专利名称：污水液位传感器故障即时诊断告警切换控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种污水液位传感器故障即时诊断告警切换控制装置。
背景技术：
传感采集的数据通常是控制系统的控制依据。在污水泵站排水系统中，液位传感 器作为决策信息的首要来源，对控制运行精度和关键液位的检测均起着至关重要的作用。 然而由于其自身长期暴露于污水环境，易污损及老化损坏， 一旦污水液位传感器出现故障 或不正常工作，将直接导致泵站污水排放系统自动控制功能紊乱、系统瘫痪，可能引起重大 污水溢出，甚至危及机泵损坏等事故。由于目前还没有预测和及时发现传感器故障的方法 和装置，所以通常对这类故障的排查只能依赖人工推断分析及测试对比试验，工作量大；同 时，传统控制系统由于缺乏对其进行实时诊断预警、切换控制，因此传感器故障造成的损失 惊人，这已引起工程技术人员及用户的高度重视，这也严重影响了人们对自动化系统的接 受程度。
发明内容
本发明的目的是提供一种污水液位传感器故障即时诊断告警切换控制装置，以实 现及时诊断和发现泵站污水排放系统中液位传感器的故障，并及时告警和切换控制，终止 被控设备的误动作运行。 本发明的污水液位传感器故障即时诊断告警切换控制装置，包括微处理器，数据 存储器，D/A转换器，信号处理转换控制环节，放大隔离输出环节及报警输出，微处理器的 I/O数据口与数据存储器的串行口 、 D/A转换器的数据口及信号处理转换控制环节的数据 口相连，微处理器的I/O输出口经放大器A与报警输出相连，D/A转换器的模拟输出口与放 大隔离输出环节的输入端和信号处理转换控制环节的控制信号输入端相连。
工作时，将污水液位传感器故障即时诊断告警切换控制装置的信号处理转换控制 环节的状态信号输入口与污水泵站排水系统主回路的状态信号输出端相连，主回路的状态 信号输出端包括液位传感器的信号输出端，电流信号输出端，电压信号输出端等，将信号处 理转换控制环节的控制输出端与污水泵站排水系统的直流控制回路相连，放大隔离输出环 节的控制输出端与污水泵站排水系统的继电控制回路相连。微处理器周期性扫描A/D转换 器的模拟输入口，采集各污水液位传感器的标准电信号，由A/D转换器将采样的模拟信号 转换成相应测试点的数字信号，随后该微处理器对采集的数字信号进行诊断分析，如果发 生故障，微处理器一方面给出示警信号控制灯光及声音报警，另一方面检测主回路的其他 状态信号，并据此信号进行切换控制首先微处理器经D/A转换器发出切换命令，通过放大 隔离输出环节控制继电回路的切换；同时D/A转换器输出的切换控制信号经信号处理转换 控制环节对直流回路进行切换控制，以避免因液位传感器故障引起机泵等动力设备误动作 而造成的事故，诊断结果将存储于数据存储器，为排除故障提供信息。 通常液位传感器故障主要可归结为两类，第一类某种原因使得采样的值不随工况状态变化始终固定在某一个值；第二类某种原因使得采样值发生随机跳变。本装置将液位 传感器的上述两种故障实现自主诊断。诊断方法如下将当前的采样值与上次采样值作减 法，判定差值是否在合理范围，如低于合理范围，计数器计数，否则清零，当计得的值到达阈 值，则认定为第一类故障发生，否则正常；如差值高于合理范围，计数器计数，同时看其后M 个周期内(M值视工况而定)，是否仍高于合理范围，若再度出现则判定为第二类故障发生， 否则正常。 本发明的优点在于能对污水液位传感器故障进行即时诊断并示警，可有效预警 由液位传感器故障和不正常工作引起的泵站排水系统自动控制功能紊乱故障，同时进行切 换控制，避免此类故障引起的污水外溢，甚至机泵损坏等事故发生，且有助于故障的及时排 除。
