液位检测与监控系统的制作方法

本申请涉及检测设备领域，特别涉及一种液位检测与监控系统。

背景技术：

随着移动设备技术的进步，对可充电电池的需求不断增加。低容量的可充电电池可以用于移动电话、笔记本电脑和便捷式摄像机等，而大容量的可充电电池可用于电动汽车的电源等。

锂离子动力电池被广泛应用在电动汽车领域。现有锂离子动力电池制备时，锂电正、负极浆料转运过程中浆料液位检测系统主要有以下三种方式：

1)接触式电容射频、音叉液位感应器，通过检测反射波来判断液位。存在问题：中转罐内浆料为防止静止沉降，需要开启慢搅拌功能，搅拌桨带动浆料转动过程中浆料液面会出现波峰和波谷，此时通过反射波检测出来的液位偏差较大，容易传输错位信号给plc，plc根据错位的液体信号执行加料动作从而造成中转罐内浆料溢流，造成浆料浪费和品质事故。

2)接触式压力感应，通过液位变化所产生的压力变化来计算出对应的液位。存在问题：中转罐液位是通过接触式压力感应信号进行控制，当中转罐内充干燥压缩空气保护浆料或需要抽真空时都会造成压力异常从而导致液位显示异常。导致实际低液位时因压力异常显示为高液位，造成螺杆泵无料空转从而损坏，另一问题为当更换浆料配方或切换品种时，不同的浆料因密度不同导致其压力变化差异，需要重新校正压力传感器，给实际生产带来不便。

3)非接触式超声波、雷达液位传感器，检测反射波判断液位位置。存在问题：为防止浆料沉降，开启中转罐搅拌功能时浆料液位会出现交替性的起伏，超声波所检测到的液位实际并不是罐体内的真实液位值，同时，中转罐内部分浆料干涸附着在传感器上会影响传感器检测精度，不能及时发现传感器信号异常；液位感应出现故障，无法及时警报提示，导致中转罐内液位失控从而浆料溢流，造成浆料浪费和品质事故。

因此，有必要设计一种液位检测与监控系统来解决在实际生产中因中转罐液位检测失效而造成的误操作，避免因液位检测失效而造成的浆料溢流和生产安全事故，实现浆料在输送过程中的自动控制和系统防呆。

技术实现要素：

为解决实际生产中因液位检测失效而造成的浆料溢流和生产安全事故的技术问题，本申请公开了一种液位检测与监控系统，包括：第一检测装置，安装在盛放液体的容器内，运行时检测液面在所述容器内的实时高度，产生第一信号；第二检测装置，安装在所述容器内，运行时检测所述液面在所述容器内是否超过所述液面允许高度的限制高度，产生第二信号；控制装置，同所述第一检测装置和所述第二检测装置电连接；以及执行装置，同所述控制装置电连接，其中，所述液位检测与监控系统运行时，所述第一检测装置将所述第一信号传输至所述控制装置，所述第二检测装置将所述第二信号传输至所述控制装置，所述控制装置处理所述第一信号和所述第二信号并将处理结果传输至所述执行装置，所述执行装置根据所述处理结果执行目标动作。

在一些实施例中，所述第一检测装置是非接触式检测装置。

在一些实施例中，所述第一检测装置固定在所述容器的顶部。

在一些实施例中，所述第一信号包括所述液面同所述容器的顶部之间的距离。

在一些实施例中，所述第一检测装置包括超声波传感器，所述超声波传感器包括：超声波发射器，运行时发射超声波至所述液面；超声波接收器，运行时接收所述液面反射的所述超声波；以及超声波控制器，运行时将所述超声波转换为所述液面同所述容器的顶部之间的所述距离并将所述距离通过所述第一信号发送至所述控制装置。

在一些实施例中，所述第二检测装置为接触式检测装置。

在一些实施例中，所述第二检测装置包括：上物料开关，设置在所述液面允许高度的上限位，运行时检测所述液面是否超过所述液面允许高度的上限位；以及下物料开关，设置在所述液面允许高度的下限位，运行时检测所述液面是否超过所述液面允许高度的下限位。

在一些实施例中，所述上物料开关接触到所述液面时生成上限位开信号并将所述上限位开信号传输至所述控制装置，其中，所述第二信号包括所述上限位开信号；所述上物料开关同所述液面分离时生成上限位关信号并将所述上限位关信号传输至所述控制装置，其中，所述第二信号包括所述上限位关信号；所述下物料开关同所述液面分离时生成下限位开信号并将所述下限位开信号传输至所述控制装置，其中，所述第二信号包括所述下限位开信号；以及所述下物料开关接触到所述液面时生成下限位关信号并将所述下限位关信号传输至所述控制装置，其中，所述第二信号包括所述下限位关信号。

在一些实施例中，所述控制装置处理所述第一信号和所述第二信号并将处理结果传输至所述执行装置包括：所述控制装置接收到所述上限位开信号；以及所述控制装置输出停止加料指令。

