制单元通讯的通讯接口，所述手持式控制单元通讯的通讯接口与所述第一单片机连接。
8.如权利要求4所述的一种钢水液面检测系统，其特征在于，还包括手持式控制单元，所述手持式控制单元包括第二单片机、控制按钮盒、用于与信号转换与线性化处理单元通讯的通讯接口和第二显示模块，
所述控制按钮盒和与信号转换与线性化处理单元通讯的通讯接口与所述第二单片机的输入端连接；
所述第二显示模块与第二单片机的输出端连接；
所述信号转换与线性化处理单元还包括与所述手持式控制单元通讯的通讯接口，所述手持式控制单元通讯的通讯接口与所述第一单片机连接。
9.如权利要求5所述的一种钢水液面检测系统，其特征在于，还包括手持式控制单元，所述手持式控制单元包括第二单片机、控制按钮盒、用于与信号转换与线性化处理单元通讯的通讯接口和第二显示模块，
所述控制按钮盒和与信号转换与线性化处理单元通讯的通讯接口与所述第二单片机的输入端连接；
所述第二显示模块与第二单片机的输出端连接；
所述信号转换与线性化处理单元还包括与所述手持式控制单元通讯的通讯接口，所述手持式控制单元通讯的通讯接口与所述第一单片机连接。
10.如权利要求1或2所述的一种钢水液面检测系统，其特征在于，还包括直流金属恒温槽和恒温槽控制单元，所述直流金属恒温槽与所述恒温槽控制单元连接，所述信号生成与放大单元设置于直流金属恒温槽中。
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| CN102688996A (zh) * | 2012-06-13 | 2012-09-26 | 鞍钢股份有限公司 | 一种抑制电磁制动对液位仪信号干扰的方法 |
| CN104061979A (zh) * | 2014-07-07 | 2014-09-24 | 武汉钢铁(集团)公司 | 一种双传感器钢水液面测量设备 |
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Assignee: Wuhan Steel Engineering Technology Group Communication Co., Ltd. Assignor: Wuhan Iron & Steel (Group) Corp. Contract record no.: 2011420000060 Denomination of utility model: Molten steel liquid level detecting system Granted publication date: 20101117 License type: Exclusive License Record date: 20110427 |
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| TR01 | Transfer of patent right |
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Granted publication date: 20101117 |
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| CX01 | Expiry of patent term |