一种重锤料位检测系统研究

　　1　引　　言

　　在电力、冶金、化工等行业都有大量用储罐或料仓来存储液体、固体或粉状物料的情况。储存物料的多少将直接影响到企业生产进度和生产安全。为保证连续生产需要,需随时监测料仓储料的多少。到目前为止,已开发研制了多种料位检测系统,如超生波法、α射线法、电容式、阻旋式以及重锤料位仪等,其中,重锤料位仪由于具有结构简单、适应恶劣环境、使用及维护方便等优点而获得较为普遍的应用。目前,重锤料位检测系统还存在着结构设计不当,控制部分的硬、软件设计不尽合理的地方。这里介绍一种以AT89C51Flash单片机为核心构成的重锤料位检测系统,对机械部分设计和控制部件硬、软件设计上采取了优化设计,克服了目前重锤料位检测系统存在的一些缺点,提高了检测系统的可靠性。

　　2　系统的构成及基本工作原理

　　重锤式料位检测系统是一小型机电一体化的系统,主要由机械执行机构和控制显示系统两大部分组成。机械执行机构包括电机、减速器、缆线滚筒、编码盘、重锤及钢丝绳等零件;控制显示系统包括AT89C51Flash单片机、键盘输入、数显输出、电机驱动、码盘脉冲输入等单元电路组成。系统采用软件状态下自动复位;重锤在顶位停留时能自锁;重锤触料时能　　快速采集信息;料位超过安全极限时能自动报警,若停电等因素重锤可停留在任何高度位置等技术。重锤式料位检测系统的工作原理如图1所示。

　　开始工作时,电机(1)带动谐波减速器(2)和卷筒(8)正转,重锤(6)在重力作用下由顶位匀速下行,带动定滑轮和码盘(5)转动,码盘转动时引起霍尔传感器(图中未示出)中的电压发生变化,形成脉冲信息。止阻器(7)内置摩擦片,钢丝绳穿置其中,钢丝绳的摩擦力小于重锤的重量,当重锤(6)接触到被测物料时,钢丝绳失重,在止阻器(7)的作用下,定滑轮和码盘(5)便停止转动,脉冲信号停止连续输出。延时一定时间后单片机向电机(1)发出反转信号,重锤(6)上行。由单片机识别正反转。当重锤到达顶位时,回位传感器(4)将感受到的信号送至单片机,由单片机指令电机停止运转。

　　测得的料位高度为:

　　H=L—L1

　　式中:H为物料的高度

　　L为料仓的高度

　　L1为重锤下行的高度

　　如果检测出的料位高度高于控制极限高度时,进行上限报警。

　　3　检测系统机械部分设计

　　3.1　减速器的选择

　　重锤下放速度若设计为0.1m/s,滚筒直径ф=200mm,则滚筒轴转速约为10r/min;选用单相异步电机,额定转速一般在1500r/min,重锤下降的减速比达150。现有重锤料位仪的减速装置一般采用圆柱齿轮减速器、蜗杆蜗轮减速器或电气调节与蜗杆蜗轮减速器相结合等方式;本设计减速器选用了谐波减速器。谐波减速器是一种依靠齿轮的弹性变形运动来达到传动目的的新型减速器。它的主要特点是: