鍋爐水位自動控制及顯示裝置的制作方法

專利名稱：鍋爐水位自動控制及顯示裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于一種鍋爐水位自動控制及顯示裝置。它能分別在鍋爐“運行”和“壓火”狀態對水位自控，保持鍋爐的正常水位，能進行允許鍋爐排污和不允許排污指示，當水泵萬一失控時，它能進行高、低水位報警，尤其是在極限低水位時，能自動關閉鼓風機和引風機，實行緊急停爐，它還能隨時顯示鍋爐的水位。
在巳有技術中，國營三0三九廠生產的一種鍋爐安全自動控制裝置具有上述鍋爐安全自控及水位顯示功能，參見圖11，它由一個水位傳感器2和控制箱3構成，控制箱內包括顯示電路、控制電路、控制功能指示電路和執行電路。所述的傳感器2具有一個與鍋爐1相接的水位傳感管道2－1，在該管道中有一個隨水位上下漂動的磁浮子2－2，在該管道的外部通過卡箍固定著兩個磁控開關盒2－3，其中一個是水位顯示磁控開關盒，在該盒內對應于水位傳感管上所設定的每個水位顯示點處固定安裝著一個磁控開關，另一個是水位控制磁控開關盒，在該盒內對應于水位傳感管道上所設定的每個水位控制點處也固定安裝著一個磁控開關，該傳感器通過二個磁控開關盒分別輸出水位顯示和水位控制兩路信號，并通過導線送至控制箱3中。遺憾的是磁控開關盒中的開關觸點全部要參與控制箱中顯示電路和功能控制電路的邏輯控制，而傳感器僅輸出開關觸點的通斷信號，因此每個開關至少要引出一根信號線到控制箱中，僅以顯示電路為例說明，參見圖12，圖中4是水位顯示磁控開關盒中開關觸點的電連接結構，虛線部分是開關和控制箱的連接導線，5是發光二極管顯示器。當磁浮子2－2位于某個水位時，對應于該水位點的磁控開關23就會動作，即長閉觸點開啟，長開觸點閉合，則電源正極就會通過開關的長開觸點加到所對應的發光二極管上，因此，串聯在該發光二極管以下所有的發光二極管全部點亮，而該發光二極管以上的發光二極管是熄滅的，根據一般鍋爐水位的顯示范圍需要設定21個水位顯示點，從圖中可以看出每個水位點都要引出一根信號線，所以它要引出21根信號線，再加上一根電源線，共要引出22根線；而水位控制磁控開關盒還要引出10根控制信號線，因此，使傳感器到控制箱中的連線極為復雜，對于用戶來說，由于控制室到鍋爐的距離一般是20～30米，因此，需要另花去200元左右的電纜線，而且裝置的外形很不美觀，布線也不方便。從該裝置的性能上看，它的顯示只是水位計刻度表的定性顯示，若想知道某水位的具體刻度還必須仔細觀看顯示燈旁邊的刻度值或參看玻璃水位計，因此，不夠直觀，另外，它的控制手段也不夠先進。
本實用新型的目的是針對上述裝置的缺點，對傳感器的電路結構和控制箱中控制電路及顯示電路的結構進行改進，提供一種具有水位數字顯示功能的鍋爐水位自動控制及顯示裝置，并簡化了傳感器到控制箱中的連線。
下面根據
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圖1，本實用新型原理方框圖。
圖2，水位傳感器的機械結構示意圖。
圖3，水位傳感器的電路結構圖。
圖4，水位傳感器輸出信號的波形圖。
圖5，A／D轉換器的電原理圖。
圖6，顯示電路的原理圖。
圖7，水位顯示和水位控制動作示意圖。
圖8，數據鎖存器和4－10譯碼器的電路圖。
圖9，數字邏輯控制電路的電路圖。
圖10驅動器和功能指示電路及功能執行電路的原理圖。
圖11，巳有鍋爐水位自動控制及顯示裝置的結構示意圖。
圖12，巳有顯示電路的結構示意圖。