在一些实施例中，所述控制装置处理所述第一信号和所述第二信号并将处理结果传输至所述执行装置包括：所述控制装置接收到所述下限位开信号；以及所述控制装置输出加料指令。

在一些实施例中，所述控制装置处理所述第一信号和所述第二信号并将处理结果传输至所述执行装置包括：所述控制装置确认所述第一信号同所述第二信号不同；所述控制装置输出报警指令。

综上，本申请提供一种液位检测与监控系统。所述液位检测与监控系统包括第一检测装置、第二检测装置、控制装置以及执行装置。第一检测装置可以实时监控中转罐内的液位状态，并将所述液位状态传输至控制装置。第二检测装置可以判定液位是否超过中转罐上下限液位并把信号输入至控制装置。控制装置同时结合第一检测装置产生的第一信号以及第二检测装置产生的第二信号来对液面的状态和系统的运行状态进行监控。同时，控制装置还可以根据处理结果发送指令至执行装置。执行装置根据所述指令对液面高度进行校正(加料或者停止加料)或者对系统异常状态进行报警。本申请所述液位检测与监控系统，可以有效地解决在实际生产中因中转罐液位检测失效而造成的误操作，避免因液位检测失效而造成的浆料溢流和生产安全事故，实现浆料在输送过程中的自动控制和系统防呆。

附图说明

图1示出了根据本申请实施例提供的一种液位检测与监控系统的工作原理框图；

图2示出了根据本申请实施例提供的一种第一检测装置的结构示意图；以及

图3示出了根据本申请实施例提供的一种控制装置的硬件结构示意图。

具体实施方式

以下描述提供了本实用新型的特定应用场景和要求，目的是使本领域技术人员能够制造和使用本实用新型中的内容。对于本领域技术人员来说，对所公开的实施例的各种局部修改是显而易见的，并且在不脱离本申请的精神和范围的情况下，可以将这里定义的一般原理应用于其他实施例和应用。因此，本申请不限于所示的实施例，而是与权利要求一致的最宽范围。

这里使用的术语仅用于描述特定示例实施例的目的，而不是限制性的。

考虑到以下描述，本申请的这些特征和其他特征、以及结构的相关元件的操作和功能、以及部件的组合和制造的经济性可以得到明显提高。参考附图，所有这些形成本申请的一部分。然而，应该清楚地理解，附图仅用于说明和描述的目的，并不旨在限制本申请的范围。

以下描述可以显著改进本申请的这些和其他特征，以及结构的相关元件的操作和功能，以及组件的组合和制造的经济效率。所有这些都参考附图形成本申请的一部分。然而，应该清楚地理解，附图仅用于说明和描述的目的，并不旨在限制本申请的范围。还应理解，附图未按比例绘制。

图1示出了根据本申请实施例提供的一种液位检测与监控系统100的工作原理框图。液位检测与监控系统100可以对容器内的液体高度进行检测。所述容器可以是密闭容器；所述容器也可以是具有开口的容器。为了便于说明，本申请下面的描述中以所述容器为锂电池生产中的中转罐600为例描述本实用新型。中转罐600内部安装有搅拌桨620。搅拌桨620不断的搅动中转罐600内的液体以防止所述液体干涸凝结。所述液体可以是锂电池生产中的正极浆料或者负极浆料。

具体地，液位检测与监控系统100可以包括第一检测装置200、第二检测装置300、控制装置400以及执行装置500。

第一检测装置200可以固定在中转罐600的顶部。第一检测装置200可以用于检测正极浆料或者负极浆料在中转罐600内的液面610的高度。所述高度可以由液面610到中转罐600底部的距离h1表示，所述高度也可以由液面610到中转罐600顶部的距离h2表示。为了便于说明，本申请下面的描述中，以液面610到中转罐600顶部的距离h2表示正极浆料或负极浆料在中转罐600内的液面高度。

第一检测装置200可以对液面610的高度h2进行实时检测。比如，第一检测装置200可以发射连续的脉冲信号对液面610的高度h2进行检测。每一个脉冲信号可以返回与其对应的高度h2的值，以此实现对高度h2的实时检测。第一检测装置200可以产生第一信号并将所述第一信号发送至控制装置400。所述第一信号可以包括液面610同中转罐600的顶部之间的距离h2。

第一检测装置200可以是非接触式检测装置。作为示例，第一检测装置200可以包括，但不限于，超声波传感器，雷达传感器，激光传感器，微波传感器，等等。为了便于说明，本申请下面的描述中以第一检测装置200为超声波传感器为例进行说明。图2示出了根据本申请实施例提供的一种第一检测装置200的结构示意图。第一检测装置200可以包括超声波发射器210、超声波接收器220、超声波控制器230以及电源240。

