本發(fā)明涉及鹽化工生產(chǎn)設(shè)備控制，具體公開了一種液堿生產(chǎn)用傳感信號(hào)變送系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在鹽化工行業(yè)中，液堿生產(chǎn)線作為重要的生產(chǎn)設(shè)備，其系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和精確性對(duì)于產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率至關(guān)重要。傳感信號(hào)的準(zhǔn)確傳輸和有效控制是保障液堿生產(chǎn)線正常運(yùn)行的關(guān)鍵因素。隨著工業(yè)自動(dòng)化的不斷發(fā)展，對(duì)液堿生產(chǎn)線的傳感和控制信號(hào)傳輸系統(tǒng)提出了更高的要求。然而，傳統(tǒng)的液堿生產(chǎn)線傳感和控制信號(hào)主要采用布線傳輸?shù)姆绞健＿@種方式需要在生產(chǎn)設(shè)備之間鋪設(shè)大量的信號(hào)及控制電纜，不僅增加了系統(tǒng)的建設(shè)成本和施工難度，而且在后期的維護(hù)和升級(jí)過程中也面臨著諸多不便。如當(dāng)生產(chǎn)設(shè)備的位置發(fā)生變化或者需要增加新的設(shè)備時(shí)，重新布線將耗費(fèi)大量的時(shí)間和人力成本。此外，布線傳輸還容易受到環(huán)境因素的影響，形成電纜的老化、損壞等現(xiàn)象，可能導(dǎo)致信號(hào)傳輸?shù)牟环€(wěn)定甚至中斷，從而影響生產(chǎn)線的正常運(yùn)行。

2、現(xiàn)有的載波通信技術(shù)在液堿生產(chǎn)線中的應(yīng)用也存在一些不足之處。因現(xiàn)有的載波通信對(duì)頻率、頻段和帶寬要求較高，這使得系統(tǒng)的技術(shù)難度和造價(jià)增加，同時(shí)存在技術(shù)指標(biāo)冗余的問題。在實(shí)際應(yīng)用中，由于液堿生產(chǎn)線的復(fù)雜電磁環(huán)境，高頻、寬頻段的載波通信更容易受到外界的干擾，導(dǎo)致信號(hào)傳輸?shù)目煽啃越档?。此外，高要求的頻率、頻段和帶寬也限制了載波通信技術(shù)在液堿生產(chǎn)線中的廣泛應(yīng)用，無法滿足不同生產(chǎn)場(chǎng)景的需求。

3、目前，針對(duì)液堿生產(chǎn)線傳感和控制信號(hào)傳輸?shù)南嚓P(guān)技術(shù)研究相對(duì)較少，尚未形成一套成熟、高效且低成本的傳輸和控制系統(tǒng)?，F(xiàn)有的傳輸和控制方式無法滿足對(duì)液堿生產(chǎn)線進(jìn)行精細(xì)化、智能化控制的需求，難以在保障信號(hào)穩(wěn)定傳輸和設(shè)備正常運(yùn)行的同時(shí)，降低系統(tǒng)的技術(shù)難度和造價(jià)。因此，開發(fā)一種新型的一種液堿生產(chǎn)用傳感信號(hào)變送系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明公開了一種液堿生產(chǎn)用傳感信號(hào)變送系統(tǒng)，旨在解決現(xiàn)有液堿生產(chǎn)線傳感和控制信號(hào)傳輸存在的布線復(fù)雜、載波通信要求高的問題。

2、本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：一種液堿生產(chǎn)用傳感信號(hào)變送系統(tǒng)，包括以下步驟：

3、s100：對(duì)生產(chǎn)設(shè)備端的傳感信號(hào)進(jìn)行采集處理；

4、s200：采用電感耦合的方式，將生產(chǎn)設(shè)備端傳感信號(hào)與低壓電網(wǎng)的電力線進(jìn)行耦合，并進(jìn)行高頻低頻段窄帶傳輸；

5、s300：在中央控制端，采用電容耦合的方式獲取高頻傳感信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行處理；

