专利名称：锅炉光纤自控装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及到一种锅炉上使用的自动控制装置。
目前采用光纤传感、用于锅炉监控的仪器尚不多见，从已有专利文献上查到的有南京841研究所的“锅炉水位光纤远距离观测器”，其专利号为“89211064”以及“锅炉光纤传感微机控制仪”，其专利号为“91213861”等。前者仅为观测方便，后者采用微机控制锅炉进水、引风机及报警等，其不足之处是功能不全，制造成本高。
本实用新型的宗旨就是为了克服上述之不足，提供一种结构简单，控制齐全，安装方便，成本低廉，适用范围广的技术方案，能根据液位、压力的不同状况，实现自动或手动开炉、停炉、假水位计时及声光报警等功能，来确保锅炉的正常运转。
本实用新型采用的技术方案是由光纤传感器、电接点压力表、假位计时器、检测电路、声光报警电路、控制电路组成。能对运转中的锅炉内水位的高、低，压力的大、小，假水位计时随时进行检测并实施控制。(1)锅炉中的水位是通过双色水位计来检测的，并通过安装在其上的光纤传感器变为电信号；(2)锅炉中的压力大小是通过压力继电器变为电信号；(3)在锅炉运转时由假位计时器取出时钟信号；上述三种信号经检测电路进行处理后，并向执行机构发出指令来来控制锅炉内水位的高低，压力的大小，及假位计时的长短，保证锅炉的正常运行。一旦有异常现象发生，立即发出声光报警，并可自动仃炉。这点不仅对新锅炉，而且对超期服役的锅炉都十分适用。本技术方案还设置了自动和手动两种控制方式，这对调试、检修是十分方便的。本实用新型具有保护范围广、使用、安装方便，成本低廉等特点。
下面对附图作一简要说明
图1是本实用新型实施方案的方框图；图2是双色水位计及光纤传感器接收头示意图；图3是光纤传感器示意图；图4是水位检测、控制电路原理图；图5是顺序控制电路原理图；图6是驱动电路原理图；图7是控制电源电路图；图8是压力检测、控制电路原理图；图9是声音报警电电路原理图；
图10是电子表和假位计时电路原理图。
在
图1中A0是控制电源，A1是双色水位计，A2是光纤传感头，A3是检测电路，A4是控制电路，A5是显示电路，A6是声音报警电路，A7是压力控制电路，A8是压力表，A9是电子表，A10是假位计时电路，A11是锅炉驱动电路。
在图2中D1、D2、D3、D4、D5是五个光钎传感器，1是双色水位计，2是可调光纤吸收头固定架，3是光纤电缆保护软管。
在图3中4是聚光镜，5是可调聚焦镜头，6是光纤，7是光纤保护铜管，8是耐高温环氧树脂，9、11是固定螺丝，10是弹簧软管，12是光电耦合插头，13是耐高温环氧树脂，14是光电耦合插座，15是光敏三级管。
在图4～
图10中IC1～IC14、IC16均为555时基集成块，IC15为稳压集成块μA723、IC17为时钟集成块LM8569，IC21是LED显示电路CS545，IC18、IC19为分频电路集成块4541、4040，IC20为加计数器4518，KK1、KK2为拨码开关，JC是晶振，F1～F6是反向器，DT开头的是可控硅，LED开头的是发光二级管，J1～J14是继电器，其它为普通电子元件。
下面依照附图对本实用新型作详细说明图2为光纤传感器，是由双色水位计1，可调方向的光纤吸收头固定架2，D1～D5五个光纤传感器及将D1～D5五个光纤传感器合装在一起的光纤电缆保护软管3组成。光纤传感器可以绕固定架2为中心轴转动，也可以在固定架2上滑动，调整控制水位的高低时采用固定螺栓将光纤传感器定位，固定架2可以采用绞链结构。双色水位计1采用红、白两色或绿、白两色均可，只要使光敏三级管在这两色光中反应出的电阻数值具有较大的差异，至少相差数十倍以上即可，越大越好。为今后叙述方便起见，本实施例中以采用红、白两色水位计为例来进行说明，双色水位计的一边安置光源，一边安装光纤传感器接收头。这五个光纤传感器的分工是D1检测危低水位，D2检测低水位，D3检测高水位，D4检测危高水位，D5检测双色水位计的光源。传感器绕固定架转动，其目的在于便于维护，即当光纤传感器前方的聚焦镜头赃了时，可方便将其翻转擦净，并立即投入使用。光纤传感器即图2中的D1～D5均如图3所示。图3中的固定螺9是为了将光缆传感器固定在固定架3上，固定螺丝11则是将光缆固定光电耦合插头上。光电耦合插头中装有光敏三级15，由光敏三级管15将水位信号送往检测控制电路进行处理。