本實用新型的解決方案如下本裝置首先對傳感器的電路結構進行改進，在水位傳感管道外部僅設置一個磁控開關盒，在該開關盒內對應于水位傳感管道上所設定的各水位顯示點處都安裝了一個磁控開關，在該開關盒中還增設一個電阻分壓器，該分壓器根據所設定的各水位顯示點而對應設置相對的分壓值，各水位點分壓值的輸出端通過所對應于各水位顯示點處的磁控開關并接于一點，該并接點即是傳感器的信號輸出端。通過改進以后，傳感器的轉換功能是將水位傳感管上的水位刻度轉換成不同的電壓信號，并且僅通過一個信號輸出端輸出。由于傳感器輸出的是標志水位刻度的電壓信號，因此，使得實現水位計刻度的數字顯示及水位自控功能的數控化變得很方便，具體實施方案如下參見圖1，增設一個A／D轉換器8，它將傳感器輸出的各水位顯示點的電壓信號轉換成數字控制量，該數字控制量被分別送入顯示電路6和控制電路7，所述的顯示電路6由4－7、譯碼器6－1，數碼管顯示器6－2及顯示驅動器6－3構成，所述的控制電路由數據鎖存器7－1、4－10譯碼器7－2、數字邏輯控制電路7－3及執行信號驅動器7－4構成，數字邏輯控制電路7－3的功能是選擇組合出各水位控制點的數字信號，再經過數字邏輯的控制輸出各水位控制點的功能執行信號。
本裝置的工作原理如下再參見圖1，先由傳感器將某水位點的信號轉換電壓信號輸出，然后由A／D轉換器8將該電壓信號轉換成數字控制量，即BCD碼和位選信號，該數字控制量被分別送入顯示電路6和控制電路7，顯示電路對BCD碼進行4－7譯碼后送入數碼顯示器中進行數字顯示，位選信號通過驅動器6－3加至數碼顯示器控制它們的位顯次序；送入功能控制電路的BCD碼首先經過數據鎖存器的鎖存，然后進行4－10譯碼，如果譯碼器7－2輸出的信號剛好是某水位控制點的信號，那么數字邏輯控制電路7－3將輸出該水位點控制功能的執行信號，該信號經驅動器7－4送入控制功能指示電路和執行電路9中，由執行電路執行該水位控制點的控制功能。
下面根據實施例詳細說明。
參見圖2，改進后的傳感器僅設置一個磁控開關盒10，將鍋爐玻璃水位計的刻度表對應在水位傳感管道11上，然后根據這一刻度在開關盒10內固定安裝每一個磁控開關，如一般的玻爐水位計刻度指示范圍為0～200毫米，每個刻度間隔為10毫米，在每個刻度線上都需要安裝一個磁控開關12，根據這一刻度表，需要設置21個磁控開關，也就是說它可以傳感輸出21個水位顯示點。傳感器的電路結構參見圖3，由串聯電阻22和直流電源連接構成所述的電阻分壓器，該分壓器根據21個水位顯示點對應設置21分壓值，并且各相鄰兩點輸出的電壓差相等，各分壓值的輸出端都通過所對應各水位顯示點處的磁控開關并接于A點，A點的引出端即是傳感器的信號輸出端，其中磁控開關全部選用常開觸點。當磁浮子位于某個水位時，如圖2所示的位置，則對應于該水位點的磁控開關12閉合，這時對應于該水位點的分壓值通過開關12加在A點上，并通過A點輸出，而其它水位點的分壓值由于磁控開關沒有閉合，不能加至A點，使傳感器只輸出對應于該水位點的分壓值，根據圖3可以看出傳感器的引出線僅需要三根，即一根信號線，兩根電源線，從而大大簡化了傳感器到控制箱之間的連線。假設磁浮子隨水位從顯示范圍的最低點緩慢上升到最高點，則傳感器輸出的信號波形應為一個階梯形，如圖4所示，圖中VA是圖3中A點的輸出電壓。