6、s400：將傳感信號(hào)輸入?pc?機(jī)，結(jié)合生產(chǎn)工藝軟件生成各類控制信號(hào)；

7、s500：將中央控制端控制信號(hào)進(jìn)行處理并采用電感耦合的方式與低壓電網(wǎng)的電力線進(jìn)行耦合傳輸；

8、s600：在生產(chǎn)設(shè)備端，采用電容耦合的方式獲得高頻傳感信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行處理；

9、s700：對(duì)中央控制端發(fā)出的控制指令通過上述處理后，在生產(chǎn)設(shè)備端有序?qū)嵤﹫?zhí)行。

10、進(jìn)一步地，s100?中，對(duì)生產(chǎn)設(shè)備端的傳感信號(hào)進(jìn)行采集處理的方法如下：

11、s110：按照生產(chǎn)工藝要求，針對(duì)槽罐類容器、管路以及配套電器等需測(cè)量動(dòng)態(tài)物理量變化的位置，按照原材料屬性相同或相近、工藝相同或相近、工序相同或相近，以及安全指標(biāo)相同或相近的原則，設(shè)置必要的，含壓力、溫度、容量、質(zhì)量、流速、比重、轉(zhuǎn)速、電壓及電流傳感器；

12、s120:?將上述傳感信號(hào)通過帶雙層屏蔽的多芯信號(hào)電纜連接至生產(chǎn)設(shè)備端信號(hào)變送設(shè)備箱中的傳感信號(hào)處理模塊，進(jìn)行對(duì)應(yīng)的運(yùn)算放大或衰減；

13、s130:?將經(jīng)過運(yùn)算放大或衰減的傳感信號(hào)進(jìn)行編碼；其中，對(duì)于采用輸出為模擬電信號(hào)的普通傳感器，需要對(duì)經(jīng)過運(yùn)算放大或衰減的傳感信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，采用輸出為數(shù)字傳感信號(hào)的數(shù)字傳感器或智能傳感器，可不通過模數(shù)轉(zhuǎn)換直接編碼；

14、s140：將編碼的傳感信號(hào)與變頻模塊生成的頻率為?200khz?載波的頻帶帶寬為2khz?的本振信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，生成高頻低頻段窄帶傳感信號(hào)；

15、s150：將生成的高頻低頻段窄帶傳感信號(hào)經(jīng)過高頻放大后，通過高頻耦合電感線圈與電網(wǎng)的兩相電力線進(jìn)行耦合傳輸。

16、進(jìn)一步地，s150中，所將生成的高頻低頻段窄帶傳感信號(hào)經(jīng)過?1～2?級(jí)高頻放大后，通過高頻耦合電感線圈與電網(wǎng)的兩相電力線進(jìn)行耦合傳輸，具體包括的內(nèi)容如下：

17、s210:?在電力變壓器的次級(jí)前端，設(shè)置?3?個(gè)高頻電抗器，其相關(guān)計(jì)算方法如下：

18、s211:根據(jù)電抗器的使用特性計(jì)算電抗器的磁芯規(guī)格，計(jì)算公式如下：

19、?其中，磁芯有效截面積（單位：cm2），表示磁芯有效磁路長(zhǎng)度（單位：cm），l表示目標(biāo)電感量（單位：h），表示工頻峰值電流（單位：a），表示磁芯飽和磁通密度（單位：t），表示真空磁導(dǎo)率（單位：h/m），表示磁芯材料相對(duì)磁導(dǎo)率（單位：h/m），表示工頻有效電流（單位：a）；

20、s212：計(jì)算高頻電抗器線圈的匝數(shù)，計(jì)算公式如下：

21、

22、其中，表示高頻電抗器線圈的匝數(shù)，表示磁芯有效磁路長(zhǎng)度（單位：m），l表示目標(biāo)電感量（單位：h），表示真空磁導(dǎo)率（單位：h/m），表示磁芯材料相對(duì)磁導(dǎo)率（單位：h/m），磁芯有效截面積（單位：cm2）；