图3是光纤传感器结构示意图，光纤传感器是由聚光镜、可调聚焦镜头、光纤、光纤保护铜管、固定螺丝、弹簧软管(或称蛇皮管)、光电耦合插头、光电耦合插座组成；聚光镜装在可调聚焦镜头中，光纤穿过保护软管、弹簧软管、光电耦合插头，保护软管的一端套有可调聚焦镜头，另一端用螺丝固定在弹簧软管上，弹簧软管另一端装上光电耦合插头。
图4是水位检测自动控制电路原理图。其中IC1～IC10是555时基集成块，共组成E1～E5五个相似而又相互独立、相互联系的单元，对来自光纤的光信号进行处理。E1～E5所接收的信号分别与图2中的D1～D5相对应。现就其中第一单元E1的电路原理进行说明，该部份是检测危低水位，当水位升至水位计的观察窗危低位时，D1所接收的光源由白光转变为红光(注有水为红光，无水为白光)，红光经聚光镜聚焦后传到光纤中，光敏三级管BG31接收到红光后转为高阻，并与可调电阻W31组成的分压电路，使IC1的2脚电压大于1/3VDD，6脚电压大于2/3VDD，ICl的内部放电管导通，对地电容C311放电，6脚电压为0。IC1的3脚对IC2的2、6脚输出低电平，IC2翻转，3脚输出高电平，继电器J1吸合，LED31绿灯亮，在显示水位的同时，J1-2断开，切断报警电路电源。反之，水位下降到危低水位线以下时，D1的光源由红光变为白光，经光纤传感器送至BG31，使BG31呈低阻，其过程正好与上相反，J1断开，危低水位报警红灯LED32亮，常闭触点J1-2闭合，接通报警电路和电源，报警声响(见图9)，实现危低水位声、光报警。
同样原理，水位上升至低水位点时，D2接受的光信号由白光变为红光，BG32呈高阻，IC4的3脚输出高电平，绿灯LED33亮，显示已到低水位，J2吸合，水位继续上升至高水位点时，D3接收到红色光信号，BG33呈高阻，IC6的3脚输出高电平，指示绿灯LED4亮，显示已到高水位，水位上升到危高水位点时，D4接收到红色光信号，BG34为高阻，IC8的3脚输出高电平，危高水位报警红灯IED5与危高水位指示绿灯LED6同时亮，J3吸合，其常开触点J3-1闭合，接通报警器报警(见图9)。
不论水位上升或下降，E1～E4各单元将随锅炉水位变化而同步变化，各单元所控制的指示灯或继电器，也将按上述过程随水位的变化而变化。
单元E5为双色水位计光源检测电路。其原理与单元E1基本相同，不同之处是在IC9的3脚与IC10的2、6脚之间接有一带锁按钮K2，当K2接通并锁紧时，才能对锅炉实施自动控制。即当水位计有光源时，D1接收到白光。BG35呈低阻，IC9的3脚对IC10的2、6脚输出低电平，J4吸合，转换触点J4-1、J4-2动作，常开触点J4-3闭合，接通水泵接触器1C和开炉继电器ZJ的电源，实现自动抽水或自动开停炉。当光源消失时BG35为高阻，IC10的3脚输出高电平，J4断电，切断自动控制电源并接通控制台手动电源，实现手动控制(见驱动电路图6)。光源熄灭使危高位E4点无光，BG34呈高阻，与水位升至危高位状况基本相同，实现声光报警，其区别在于无光源指示灯LED38亮。当按扭K2断开时，J4断电，J4-1的常闭触点接通水泵接触器1C的手动控制回路，J4-2的常闭触点接通开炉继电器ZJ的电源回路，用手动操作抽停水或开停炉，这对安装、调试、检查控制仪动作和显示是否正常是很有用的。从上看到K2接通，即转入自动运行，K2断开则实现手动控制，开关K2实现了自动、手动转换功能。
