曉明礦400 m³、800 m³水倉液位監測系統改造

孫彩宏 朱家斌 魏云鵬 萬鑫 劉瑜

摘要：曉明礦400 m3、800 m3水倉液位監測系統原采用的測量儀器是浮標式液位計，缺點是讀取難度大、無報警提示，作業人員需要定時到水倉前查看標尺，不僅增加了工作人員的工作量，還降低了效率。現采用液位變送器+液位光柱顯示儀+蜂鳴器組成一套液位監測系統，檢測液位數據，實施報警安全提示。作業人員在操作室內即可監控水倉液位，及時、準確、安全、充足地供水，從而有效地消除了工作疲勞，減少了人為失誤，提高了生產過程的實時性、安全性，避免了因水倉缺水或冒水造成的礦井生產事故及損失。

關鍵詞：液位;監測;報警提示

1 ? ?背景

曉明礦400 m3水倉負責向井下供水，800 m3水倉負責提供洗煤用水，對礦井生產起著至關重要的作用。只有及時準確監測水倉中的水位是低水位還是高水位，才能做到及時補水或排水，以保證礦井的正常生產和安全。

目前，曉明礦400 m3、800 m3水倉液位監測系統采用的傳感器是浮標式液位計。其由浮標和機械裝置組成，浮標的底面與液體表面相接觸[1]。液位上升時，浮標隨之上浮，與浮標軟連接的牽引索帶動重錘做向下移動，在標尺上讀取的水倉液位為高水位;液位下降時，浮標隨之下沉，與浮漂軟連接的牽引索帶動重錘做向上移動，在標尺上讀取的水倉液位為低水位。浮標式液位計的缺點是讀取難度大、無報警提示，作業人員需要定時前往水倉查看標尺，不僅增加了工作人員的工作量，還降低了工作效率。

2 ? ?液位監測系統改造方案實施

為解決上述問題，采用液位變送器+液位光柱顯示儀+蜂鳴器組成一套液位監測系統，檢測液位數據，實施報警安全提示，如圖1所示。

2.1 ? ?液位變送器

2.1.1 ? ?液位變送器的工作原理

基于所測液體靜壓與該液體高度成正比的原理[2]，液位變送器采用擴散硅或陶瓷敏感元件的壓阻效應，將靜壓轉成電信號，經過溫度補償和線性校正，轉換成DC4～20 mA標準電流信號輸出。

2.1.2 ? ?液位變送器的選型與應用

投入式液位變送器安裝方便，直接將探頭投入水倉中，即可測量出變送器末端到液面的液位高度，且適用于400 m3和800 m3水倉易腐蝕、易堵塞、易冷結等特殊條件，因此400 m3和800 m3水倉均選用投入式液位變送器。因400 m3和800 m3水倉均為5 m高，故選擇量程范圍為0～5 m，供電電壓為AC220 V。液位變送器探頭沉于水底，遠離水流速過快的位置。

2.2 ? ?液位光柱顯示儀

2.2.1 ? ?液位光柱顯示儀的工作原理

液位光柱顯示儀采用微處理器進行控制運算[3]，集數字儀表與模擬儀表于一體，可對液位測量信號進行數字量顯示控制及相對模擬量顯示，使測量值的顯示更為清晰直觀;具有水位高度、光柱模擬顯示、兼備聲光報警功能;用戶可按自己的需要調節上、下限液位值，當被測的液位到達上、下限值時，即能自動報警[4]。

2.2.2 ? ?液位光柱顯示儀的選型與應用

液位變送器與液位光柱顯示儀相連接，把通過其測量送來的液位用數字和光柱顯示出來。液位光柱顯示儀型號為LF-100，供電電壓為AC220 V。

根據400 m3、800 m3水倉的實際情況，設定報警液位值。400 m3水倉低液位報警為2.6 m，超低液位報警為2.4 m，上限液位報警為3.8 m，超上限液位報警為4 m。800 m3水倉低液位報警為3 m，超低液位報警為2.7 m，上限液位報警為3.8 m，超上限液位報警為4 m。

2.3 ? ?蜂鳴器

2.3.1 ? ?蜂鳴器的工作原理

蜂鳴器是一種一體化結構的電子訊響器，采用直流電壓供電，主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、發光二極管、外殼等組成。多諧振蕩器由晶體管或集成電路構成，當接通電源后（1.5～15 V直流工作電壓），多諧振蕩器起振，輸出1.5～2.5 kHz的音頻信號，阻抗匹配器推動壓電蜂鳴片發聲[5]。

2.3.2 ? ?蜂鳴器的選型與應用

蜂鳴器與液位光柱顯示儀上限、下限、上上限、下下限報警輸出相連接，型號為AD16-22SM，供電電壓為AC220 V。當水倉液位上升到設定水位線時，液位光柱顯示儀相應位置的紅燈亮起，蜂鳴器報警，提示工作人員關閉送水閥門;當水倉液位下降到設定水位線時，紅燈亮起，蜂鳴器報警，提示工作人員開啟送水閥門。液位沒有恢復前，對應的報警不會消失。

3 ? ?現場應用情況

該水倉液位監測系統應用期間，作業人員在操作室內即可監控水倉液位，及時、準確、安全、充足地供水，有效消除了工作疲勞，減少了人為失誤，提高了生產過程的實時性、安全性，避免了因水倉缺水或冒水造成的礦井生產事故及損失。

4 ? ?效益分析

自2019年11月份該水倉液位監測系統投入使用以來，400 m3和800 m3水倉未出現一次跑水或缺水事故。至2019年12月底，較去年同期相比節約清水10 458 m3，按每立方水3元計算，2個月以來共節約水費約3.14萬元。

Y=10 458×3=31 374 元

式中：Y為2個月節約水費的總金額（元）。

5 ? ?結語

綜上所述，400 m3、800 m3水倉液位監測系統升級改造，避免了員工頻繁就地觀測標尺導致的疲勞和失誤，提高了生產過程的實時性、安全性，減少了水倉因缺水或冒水造成的礦井生產事故及損失，提高了工作效率。

[參考文獻]

[1] 彭介華.電子技術課程設計指導[M].北京：高等教育出版社，1997.

[2] 張建華.數字電子技術[M].北京：機械工業出版社，2000.

[3] 常健生.檢測與轉換技術[M].北京：機械工業出版社，2003.

[4] 張毅剛.單片機原理及應用[M].北京：高等教育出版社，2003.

[5] 李全利.單片機原理及應用技術[M].3版.北京：高等教育出版社，2009.

收稿日期：2020-08-03

作者簡介：孫彩宏（1984—），女，遼寧調兵山人，工程師，曉明礦運轉隊技術員，研究方向：電氣自動化。