參見圖5，所述的A／D轉換器13選用mc14433器件，或者CC14433及5G14433，該器件的2腳是基準電壓輸入端，由穩壓器14為該腳提供基準電壓，13腳為地，12腳為負電源端，24腳為正電源端，10、11腳是時鐘脈沖輸入、輸出端，由外接電阻15確定每秒A／D轉換的次數，9腳和14腳相接可以使每次A／D轉換的結果均可輸出，15腳是溢出信號OR的輸出端，當過量程時OR為零，器件的3腳是模擬信號輸出端，它的量程范圍是－1.999V～＋1.999V。本裝置選用的量程范圍為0～1.999V根據這一量程可以確定傳感器中各電阻分壓值的具體取值，20～23腳是BCD碼Q0～Q3的輸出端，16腳是個位選通信號DS4的輸出端，17腳是十位選通信號DS3的輸出端，18腳是百位選通信號DS2的輸出端，19腳是千位選通信號DS1的輸出端，選通信號輸出時為高電平。
A／D轉換器可輸出3 1/2 位的數顯信號，根據前述傳感器的原理可以看出，它所要求的顯示精度是在厘米級，即僅要求厘米和分米級兩位數字的穩定性，又由于它要顯示的各水位點的數字剛好與所選定A／D轉換器的量程的前兩位相吻合，因此，顯示器最大限度可以舍去后兩位，即舍去A／D轉換器輸出的個位和十位信號，采用1 1/2 位顯示。本裝置考慮到水位顯示鮮明的要求，僅舍去了個位信號，選用2 1/2 位顯示。參見圖6，器件16是4－7譯碼器，A／D轉換器輸出的BCD碼Q0～Q3通過該器件的7，1，2，6腳輸入，并通過9～15腳輸出a－g7段顯示字碼，然后分位送入數碼管器件17、18、19，數碼管17顯示毫米級數字，數碼管18顯示厘米級數字，數碼管19顯示分米級數字，A／D轉換器的信號溢出端(15腳)接器件16的消隱端(4腳)當水位升至200毫米時有溢出信號輸出，即OR為零，則a－g7段數碼全部為零，顯示為空白；器件20是驅動器件，A／D轉換器輸出的千位、百位、十位選通信號通過該器件分別加在分米、厘米和毫米顯示器件上，每個顯示器件在位選信號到來時，根據譯碼器輸出的該位7段碼信號顯示其十進制數字。
假設傳感器輸出各水位點的電壓誤差忽略不計，則顯示器對應于各水位顯示點的顯示數字如圖7所示，最低水位線顯示000，最高水位線顯示190；根據鍋爐安全對水位的要求，設定各水位控制點如下參見圖7，鍋爐在“運行”狀態工作時，正常水位應在80～120毫米之間，如果水位降至80毫米時，必須啟動水泵給鍋爐加水，但加水的水量不能超過120毫米，所以當水位上升到120毫米時，必須停止加水，即關閉水泵；鍋爐在壓火狀態工作時，正常水位是在50～150毫米之間，因此，水位降至50毫米時應啟動水泵，當水加至150毫米時應關閉水泵；運行狀態時，有時需要鍋爐底渣的排污處理，若要進行排污處理，水位必須是在80～120毫米之間，在這個區間內需要給出“許可排污”指示，看到指示后才能打開排污閥排污，當水位降至80毫米時，必須給出“排污禁止”指示，這時要立即關閉排污閥；若水泵萬一失靈，水位降至40毫米時，應進行低位報警，若水位降至20毫米以下，必須進行緊急停爐即關閉鼓風、引風機，同時進行鎖爐，即鎖住鼓風、引風機的電機執行開關，使它們不能啟動，并且進行超低位報警；若水泵失靈時，水位上升至160毫米時，應進行高位報警，水位上升至200時，應進行超高位報警。
參見圖8，根據前述本裝置的精度設置，數控電路舍去A／D轉換器輸出的十位和個位信號，而僅選用千位和百位信號，用兩個數據鎖存器30、31分別鎖存A／D轉換器輸出的千位和百位信號，然后再分別用兩個4－10譯碼器32、33將千位和百位的BCD碼進行十進制譯碼，經過譯碼后，器件33可輸出百位的十進制信號，而器件32可輸出千位的十進制信號。參見圖9，在邏輯控制電路中，首先應進行千位和百位數字的組合而得到各控制點的信號，這就需要將兩位數字信號進行邏輯“與”，由于選用的4－10譯碼器74LS42是輸出“低電平”有效，因此，用或門可實現兩位數字信號相“與”的邏輯，如取08信號，需要將千位譯碼器輸出的“0”即器件32的2腳和百位譯碼器輸出的“8”即器件33的10腳接一個兩端輸入或門34，當這兩位數字信號都輸出低電平時，則或門34的輸出端(3腳)才會輸出有效信號，即輸出低電平，其它情況均輸出無效信號，即輸出高電平，如果4－10譯碼器采用“輸出高有效”的器件，則或門改用與非門。