隔爆智能液位报警及控制装置的研制

王炎飚，李建波，李继宏，唐 华，张再生，但永军

（1.渤海石油装备制造有限公司石油机械厂，河北任丘062552；2.新疆油田公司，新疆克拉玛依，834000；3.西部钻探工程有限公司试油公司，新疆克拉玛依，834027） ①

隔爆智能液位报警及控制装置的研制

王炎飚1，李建波1，李继宏1，唐 华2，张再生3，但永军2

（1.渤海石油装备制造有限公司石油机械厂，河北任丘062552；2.新疆油田公司，新疆克拉玛依，834000；3.西部钻探工程有限公司试油公司，新疆克拉玛依，834027）①

研制了隔爆智能液位报警及控制装置。可为石油钻井、采油及炼化企业解决在爆炸性、有毒有害气体危险环境下的液面位置监测、报警及自动化控制问题，提高生产效率。

液位报警；控制装置，智能；隔爆

隔爆智能液位报警及控制装置是一种适用于可能含有爆炸性、可燃性、挥发性及有毒有害气体环境，对石油生产过程中的液面高度进行监测和控制的自动化装置，与单纯的液位计相比有很大的优越性。单纯的液位计只对液面做1个位置的监测，实际应用过程中还需要人员不断巡视，人员工作量比较大。一旦发生特殊情况需要应急处理问题时，不能在第1时间使所有相关设备投入工作状态，而智能液位报警及控制装置就可以很好地解决以上问题。

1 技术分析

通过传感器将液面位置传输给控制箱，控制箱内设定了上（下）限位置作为工作位置，当液面位置到达下限位置时，控制箱对所控制的泵电机或电磁阀等设备发出控制信号，使液面回升；当液面位置到达上限位置时，控制箱再次发出控制信号，使液面停止上升。

当液面到达上（下）限位置时，控制箱发出控制信号后，液面仍然继续上升（下降），到达控制箱内设定的上（下）限报警位置时，控制箱对声光报警器及无线信号发射器同时发出报警信号，使安装于传感器附近的声光报警器工作，同时无线信号发射器对值班房内监视台发出无线报警信号，使监视台发出声光报警信号通知值班员。

所有现场监测部件均采用隔爆型设计以满足爆炸性气体环境要求。液位传感器跟据液体黏度、酸碱度、密度及腐蚀性等特性配以不同传感器，以便准确反应液面高度信息。

采用宽电压范围自适应设计，可以在85～264 V、47～63Hz的供电电源下工作，保证控制回路正常稳定地工作，控制回路容量为5A或无源信号输出。

具备中继路由和终端设备功能；传输距离远，最大传输距离2 000m；抗干扰能力强，2.4GDSSS扩频技术；组网能力强，星型网、树型网、链型网、网状网；数据采集灵活，定时主动上报或上位机查询；发送模式灵活，广播发送或目标地址发送模式可选；输入信号为TTL电平收发接口和标准串口RS232数据接口。

2 电路设计

智能液位报警及控制装置的电路原理如图1。

图1 智能液位报警及控制装置电路原理

1） 液位传感器 选用舌簧液位传感器（以下简称传感器）。传感器主要由浮子和导管组成，浮子内装有永磁体，导管内有舌簧管、电阻元件和信号转换装置。浮子随液位升至指定高度时，回路的阻值不同，其输出的电流信号也不同。

2） 信号转换电路 为XGL型信号隔离转换器，可将液位传感器输出的电流信号转换为0～5V电压信号，以供信号发生装置提供信号。

3） 信号发生装置 采用低工作电压、低功耗、互补输出双比较器LT1017组成窗口比较器电路，对信号转换器传送来的信号进行处理［1］。将信号转换器传来的0～5V电压信号转换成为方波输出。接入SZ05无线信号发射器RX端，使无线信号发射器发出报警信号［2］。同时报警点的设定回路也在这一部分实现。它有2个阈值电压VTHH（高阈值电压）及VTHL（低阈值电压），与VTHH及VTHL比较的电压VA输入2个比较器。若VTHL≤VA≤VTHH，Vout输出高电平；若VA＜VTHL，VA＞VTHH，则Vout输出低电平，如图2所示。

图2 输出电平电路

4） 执行机构信号处理电路 采用同信号发生装置相同的芯片组成的比较器电路实现信号处理，发出控制信号推动小型继电器以达到控制大型执行机构的目的［3］。电路原理如图3。

图3 执行机构信号处理电路

5） 无线信号发射装置 采用SZ05系列嵌入式无线通讯模块实现。它集成了符合ZIGBEE协议标准的射频收发器和微处理器，具有通讯距离远、抗干扰能力强、组网灵活、性能可靠稳定等优点和特性；可实现点对点、一点对多点、多点对多点之间的设备间数据的透明传输；可组成星型、树型和蜂窝型网状网络结构。模块管脚及接线如图4。

图4 模块管脚及接线图

通过跳线短接的方式来控制中心接点、中继路由或终端节点的设置，进入CONFIG配置模式，跳线短接有效；中心节点或终端节点的跳线选择只能选其一，2个都悬空则为中继路由节点；CONFIG跳线短接进入配置状态，悬空则进入工作状态。

3 结语

设计了隔爆智能泥浆液位报警控制装置，可以完成对石油生产过程中液位的监控报警并能通过对泵或电磁阀等执行机构的控制自动完成液位调控。并且在自动控制系统不能对液位达到控制状态时，通过现场及无线信号传输报警信号给值班室。具有视距传输可达2 000m的远距离传输功能，抗干扰能力强，组网能力强的特点。该装置有良好的通用性和可靠性，经现场试用，反映良好。

［1］ 门 宏.快速学看电子电路图［M］.北京：人民邮电出版社，2011.

［2］ 吴丙申.卞祖富.模拟电路基础［M］.北京：北京理工大学出版社，2009.

1001－3482（2012）09－0088－02

TE937

B

2012－05－11

王炎飚（1959－），男，黑龙江依安人，工程师，主要从事石油机械方面的技术与管理工作。