图8是压力控制电路原理图。压力的显示与控制采用普通的磁感式电接点压力表，但需要加以改造才能使用，如YTXG型磁感式电接点压力表只具有两对可调压电接点，这时首先要将其改装成三对可调的电接点。即在高压电接点的后面加上一对磁感应式电接点，本实用新型称为超高压点，这样对锅炉压力测试与保护，尤其是对降低压力标准使用的超期服役的锅炉起到了积极的作用。图中的HK71为低压接点、HK72为高压接点、HK73超高压接点。当指针与HK71重合时，HK71的常闭触点断开了可控硅DT72、DT73的电源，继电器J11、J12不动作，J12-1闭合，接通J5电源回路，当J5通电时，便为开炉做好了准备(见图5)，此时J11的常闭触点J11-1闭合，接通了引风机的电源(见图6)，J11-2闭合为J5启动作准备。当指针与HK72重合时，HK71的常闭触点闭合，接通可控硅DT73的阳极电源，HK72的常开触点闭合、电源经R74触发可控制硅DT73，使其导通，J11吸合，常闭触点J11-1断开，则引风机停止运行，J11-2接通为引风机的启动作准备。如果压力继续上升至HK73点时，可控硅DT72被触发导通，J12吸合，其常闭触点J12-1断开，J5-1、J5-2切断ZJ和启动电路，ZJ-1切断鼓风机、炉排电源，实现紧急停炉。同时可控硅DT71也被触发导通，压力报警灯LED71亮，图4中的J3吸合，J3-1接通图9中的声音报警器报警。当气压下降，指针回落到HK72所指示的压力以下时，报警声光消失，但继电器J11、J12继续吸合，锅炉仍处于停炉状态，只有当气压回落到HK71指未的压力时，HK71的常闭触点断开，才能使可控硅DT72、DT73关断，J11、J12断开，常闭触点J11-1、J12-1闭合，接通J5，使2C、3C、4C电源接通，同时J11-2、J5-1断开，启动顺序启动电路，实现开炉。在其他状态正常时，本实用新型即转入自动控制状态，从而实现在规定的压力范围内运行。
为了进一步提高锅炉的安全运行，本实用新型还专门设计了一个以电子表为基础的假位计时定时电路，(见
图10)。其原理是反向器F1、电阻R95、晶振JC、C92、C93组成3.2768MHz的晶体振荡时基电路。该振荡信号经IC18分两路送出，一路至IC17(LM8569)，另一路到反向器F2、F3，经BG91、GB92控制LED(CS545)板显示，显示出小时、分钟和秒点。其中K6为小时调整，K7为分钟调整，此时为电子表电路。在电子表电路的基础上，由反向器F4、F5、F6、IC19(4040)、IC20(4518)、J14及拨码开关KK1、KK2及其外围电路等组成了假位计时报警显示电路。当K5接通时，通过IC17(LM8569)的10脚使时钟内存，LED(CS545)板显示报警时间(0-59分钟)，分频电路IC19(4040)的10脚从IC17(LM8569)的15脚取来秒信号，经60分频后，输出分钟信号，由其2脚输出，一路经F6送到IC17(LM8569)的分钟调整8脚调整制显示报警时间(0-59分钟)，另一路送到IC20(4518)计数，拨码开关KK1、KK2定时在某一时刻内(0-99分钟任意调整)，当定时时间到后，从拨码开关C脚输出高电平，使BG94、BG95饱合导通，此时继电器J14吸合，常开触点J14-1闭合，接通J3，报警电路报警，BG94导通，使IC20(4518)的2脚接地，IC20没有计数信号输入，从而维持BG95导通，J14继续吸合。如果IC19(4040)的11脚和IC20(4518)的7、15脚同时接高电平，则IC19和IC20同时清零，为低电平时IC19、IC20同时工作。假位计时就是利用这一特性，设计了一个由BG93、C94、R912等组成的电路，当抽水时，常开触点J6-2断开，BG93截止，IC19(4040)、IC20(4518)、数码管CS545同时清零。停水时，常开J6-2闭合，给BG93的基极加上高电平，BG93饱合导通，使IC19(4040)、IC20(4518)、CS545清零解除。