一种采用电容式差压传感器的泥沙含量检测系统

摘要

本发明公开了一种采用电容式差压传感器的泥沙含量检测系统，包括水样预处理系统，信号采集系统，控制处理系统，触摸屏显示系统，各系统顺序相连，触摸屏显示系统连接到数据传输系统上，数据传输系统与组态监控系统相连；信号采集系统包括深度传感器，含沙量传感器，流速传感器，水温传感器和模拟量输入输出模块；深度传感器，含沙量传感器，流速传感器和水温传感器分别与模拟量输入输出模块相连，模拟量输入输出模块包含四模拟信号输入通道。本发明将多种环境因素进行综合考虑，实现了高精确度含沙量测量，不仅可适用于一般的河流泥沙检测领域，还可应用于黄河流域库区水质管理、河道清淤以及污水处理厂排泥管理等领域。

权利要求

1.一种采用电容式差压传感器的泥沙含量检测系统，包括水样预处理系统，信号采集系统，控制处理系统，触摸屏显示系统，各系统顺序相连，其特征在于：所述触摸屏显示系统连接到数据传输系统上，数据传输系统与组态监控系统相连；信号采集系统包括深度传感器，含沙量传感器，流速传感器，水温传感器和模拟量输入输出模块；深度传感器，含沙量传感器，流速传感器和水温传感器分别与模拟量输入输出模块相连，模拟量输入输出模块包含四模拟信号输入通道；所述含沙量传感器由两个电容式差压传感器(3)组成，两个电容式差压传感器(3)分别垂直嵌入到防水式金属直杆(4)内，其间距相差300mm-500mm。

2.按照权利要求1所述的一种采用电容式差压传感器的泥沙含量检测系统，其特征在于：所述含沙量传感器的电容式差压传感器(3)均位于液面以下，液体要完全覆盖两个电容式差压传感器(3)，最低液位要高于上面一个电容式差压传感器(3)至少100mm。

3.按照权利要求1所述的一种采用电容式差压传感器的泥沙含量检测系统，其特征在于：所述控制处理系统采用PLC处理系统，实现数据处理和系统监控功能。

说明书

一种采用电容式差压传感器的泥沙含量检测系统

技术领域

[0001] 本发明涉及泥沙含量检测领域，尤其是涉及一种采用电容式差压传感器的泥沙含量检测系统。

背景技术

[0002] 水土流失现象具有极其严重的危害。首先，它直接破坏了土壤资源，导致可耕作的土地面积减少。土壤是人类生存所必需的绿色植物生长的基础。裸露坡地一经暴雨冲刷，就会使含腐殖质多的表层土壤流失，造成土壤肥力下降。随着水土流失程度的加深，沟壑发展也日益加剧。这样，就使大面积坡耕地支离破碎，耕种不便，以至弃耕荒废。其次，流失的泥沙物质进入江河、湖泊和水库，淤积水库、阻塞河道、抬高河床。由于上游流域水土流失，汇入河道的泥沙量增大，当挟带泥沙的河水流经中、下游河床、水库或河道，流速降低时，泥沙就逐渐沉降淤积，使得水库淤浅而减小容量，河道阻塞而缩短通航里程，严重影响水利工程和航运事业，每当洪水季节，容易溃堤泛滥。此外，因长期水土流失导致的土地荒漠化，又带来了沙尘暴等其它形式的自然灾害。

[0003] 通过对水流进行泥沙检测，可对水土流失的治理提供科学依据，也可防治因水土流失导致的自然灾害。目前现有的用于测量泥沙含量的仪器和方法，在实际应用中存在着一定的局限性。如人工取样法，虽有很高的精度，但是其测量周期长、劳动强度大，又因人工采样时浮泥的层次结构受到扰动，因而所测的结果不能反映现场状况；光电法测量泥沙范围较窄；同位素法和γ射线法精度高，但放射源稀缺；振动筒法和电容法稳定性较差，受温度影响大；而现有的基于压差原理的压力传感器灵敏度低，主要用于海底浮泥层密度测量以及纸浆池浓度测量等；超声波的监测设备存在运行不稳定、易受水草缠绕阻挡等问题。因此，需要一种能解决上述问题的泥沙含量检测方法。

发明内容

[0004] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种采用电容式差压传感器的泥沙含量检测系统，它的稳定性好，精度高，抗干扰能力强。