23、s213：通過電力線基礎(chǔ)電流容量計(jì)算電抗器的線徑，計(jì)算公式如下：

24、

25、?其中，代表線徑（單位：mm），表示導(dǎo)線有效值電流(單位：a)，表示電流密度?(通常取3～5?a/?mm,高頻可降至2～3?a/?mm2；

26、s214:為滿足電抗器的電流容量和高頻趨膚效應(yīng)的雙重約束，高頻下導(dǎo)線有效直徑應(yīng)小于?2倍趨膚深度，計(jì)算公式如下：

27、

28、其中，表示趨膚深度（單位：mm），表示導(dǎo)線電阻率(單位：ω.m)，表示工作頻率(單位：hz)，表示導(dǎo)線磁導(dǎo)率(單位：?h/m)，實(shí)際設(shè)計(jì)使用中一般要求線徑：，若計(jì)算結(jié)果超出此值，采用多股利茲線(litz?wire)降低交流電阻。

29、s220:在生產(chǎn)設(shè)備端信號(hào)變送設(shè)備箱的輸入電壓為380v相-相電壓的開關(guān)電源模塊的兩個(gè)輸入端，設(shè)兩個(gè)由4個(gè)c形半圓磁環(huán)兩兩對(duì)接閉合組成的圓形耦合磁環(huán)，其上設(shè)有初級(jí)線圈和以電源線組成的次級(jí)線圈，具體內(nèi)容如下：

30、s221：對(duì)生產(chǎn)設(shè)備端的傳感信號(hào)變送設(shè)備直流供電電源采用輸入電壓為相-相電壓為380v的開關(guān)電源模塊供電；

31、s222:計(jì)算線圈的高頻阻抗匹配數(shù)據(jù)，使其滿足系統(tǒng)的高頻低頻段特性，計(jì)算公式如下：

32、

33、其中，表示高頻線圈電感量（單位：h），高頻載波電路特性阻抗（單位：ω），表示高頻載波頻率(單位：hz)，

34、s223:通過對(duì)電路的技術(shù)參數(shù)要求、結(jié)合經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)查詢計(jì)算，得到磁芯的技術(shù)參數(shù)，計(jì)算公式如下：

35、

36、其中，磁芯有效截面積（單位：m2，常用?cm2），表示磁芯有效磁路長(zhǎng)度（單位：m），l表示目標(biāo)電感量（單位：h），表示工頻峰值電流（單位：a），表示磁芯飽和磁通密度（單位：t），表示真空磁導(dǎo)率（單位：h/m），表示磁芯材料相對(duì)磁導(dǎo)率（單位：h/m），式中的，表示工頻有效電流（單位：a）；

37、s224:通過信號(hào)輸入的高頻側(cè)電流有效值和電流密度計(jì)算高頻耦合電感線圈初級(jí)的線徑，計(jì)算公式如下：

38、

39、其中，代表初級(jí)高頻側(cè)線徑，代表高頻電流有效值（單位：a），代表高頻電流密度（單位：mm2），

40、s225:通過信號(hào)耦合輸出側(cè)即電網(wǎng)的電力線側(cè)的低頻電流有效值和電流密度計(jì)算低頻耦合電感線圈次級(jí)的線徑，計(jì)算公式如下：

41、

42、其中，代表次級(jí)低頻端線徑，代表低頻電流有效值（單位：a），代表低頻電流密度（單位：mm2，一般取?3～5a/mm2）；

43、s226:計(jì)算耦合線圈的電感量，用以計(jì)算耦合線圈的匝數(shù)，計(jì)算公式如下：

44、

45、其中，代表低頻線圈電感量（單位：h），代表低頻電壓（v）代表低頻載波頻率（單位：hz），?代表低頻電流有效值（單位：a）；

46、

47、其中，代表高頻線圈電感量（單位：h），代表高頻電壓（v）代表高頻載波頻率（單位：hz），?代表高頻電流有效值（單位：a）；

48、s227:計(jì)算高頻線圈的匝數(shù)，使其滿足信號(hào)傳輸時(shí)的技術(shù)要求，計(jì)算公式如下：

49、

50、其中，表示電感線圈的匝數(shù)，代表磁路有效長(zhǎng)度（單位：m），l?代表設(shè)計(jì)目標(biāo)電感值（單位：h），μ0?代表真空磁導(dǎo)率（單位：h/m，一般銅取h/m），相對(duì)磁導(dǎo)率(單位：h/m)，代表磁芯有效截面積（單位：mm2）；