根據前述各水位控制點的功能，可以得知，在“運行”狀態需要取出開泵的“08”和關泵的“12”信號，在“壓火”狀態需要取出05和15信號，用一個轉換開關35實現“運行”和“壓火”工作狀態的轉換，圖中所示開關35的位置是“運行”工作狀態，再用一個RS觸發器36實現開泵，停泵的邏輯控制，即當水位降至80毫米時，或門34輸出低電平，這時RS觸發器36的S端受觸發，使Q端由低電平翻轉為高電平時，這是開水泵信號，當水泵給鍋爐加水使水位上升到120毫米時，或門37輸出的12信號即低電平信號送至RS觸發器36的置零端R，則Q端又由高電平翻轉為低電平，即給出關水泵信號，這時鍋爐水位正常運行。如果開關35打向“壓火狀態”的擋位，則或門38和或門39輸出的05和15信號控制觸發器36的S和R端，使水位降至50mm時給出開水泵信號，而水位升至150mm時給出關水泵信號，其它控制功能的實現與上述相同。
參見圖10，集成器件50是七路驅動器，它對信號進行功率放大和反相，發光二極管陳列51是功能指示器，功能執行電路由開關繼電器52、53、54、55和執行繼電器56、57、58、59、60、連接構成，圖中虛框內是鍋爐控制盤的電路結構，再參見圖9，設開關35位于“運行”擋位，如果鍋爐在80mm～120mm水位區間正常運行時，除觸發器40輸出高電平以外，其它觸發器均輸出低電平，則驅動器50除14腳輸出低電平，其它腳均輸出高電平，這時指示燈全不亮，開關繼電器52、55是斷開的，電鈴的執行繼電器56和水泵電機的執行繼電器57均是斷開的，開關繼電器54是接通的，鼓風機和引風機的電機執行繼電器59、60是閉合的，鼓、引風機處于工作狀態，當水位降至80mm時，或門34輸出的08信號觸發觸發器36由低電平翻轉為高電平，驅動器50的13腳輸出低電平，對應的發光二極管62亮，給出“加水”指示，開關繼電器52閉合，使執行繼電器57閉合，水泵自動開啟，給鍋爐加水，水加至120mm時，或門37輸出的12信號將觸發器36置零，使它又重新輸出低電平，則驅動器13腳輸出高電平，發光二極管62滅，開關繼電器52斷開，執行繼電器57斷開，水泵自動關閉，停止加水，鍋爐正常 運行，如此往復，實現了鍋爐在工作狀態下的水位自動控制；鍋爐在正常運行時，若要排污處理，須將開關64閉合，這時，觸發器40輸出的高電平通過驅動器的反相輸出低電平，即驅動器的14腳為低電平，則對應的發光二極管亮，給出“允許排污”指示，開關繼電器53閉合，位于排污管道上的電磁閥58打開，開始排污，當水位降至80mm時，08信號將觸發器40置零，則對應的發光二極管滅，開關繼電器53斷開，電磁閥關閉，自動停止排污，排污完畢須將開關64斷開；若水泵失靈，水位降至40mm，04信號觸發觸發器41翻轉為高電平，驅動器15腳輸出低電平，則對應的發光二極管亮給出“低位報警”指示，開關繼電器55閉合，電鈴發出報警聲響，若水位繼續下降至20mm以下，02信號觸發觸發器42翻轉為高電平，并且01、00，信號均使觸發器輸出高電平，驅動器16腳輸出低電平則對應的發光二極管亮給出“超低報警”指示，三極管63截止，開關繼電器54斷開，鼓、引風機關閉，實現緊急停爐；由于觸發器42一旦被低水位的02信號觸發后，只要水位沒有恢復到正常水位線，即05信號沒有將它置零時，它始終輸出高電平，使開關繼電器54一直處于斷開狀態，又由于該繼電器的開關觸點與鼓、引風機的啟動開關65、66是串聯的，所以在這種情況下，鼓、引風機是啟動不起來的，實現了鎖爐功能；低位報警也是同樣，只要水位沒有恢復到50mm，即05信號沒有將觸發器41置零之前，電鈴一直報警。