[0005] 本发明采用以下技术方案：一种采用电容式差压传感器的泥沙含量检测系统，包括水样预处理系统，信号采集系统，控制处理系统，触摸屏显示系统，各系统顺序相连，其中，所述触摸屏显示系统连接到数据传输系统上，数据传输系统与组态监控系统相连；信号采集系统包括深度传感器，含沙量传感器，流速传感器，水温传感器和模拟量输入输出模块；深度传感器，含沙量传感器，流速传感器和水温传感器分别与模拟量输入输出模块相连，模拟量输入输出模块包含四模拟信号输入通道。

[0006] 进一步，所述含沙量传感器由两个电容式差压传感器3组成，两个电容式差压传感器3分别垂直嵌入到防水式金属直杆4内，其间距相差300mm-500mm。

[0007] 进一步，所述含沙量传感器的电容式差压传感器3均位于液面以下，液体要完全覆盖两个电容式差压传感器3，最低液位要高于上面一个电容式差压传感器3至少100mm。

[0008] 进一步，所述控制处理系统采用PLC处理系统，实现数据处理和系统监控功能。

[0009] 本发明的有益效果是：

[0010] 本发明基于电容式差压原理，将两个电容式差压传感器分别垂直嵌入到防水式金属直杆内，可有效防止水下水草缠绕等问题。模拟量输入输出模块，可实现多通道的数据采集，系统不仅能检测含沙量，而且还能同时检测探测点的深度和水温，使检测功能增强。通过数据融合，经软件分析，该检测系统能将泥沙的含量和时空分布在监控界面上直观显示。系统将水温、水深、流速等多种因素综合分析，弥补了由于环境的改变而带来的误差，提高了泥沙含量检测的精度和稳定性。

[0011] 本发明有以下优点：(1)应用电容式差压传感器检测泥沙含量，将两个电容式差压传感器分别垂直嵌入到防水式金属直杆内，可有效防止水下水草缠绕等问题；(2)利用PLC控制和处理技术，实现了多传感器集成化和智能化；(3)采用数据融合技术，将水温、测点深度等环境影响因素综合考虑，建立数学模型，从而使检测结果更加可靠、稳定和高精度。模拟量输入输出模块，将深度传感器、流速传感器、水温传感器和含沙量传感器集成在一起，完成多通道信息采集与处理工作；(4)本发明包含触摸屏显示系统和组态监控系统，监控软件和触摸屏直观地、实时地监控和管理整个检测过程；(5)本发明采用了电容式差压传感器、模拟量输入输出模块和数据融合技术，PLC控制和处理技术，组态监控技术，提高了含沙量检测的精度和可靠性。

[0012] 在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书或者附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

[0013] 图1是本发明的结构框图；

[0014] 图2是本发明信号采集系统的结构框图；

[0015] 图3是本发明含沙量传感器的结构示意图；

[0016] 图4本发明在线检测流程图；

[0017] 图5是组态监控系统的主监控画面；

[0018] 图6是触摸屏显示系统的主画面；

[0019] 图7是PLC和模拟量输入输出模块电路连接图。

具体实施方式

[0020] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

[0021] 如图1、图2、图3所示，本系统包括水样预处理系统，信号采集系统，控制处理系统(控制处理系统采用PLC处理系统，实现数据处理和系统监控功能)，触摸屏显示系统，数据传输系统和组态监控系统，各系统顺序相连。信号采集系统包括深度传感器，含沙量传感器，流速传感器，水温传感器和模拟量输入输出模块。含沙量传感器由两个电容式差压传感器3组成。深度传感器，含沙量传感器，流速传感器和水温传感器分别与模拟量输入输出模块相连，模拟量输入输出模块包含四模拟信号输入通道(电压或电流皆可)，使用者可经由配线选择电压输入或电流输入。深度传感器、温度传感器、流速传感器和电容式差压传感器3输入的都是4-20mA标准电流，其V+和I+端子串接。

[0022] 本发明采用模拟量输入输出模块，将深度传感器、流速传感器、水温传感器和含沙量传感器集成在一起，完成多通道信息采集与处理工作。处理后的数据通过总线传送给PLC处理系统，PLC处理系统把处理后的数据传送给触摸屏显示系统，触摸屏显示系统再经数据传输系统传送给组态监控系统，经触摸屏显示系统显示，或通过组态软件以仿真界面的形式直观地、实时地显示出自动监测系统运行的工作状态。