51、s228：將編碼后的傳感信號(hào)進(jìn)行匯集，與生產(chǎn)設(shè)備端信號(hào)變送設(shè)備箱內(nèi)的生產(chǎn)設(shè)備端信號(hào)處理模塊組產(chǎn)生的頻率為200khz，帶寬為2khz的高頻信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，生成高頻傳感信號(hào)，經(jīng)過1～2級(jí)高頻放大后，通過高頻耦合電感線圈與開關(guān)電源模塊的兩個(gè)輸入端進(jìn)行串聯(lián)同相耦合傳輸。

52、進(jìn)一步地，所述s300中，所述在中央控制端，采用電容耦合的方式獲取高頻載波信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行處理，包括以下內(nèi)容：

53、s310:中央控制端的傳感信號(hào)變送設(shè)備直流供電電源采用輸入電壓為相-相電壓為380v的開關(guān)電源模塊供電；

54、s320:在兩個(gè)開關(guān)電源模塊的輸入端，各接入一個(gè)高頻耦合電容器，其容量的計(jì)算方法如下：

55、s321:計(jì)算高頻耦合電容的耐壓值，首先計(jì)算其工頻電壓的峰值計(jì)算公式如下：

56、

57、其中，代表峰值電壓（單位：v）代表工頻電壓值（單位：v）；

58、s322：通過理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)，此處選擇x2?型薄膜電容，適用于跨線干擾抑制，耐壓等級(jí)?2.5kv～4kv。陶瓷電容因其高頻特性好，但因其耐壓較低，需串聯(lián)使用。

59、s323:計(jì)算高頻耦合電容的容量，其容量的計(jì)算公式如下：

60、

61、其中，代表耦合電容的容量（單位：nf），代表載波頻率（單位：hz），代表電容阻抗（單位：ω），實(shí)際使用中應(yīng)滿足：?其中為電力線特性阻抗，通常為?50ω～600ω。

62、進(jìn)一步地，所述s400中，所述將高頻載波信號(hào)輸入pc機(jī)，結(jié)合生產(chǎn)工藝計(jì)算機(jī)軟件運(yùn)算生成各類控制信號(hào)，包括以下內(nèi)容：

63、s410:對(duì)通過電容耦合取得的高頻傳感信號(hào)進(jìn)行解碼，得到與不同的傳感器對(duì)應(yīng)的、含有不同傳感信息的高頻傳感信號(hào)；

64、s420：將含有不同傳感信息的高頻傳感信號(hào)輸入到對(duì)應(yīng)的信號(hào)處理模塊，通過運(yùn)算放大器放大及光耦合隔離送入中央控制室的pc機(jī)；

65、s430:中央控制室的pc機(jī)通過軟件對(duì)輸入的各類傳感信號(hào)進(jìn)行分析判斷，并根據(jù)軟件的工藝和時(shí)序要求，運(yùn)算生成各類控制信號(hào)。

66、進(jìn)一步地，所述s500中，所述

67、將中央控制端控制信號(hào)進(jìn)行處理并采用電感耦合的方式與低壓電網(wǎng)的電力線進(jìn)行耦合和傳輸，包括以下內(nèi)容：

68、s510:將生成的控制信號(hào)通過運(yùn)算放大器放大的控制信號(hào)進(jìn)行編碼；

69、s520:將編碼后的控制信號(hào)與將中央控制端信號(hào)變送設(shè)備箱內(nèi)的中央控制端信號(hào)處理模塊組產(chǎn)生的頻率為200khz，帶寬為2khz的高頻信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，生成高頻控制信號(hào)，經(jīng)過1～2級(jí)高頻放大后，通過高頻耦合電感線圈與信號(hào)變送設(shè)備供電的開關(guān)電源模塊兩個(gè)輸入端進(jìn)行串聯(lián)同相耦合傳輸；