IC19、IC20开始工作，CS545开始显示，即定时开始。在锅炉正常运行中，每上一次水的间隔时间大致相同，将定时时间假定在某一时间内，抽水时定时自动解除，停水时定时自动开始，当出现异常现象时，如双色水位计的水路实然堵塞，双色水位计的水位不下降，而锅炉中的实际水位却在逐渐减少，则双色水位计指示的水位与锅炉中的实际水位不相符，出现假水位，控制系统无法检测到锅炉缺水，就会发生锅炉中的水被烧干这一严重事故，而本实用新型设置的假位计时就能避免这样的事故发生，当这种现象出现时，本实用新型就能接通报警电路报警，提醒操作人员出现异常，避免锅炉因缺水烧干。当不用假水位报警时，只需将K5断开，该部份电路即停止工作，此时IC19、IC20的清零端均为高电平，数码显示板CS545显示出当日的时间。
图9是声音报警器电路原理图。从图中可以看出，J1-2是当水位低于危低水位时接通，J3-1是水位高于危低水位、压力达到超高压或假位计时时间到时接通，即锅炉运行中出现上述四种非正常情况时，报警器声响，此时按下K2，J13吸合，J13-1使其自保持，切断报警器电源，实现消音，而控制部分不受影响。当险情排除，运行转入正常时，J3-1，或J1-2断开，J13断电，为下次报警作好了准备。
现结合图4～
图10来看锅炉的控制与驱动原理图5中的开关K3断开时为强行停炉开关，K4断开时为强行上水开关，QK41为强行停水开关。K3、K4合上时为自动控制状态，在此状态下，当水位计中的水位上升到危低位时，传感器D1收到信号，引起继电器J1吸合，其常开触点J1-1闭合，接通可控硅D41的电源回路，为开炉作好准备。水位上升至低水位点时，传感器D2收到信号，引起继电器J2吸合，则常开J2-1闭合，在为停水作准备的同时，H2触发可控硅D41导通，继电器J5吸合，其常闭触点J5-1断开，接通顺序延时启动电路，其常开触点J5-2闭合，开炉继电器ZJ吸合，其常开触点ZJ-1闭合，为接通启动引风机、鼓风机、炉排的接触器线圈(即2C、3C、4C)的电源作好准备。当顺序启动信号8-1、J9-1、J10-1、依次到达时，则2C、3C、4C依次吸合并自保，引风机电机、鼓风机电机和炉排电机也按此顺序启动，锅炉正常运行。当水位计中的水位上升至高位时，传感器D3接收到信号，E3单元中的H3触发可控硅DT42，使其导通，J6吸合，其常闭触点J6-2断开，水泵控制接触器1C断电，停止向锅炉供水。特特殊情况下(包括强行抽水，如断开K4)，水位升至危高水位点时，传感器D4发出信号，E4单元中J3吸合，常开触点J3-1闭合，报警器Y报警，同时H4触发可控硅DT44，使其导通，J7吸合，常闭触点J7-1断开，接触器1C断电，水泵停止抽水。
由于水泵停止抽水，锅炉运行中水位逐步下降，当低于危高水位点时，传感器D4发出信号，BG34呈低阻，IC8的3脚输出低电平，J3断电，其常开触点J3-1断开，报警解除。H4点触发信号消失，DT44仍导通，J7继续吸合，水泵电机仍不工作；水位下降至高位C点时，BG33呈低阻，IC6的3脚输出低电平，H3点触发信号消失，DT42仍导通，J6继续吸合，水泵仍不工作，水位降至低位点时，传感器D2发出信号，IC4的3脚输出低电平，J2断电，其常开触点J2-1断开，DT42和DT44同时关断，J6、J7断电，常闭触点J6-2、J7-1闭合，1C吸合，水泵开始抽水，这样就能使水位始终保持在D2～D3之间。当需要强行停水时，只需按一下轻触按钮QK41，可控硅DT43导通，J6吸合，常闭触点J6-2断开，1C断电，水泵停止向锅炉供水，水位降至危低水位时，自行恢复自动控制。特殊情况下，水位降至危低水位点以下时，传感器D1中的光由红光变为白光，引单元中BG31呈低阻，IC2的3脚输出低电平、J1断电，其常开触点J1-1断开，可控硅DT41断电，J5、J6断电，其常闭触点J6-2闭合，水泵开始抽水，常开触点J5-2断开，ZJ断电，其常开触点ZJ-1断开，接触器1C、2C、3C断电，即引风机、鼓风机、炉排的电机均停止运行，实现紧急停炉。