[0023] 如图3所示，含沙量传感器由两个电容式差压传感器3组成，两个电容式差压传感器3分别垂直嵌入到防水式金属直杆4内，其间距为300mm-500mm。两个电容式差压传感器3均位于液面以下，液体要完全覆盖两个电容式差压传感器3，并且最低液位要高于上面的电容式差压传感器3至少100mm，即防水式金属直杆4上的电容式差压传感器3与最低液面至少相差100mm。被测液体如果是流体，则在两个电容式差压传感器3之间的流速必须小于等于0.4m/s。防水式金属直杆4通过安装法兰2与变送器1联接，变送器1把电容式差压传感器3采集到的信号转换成模拟电信号。本发明也可不用变送器1，采用带有信号转换功能的电容式差压传感器3。

[0024] 图4为本发明在线检测流程图，系统在开始接通电源后，先进行初始化，含沙水体经水样预处理系统预处理，模拟量输入输出模块将深度传感器、流速传感器、水温传感器和含沙量传感器集成在一起，完成多通道信息采集与处理工作，对电容式差压传感器、深度度传感器、水流速度传感器和水温传感器采集的信息进行读取和处理，并且将结果通过485总线上传到PLC处理系统，通过组态监控软件以仿真界面的形式直观地、实时地显示出自动监测系统运行的工作状态，或者通过触摸屏直接显示检测的结果。

[0025] 模拟量输入输出模块，可实现多通道的数据采集，系统不仅能检测含沙量，而且还能同时检测探测点的深度、流速及水温，使检测功能增强。

[0026] 如图5所示，组态监控系统选用北京亚控公司kingview6.51组态软件进行设计。首先在组态王数据字典里定义I/O变量，使PLC里的内存单元与组态王的I/O变量相对应，从而使两者建立起通信联系。变量的变量类型是：I/O实数；读写属性都是：读写；采集频率：1ms；连接设备是：巨腾anco→delta。然后根据上述工作原理在组态王里作出工作画面、进行动画连接和数据管理。

[0027] 如图6所示，使用HITECH的触摸屏PWS6600来监控电机运转和编码器计数。PWS6600为标准型触摸屏，5.7寸16灰度单色，因此只能显示单色。本设计的画面分为两个画面即主画面和泥沙显示界面，它们的作用分别是控制PLC的开关和对其脉冲的监控。

[0028] 图7为PLC和模拟量输入输出模块电路连接图。本发明选用PLC作为控制器，实现了数据处理和系统监控功能。PLC具有使用方便、可靠性高、抗干扰能力强、性价比高等特点。PLC和模拟量输入输出模块相连。PLC的I/O输入端子X0、X1、X2分别作为系统开始、停止、手动等按钮。

[0029] PLC程序设计使用的软件为台达公司的WPLSOFT V2.08。在编写PLC程序时首先要明确软件流程，分配好输入和输出I/O地址，最后用梯形图语言编写程序。软件编程中要用到两个重要的指令：FROM和TO指令。FROM指令是将模拟量输入输出模块06XA某一通道寄存器的n个数据读入PLC基本单元，并存入指定的数据寄存器中。TO指令是PLC对特殊功能模块缓冲器BFM写入数据的指令，其中H492是选择四个模拟信号通道为4-20mA电流输入方式。

[0030] 本发明采用模拟量输入输出模块，将深度传感器、流速传感器、水温传感器和含沙量传感器集成在一起，完成多通道信息采集与处理工作。硬件平台以PLC为控制和处理核心，采集到的信号通过PLC处理系统处理后，在触摸屏直观显示检测结果，还可在组态监控软件实时显示。本发明使用直流电源，经过接线端子接外部电源，为传感器电路、PLC控制平台提供直流电源。本发明将电容式差压传感器的压差信号转变为数字化电信号，应用液体在不同含沙量时产生不同差压的原理来检测含沙量。本发明采用了电容式差压传感器、模拟量输入输出模块和数据融合技术，PLC控制和处理技术，组态监控技术，提高了含沙量检测的精度和可靠性。

[0031] 本发明采用电容式差压传感器进行泥沙含量检测，将多种环境因素进行数据融合考虑，从而实现高精确度含沙量测量。本发明不仅可适用于一般的河流泥沙检测领域，还可应用于黄河流域库区水质管理、河道清淤以及污水处理厂排泥管理等领域。