70、s530:以上步驟高頻耦合電感線圈的設(shè)計(jì)、計(jì)算與制作方法與s220所述相同。

71、進(jìn)一步地，所述s600中，所述在生產(chǎn)設(shè)備端，采用電容耦合的方式獲得高頻傳感信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行處理；

72、s610:在生產(chǎn)設(shè)備端的信號(hào)變送設(shè)備箱內(nèi)開關(guān)電源模塊的兩個(gè)輸入端各接入一個(gè)高頻耦合電容器，用于獲得高頻控制信號(hào),其容量的計(jì)算方法與s320所述步驟相同；

73、s620:對(duì)通過電容耦合取得的高頻控制信號(hào)進(jìn)行解碼得到各種對(duì)應(yīng)的傳感信號(hào)，并結(jié)合生產(chǎn)工藝計(jì)算機(jī)軟件的工藝要求和時(shí)序，運(yùn)算生成各類控制信號(hào)；

74、s630:將上述控制信號(hào)進(jìn)行處理，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行，以滿足生產(chǎn)線工藝流程的需要，具體過程如下：

75、s631:通過光耦合器將高頻信號(hào)輸入ssr進(jìn)行信號(hào)隔離；

76、s632:將高頻脈沖信號(hào)進(jìn)行推動(dòng)放大，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生控制動(dòng)作。

77、進(jìn)一步地，所述s400中，所述生產(chǎn)工藝計(jì)算機(jī)軟件為嵌入式計(jì)算機(jī)軟件“離子膜電解法液態(tài)燒堿生產(chǎn)工藝控制系統(tǒng)v1.0”，軟件嵌入集成了數(shù)據(jù)采集、控制算法、人機(jī)交互、通信、故障診斷和安全保障六大模塊，本軟件存儲(chǔ)于硬件介質(zhì)中并預(yù)裝在pc機(jī)上，被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)線的工藝流程的控制。

78、有益效果

79、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：

80、1、本發(fā)明運(yùn)用低壓電網(wǎng)高頻低頻段窄帶通信技術(shù)，克服了傳統(tǒng)液堿生產(chǎn)線傳感和控制信號(hào)布線傳輸?shù)娜秉c(diǎn)，無需鋪設(shè)大量電纜，降低了系統(tǒng)的建設(shè)成本和施工難度，同時(shí)也減少了后期維護(hù)和升級(jí)的工作量。

81、2、本發(fā)明解決了現(xiàn)有載波通信對(duì)頻率、頻段和帶寬要求較高的問題，在完全滿足傳感、控制信號(hào)穩(wěn)定傳輸和設(shè)備正常運(yùn)行的基礎(chǔ)上，充分利用了傳感和控制信號(hào)通信對(duì)頻率、頻段和帶寬的要求遠(yuǎn)低于語音、圖像傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，減少了系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)的干擾，降低了系統(tǒng)的技術(shù)難度和造價(jià)。

82、3、本發(fā)明通過對(duì)生產(chǎn)設(shè)備端傳感信號(hào)的采集、處理、耦合傳輸以及中央控制端的信號(hào)接收、處理和計(jì)算機(jī)嵌入式軟件控制下的信號(hào)生成、傳輸、執(zhí)行等一系列操作，實(shí)現(xiàn)了對(duì)液堿生產(chǎn)線的精細(xì)化、智能化控制，有效解決了現(xiàn)有生產(chǎn)線技術(shù)升級(jí)改造和新建產(chǎn)線的傳感及控制信號(hào)傳輸?shù)募夹g(shù)問題，有助于提高液堿生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，推動(dòng)鹽化工行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。