图1是污水液位传感器故障即时诊断告警切换控制装置构成示意图。
图2是信号处理转换控制环节的一种构成示意图。
具体实施例方式
参照图l，本发明的污水液位传感器故障即时诊断告警切换控制装置污水液位传 感器故障即时诊断告警切换控制装置，其特征是包括微处理器l，数据存储器2，D/A转换器 3，信号处理转换控制环节4，放大隔离输出环节5及报警输出6，微处理器1的I/O数据口 与数据存储器2的串行口、 D/A转换器3的数据口及信号处理转换控制环节4的数据口相 连，微处理器1的I/O输出口经放大器A与报警输出6相连，D/A转换器3的模拟输出口与 放大隔离输出环节5的输入端和信号处理转换控制环节4的控制信号输入端相连。
上述的微处理器l采用80C51单片机，数据存储器2用AT45DB161B芯片，D/A转换 器3用DAC0832芯片，信号处理转换控制环节4的构成如图2所示，包括A/D转换器7， 1/ 0扩展器8，两个地址锁存器9， a个第一信号隔离转换器10， b个第二信号隔离转换器ll， c个光电隔离转换器12， d个控制输出处理转换器13， a、 b、 c、 d分别为正整数，A/D转换器 7的数据口和1/0扩展8的数据口分别与第一、第二地址锁存器9的数据口相连，第一信号 隔离转换器10的输出端和第二信号隔离转换器11的输出端分别与AD转换器7的模拟输 入口相连，光电隔离转换器12的输出端与10扩展器8的输入口相连，控制输出处理转换器 13的输入端与10扩展器8的输出口相连，上述的第一信号隔离转换器10由互感器T1、电 阻R5、电容C1、 C2、运放A3组成，第二信号隔离转换器11由电阻R6、 R7、电容C3、 C4、运放 A4组成，光电隔离转换器12由电阻Rl、二极管Dl、光耦VI组成，控制输出处理转换器13由 运放A5、二极管D3组成。其中，A/D转换器7可采用ADC0809芯片，地址锁存器用74LS373, 1/0扩展可用8255A芯片。放大隔离输出环节5由运放A2、电阻R4、二极管D1及继电器K 组成，报警输出6包括指示灯和蜂鸣器等。 以单个液位传感器污水泵站排放系统为例，液位传感器故障即时诊断告警切换控 制过程如下 1.即时诊断功能诊断周期i开始后，80C51先采集液位传感器输出的标准电信 号，经A/D转换处理为相应进水池测试点的液位高度hi，该值是故障诊断分析的主要依据。
4其诊断的过程是当前周期的hi与上一周期的hi—J乍差值计算，得到A = |hi-hi—」，然后将 此A与标准值SJ、为污水液位传感器正常工作时不可出现的最小波动值)和S2(S2 为污水液位传感器正常工作时的最大跳变幅值，由实际工况决定)进行比较，若A < 则对计数器k进行单位累加，否则对计数器k清零；若A > S 2，则对计数器m和计数器n 均进行累加；若、《A《S2，则须检测计数器m的值，若计数器m为0，则计数器n清零， 若计数器m不为0且小于阈值M，则计数器m累加，计数器n保持，若计数器m达到阈值M， 则计数器m和计数器n均清零。最后，判断计数器k，计数器m，计数器n的值，当k， n任一 值超过设定的最大阈值K， N，则可判定该液位传感器出现故障，更新示警信号，并对诊断结 果k，m，n进行存储。 2.切换控制及告警当液位传感器故障诊断周期结束，示警信号及诊断结果将被 更新，该装置控制器须立即监测该示警信号，并决定是否启动报警及切换控制。 一旦确认故 障发生，报警�？橹葱械乒饧吧艟ǎ员阆喙厝嗽奔笆狈⑾止收系拇嬖冢煌保收险� 断装置自主检测主回路的状态信号，并据此信号进行切换控制一方面D/A转换器输出的 切换命令，经运放放大及隔离输出到被控回路作控制切换；另一方面D/A转换器发出的切 换信号经信号处理转换控制环节对其他相关被控回路进行切换，以避免泵站排水系统因液 位传感器故障引起机泵等动力设备误动作而造成事故。