當水位恢復到50mm時，自動消除鎖爐、低位報警狀態，對應的指示燈滅；高位報警也是同樣，若水泵失靈，水位上升至160mm時，16信號觸發觸發器43翻轉為高電平，驅動器12腳輸出低電平，則對應的發光二極管亮，給出“高位報警”指示，開關繼電器55閉合，電鈴響，若繼續上升至200mm，則A／D轉換器輸出的溢出信號OR觸發觸發器44翻轉為高電平，驅動器11腳輸出低電平，對應的發光二極管亮，給出“超高報警”指示，直到水位恢復到正常水位線150mm，即15信號將觸發器44、43置零時，電鈴停響，指示燈滅。本實用新型的開關繼電器全部采用固態繼電器SSR，這種繼電器屬于無觸點開關，使用安全，壽命長。
本裝置還能很方便地增加一個超壓報警功能。參見圖9用一個接點式壓力表25或者壓力繼電器，并設定一個安全壓力界點，當鍋爐壓力達到這個界點時，壓力表接點和直流電源Vc接通，并將這個高電平信號送至驅動器50的7腳，則驅動器50的10腳輸出低電平，對應的發光二極管亮，給出“超壓指示”，同時，電鈴響，當壓力表接點斷開時，即壓力恢復正常時，發光二極管滅，電鈴停響。
通過上述實施例可以進一步看出，由于傳感器的改進，水位控制及顯示全部采用數控，水位顯示是數字定量顯示，非常直觀，水位控制部分在不增加成本的情況下，增加了超低位鎖爐，超壓報警功能，同時，還比巳有技術增加了一個自動排污功能，且裝置的外形美觀，布線方便。
權利要求1.鍋爐水位自動控制及顯示裝置，由水位傳感器和控制箱構成，控制箱中包括顯示電路、控制電路、控制功能指示電路和執行電路，所述的水位傳感器具有一個與鍋爐相接的水位傳感管道，在該管道中有一個隨水位上下漂動的磁浮子，其特征是a、所述的傳感器在水位傳感管道外部設有一個磁控開關盒，在該開關盒內對應于水位傳感管道上所設定的各水位點處都固定安裝著一個磁控開關，在開關盒內還設置了一個電阻分壓器，該電阻分壓器根據所設定的各水位點而對應設置相對的分壓值，各水位點分壓值的輸出端通過所對應于各水位點處的磁控開關并接于一點，該并接點即是傳感器信號輸出端，b、增設一個A/D轉換器8，它將傳感器輸出的各水位點電壓模擬信號轉換成數字控制量，該數字控制量被分別送入顯示電路6和控制電路7，c、所述的顯示電路6由4-7譯碼器6-1、數碼管顯示器6-2及顯示驅動器6-3構成，d、所述的控制電路7由數據鎖存器7-1，4-10譯碼器7-2數字邏輯控制電路7-3和驅動器7-4構成。
2.如權利要求1所述的裝置，其特征是A／D轉換器8采用MC14433集成器件，或者CC14433和5G14433集成器件。
3.如權利要求1、2所述的裝置，其特征是所述的執行電路中的開關繼電器采用固態繼電器SSR。
專利摘要本實用新型是一種鍋爐水位自動控制及顯示裝置，它由水位傳感器和控制箱構成，控制箱中包括A/D轉換器8，顯示電路6，控制電路7，控制功能指示電路和執行電路9，它能分別在鍋爐“運行”和“壓火”狀態對水位自控，能進行允許鍋爐排污和不允許排污指示，當水泵萬一失控時，它能進行高、低水位報警，尤其是在極低水位時，能自動關閉鼓風，并進行鎖爐，它還具有數字顯示水位的功能。
文檔編號F22D5/00GK2069966SQ90202059
公開日1991年1月23日 申請日期1990年2月22日 優先權日1990年2月22日
發明者栗長禎 申請人:栗長禎