图5中的顺序启动延时电路由集成块IC11～IC14及其周围元件组成四个单稳延时电路。R45、C41组成RC启动电路，R49、W41、W42、R410为定时电阻，C42～C45为定时电容，电阻R46与电容C46、电阻R47与电容C47、电阻R48与电容C48分別组成微分电路。当常闭触点J5-1断开时，IC11的2脚接高电平，迫使IC11的3脚由高电平变为低电平，该信号经C46、R46微分后产生的负脉冲触发IC12，使IC12置位，其3脚由低电平变为高电平，J8吸合，接触器2C吸合并自保，引风机启动，同时IC12内部放电管截止，经一段时间t1＝1.1×W41×C43后，电容C3充电电压≥2/3VDD时、IC12的暂稳态结束，其3脚又变为低电平，引风机启动完毕，同理J9、J10依次吸合，经t2＝1.1×W42×C44，t3＝1.1×R410×C45的时间后各自断开，启动各自控制的鼓风机、炉排运行。从上面看到，J5-1动儿一次，完成一次顺序延时启动程序，从而实现了自动启动功能。
以上各图中的继电器线圈均并有一续流三极管，用作保护电路。
图7是本实用新型的电源部分原理图，电路中的IC15为单电源稳压集成电路μA723，本电路采用IC15与R63、R64、W61、R66、BG61、BG62等外围元件组成自动调压保护电路，通过调整W61，使本电路的输出电压VDD稳定在+12V。C61、C62、C63、C610、C611、是为改善纹波系数设置的，二极管D62起保护作用，IC16是555时基集成块，当输出出现短路时，BG63截止，IC16与R68、R69、C69组成无稳态多谐振荡器，振荡频率f＝1.44×(R68＋2R69)×C69，选择适当元件值，使其频率约为0.7Hz，因此LED61出现闪烁现象，这时告知输出处于短路状态。平时BG63导通，IC16置位，LED61为亮无闪光。
图6是锅炉驱动电路，由图4、图5、图8、
图10中各继电器按设计要求驱动开炉所需的动力设备，保证锅炉的正常运行。
从上面看出，本实用新型具有保护全面，安装，使用，维护方便。适合于各种高、中、低压锅炉，尤其是对降低压力标准或超期服役的锅炉也可以放心使用，且具有成本低廉、易于推广的特点。
权利要求1.一种锅炉光纤自控装置，是由光纤传感器、电接点压力表、假位计时器、检测电路、声光报警电路、控制电路组成，其特征在于(1)可调方向的光纤吸收头固定架，D1～D5五个光纤传感器及将D1～D5五个光纤传感器合装在一起的光纤电缆保护软管组成，光纤传感器可以绕固定架为中心轴转动，也可以在固定架上滑动，调整控制水位的高低时采用固定螺栓将光纤传感器定位，固定架可以采用绞链结构，(2)光纤传感器是由聚光镜、可调聚焦镜头、光纤、光纤保护铜管、固定螺丝、弹簧软管、光电耦合插头、光电耦合插座组成；聚光镜装在可调聚焦镜头中，光纤穿过保护软管、弹簧软管、光电耦合插头，保护软管的一端套有可调聚焦镜头，另一端用螺丝固定在弹簧软管上，弹簧软管另一端装上光电耦合插头，(3)电接点压力表具有三对可调的电接点。
专利摘要一种锅炉光纤自控装置，由双色水位计A1、光纤传感器A2、检测电路A3、声光报警电路A6、电接点压力表A8、假水位计时电路A10、控制电路A4、A7和A11等组成。用光纤从水位计上采集水位信号，压力表检测压力，假水位控制时间由计时器取出，对锅炉水位，压力，假水位随时进行检测和控制，一旦异常，发出声光报警，使锅炉正常运行。有自动和手动控制，对调试、检修方便。具有保护范围广、使用、安装方便，成本低廉等特点。
文档编号F22B37/00GK2254504SQ9520941
公开日1997年5月21日 申请日期1995年4月21日 优先权日1995年4月21日
发明者魏寿仁 申请人:魏寿仁