诊断过程的相关数值保存于数据存 储器，作为故障排除的分析依据。 与单液位传感器泵站排水系统不同的是，多液位传感器系统依赖多个液位传感器 协同提供控制泵站排水系统的运行依据，各个液位传感器的输出值存在一定的相关性。其 故障诊断的方法在单个液位传感器自测诊断的基础上再作不同液位传感器的互测诊断，依 据是选取与被诊断传感器相关联的另一个液位传感器作参考，若被诊断液位传感器与参考 液位传感器输出值的差值超出正常范围达到最大阈值，且此时k或n不为0，则可判定故障 的存在。该互检诊断减小了液位传感器自测诊断的阈值，提高了故障诊断的效率。
权利要求
污水液位传感器故障即时诊断告警切换控制装置，其特征是包括微处理器(1)，数据存储器(2)，D/A转换器(3)，信号处理转换控制环节(4)，放大隔离输出环节(5)及报警输出(6)，微处理器(1)的I/O数据口与数据存储器(2)的串行口、D/A转换器(3)的数据口及信号处理转换控制环节(4)的数据口相连，微处理器(1)的I/O输出口经放大器(A)与报警输出(6)相连，D/A转换器(3)的模拟输出口与放大隔离输出环节(5)的输入端和信号处理转换控制环节(4)的控制信号输入端相连。
2. 根据权利要求1所述的污水液位传感器故障即时诊断告警切换控制装置，其特征是 信号处理转换控制环节(4)包括A/D转换器(7)， 1/0扩展器(8)，两个地址锁存器(9)， a 个第一信号隔离转换器(10) ， b个第二信号隔离转换器(11) ， c个光电隔离转换器(12) ， d 个控制输出处理转换器(13) ， a、 b、 c、 d分别为正整数，A/D转换器(7)的数据口和I/O扩 展(8)的数据口分别与第一、第二地址锁存器(9)的数据口相连，第一信号隔离转换器(10) 的输出端和第二信号隔离转换器(11)的输出端分别与AD转换器(7)的模拟输入口相连， 光电隔离转换器(12)的输出端与IO扩展器(8)的输入口相连，控制输出处理转换器(13) 的输入端与IO扩展器(8)的输出口相连，上述的第一信号隔离转换器(10)由互感器(Tl)、 电阻(R5)、电容(C1、C2)、运放(A3)组成，第二信号隔离转换器(11)由电阻(R6、R7)、电容 (C3、C4)、运放(A4)组成，光电隔离转换器(12)由电阻(Rl)、二极管(Dl)、光耦(VI)组成， 控制输出处理转换器(13)由运放(A5)、二极管(D3)组成。
全文摘要
本发明公开的污水液位传感器故障即时诊断告警切换控制装置，包括微处理器，数据存储器，D/A转换器，信号处理转换控制环节，放大隔离输出环节及报警输出，微处理器的I/O数据口与数据存储器的串行口、D/A转换器的数据口及信号处理转换控制环节的数据口相连，微处理器的I/O输出口经放大器A与报警输出相连，D/A转换器的模拟输出口与放大隔离输出环节的输入端和信号处理转换控制环节的控制信号输入端相连。该装置能对污水液位传感器故障进行即时诊断并示警，可有效预警由液位传感器故障和不正常工作引起的泵站排水系统自动控制功能紊乱故障，同时进行切换控制，避免此类故障引起的污水外溢，甚至机泵损坏等事故发生，且有助于故障的及时排除。
文档编号G01F25/00GK101776916SQ20101010800
公开日2010年7月14日 申请日期2010年2月9日 优先权日2010年2月9日
发明者周卫东, 杨成成, 汪雄海 申请人:浙江大学
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