超声波发射器210可以将脉冲电信号转换为超声波并发射所述超声波至液面610。

超声波接收器220可以接收液面610反射的所述超声波。超声波接收器220还可以将接收到的所述超声波转换为电信号并将所述电信号发送至超声波控制器230。

超声波控制器230根据发送电信号同接收电信号之间的时间间隔计算得到距离h2。超声波控制器230还可以将所述距离h2以电信号的形式(即第一信号)输出并发送至控制装置400。此外，超声波控制器230还可以通过集成电路生成脉冲电信号并控制所述脉冲电信号的脉冲频率。

电源240可以为所述超声波传感器提供电力。

第二检测装置300用于检测液面610在中转罐600内是否超过液面610允许高度的限制高度，并产生第二信号。所述液面610允许高度的限制高度可以包括：实际生产中允许液面610达到的最大高度hmax和/或最小高度hmin。第二检测装置300将所述第二信号传输至控制装置400。

第二检测装置300可以是接触式检测装置。第二检测装置300可以通过判断是否接触到所述液体来生成不同的第二信号。作为示例，第二检测装置300可以包括，但不限于，音叉式物料开关，电容射频物料开关，电极式液位传感器，等等。

第二检测装置300可以包括上物料开关310和下物料开关320。

为了便于理解，本申请下面的描述中，有必要对″上信号″和″下信号″进行说明。在本申请的描述中，″上信号″表示由上物料开关310产生的信号；″下信号″表示由下物料开关320产生的信号。所述第二信号可以包括所述上信号和所述下信号。所述上信号可以是数字信号。比如，可以用0(表示″开)″和1(表示″关″)表示所述上信号的两种状态。同样，所述下信号也可以是数字信号。比如，可以用0(表示″开″)和1(表示″关″)表示所述下信号的两种状态。为了便于说明，在本申请下面的描述中，以″上限位开信号″表示状态为″开″的上信号；以″上限位关信号″表示状态为″关″的上信号；以″下限位开信号″表示状态为″开″的下信号；以″下限位关信号″表示状态为″关″的下信号。

上物料开关310可以设置在液面610允许高度的上限位。比如，上物料开关310可以固定安装在中转罐600内壁上部刻有″hmax″的位置。上物料开关310可以用于检测液面610是否高于hmax。

当液面610高于hmax或者同hmax相同时，上物料开关310可以接触到中转罐600内的液体。上物料开关310生成上限位开信号并将所述上限位开信号传输至控制装置400。

当液面610低于hmax时，上物料开关310没有接触到中转罐600内的液体(也就是上物料开关310同液面610分离)。上物料开关310生成上限位关信号并将所述上限位关信号传输至控制装置400。

下物料开关320可以设置在液面610允许高度的下限位。比如，下物料开关320可以固定安装在中转罐600内壁下部刻有″hmin″的位置。下物料开关320可以用于检测液面610是否低于hmin。

当液面610低于hmin或者同hmin相同时下物料开关320同液面610分离；此时下物料开关320可以生成下限位开信号并将所述下限位开信号传输至控制装置400。

当液面610高于hmin时，下物料开关320可以接触到中转罐600内的液体。下物料开关320可以生成下限位关信号并将所述下限位关信号传输至控制装置400。

综上，第一检测装置200将包含有距离h2的第一信号发送至控制装置400；上物料开关310将检测到的上信号发送至控制装置400；下物料开关320将检测到的下信号发送至控制装置400。

控制装置400可以对接收到的所述第一信号、所述上信号以及所述下信号进行处理，并根据处理结果发送指令给执行装置500。控制装置400可以包括，但不限于，plc控制器，pc控制器，等等。为了便于说明，本申请下面的描述中以控制装置400为plc控制器为例描述本申请。

图3示出了根据本申请实施例提供的一种控制装置400的硬件结构示意图。

控制装置400可以包括至少一个处理器410。处理器410用于执行计算机指令。所述计算机指令可以包括例如执行本文描述的特定功能的历程、程序、对象、组件、数据结构、过程、模块和功能。在一些实施例中，处理器410可以包括一个或多个硬件处理器。仅作为示例，所述硬件处理器可以包括中央处理单元(cpu)、专用集成电路(asic)、专用指令集处理器(asip)、图形处理单元(gpu)、物理处理单元(ppu)、数字信号处理器(dsp)、现场可编程门阵列(fpga)、可编程逻辑设备(pld)、控制器、微控制器单元、精简指令集计算机(risc)、微处理器等或其任何组合。

控制装置400还可以包括至少一个存储器420。存储器420同处理器410通信连接。存储器420可以是单个存储器或者处理器组。存储器420可以存储数据和/或指令。在一些实施例中，存储器420可以存储从第一检测装置200获得的数据，比如，第一检测装置200发送的包含有距离h2的第一信号。在一些实施例中，存储器420可以存储处理器410执行示例性方法的数据和/或指令。在一些实施例中，存储器420可以包括大容量存储器，可移动存储器，易失性读写存储器，只读存储器(rom)等或其任何组合。示例性大容量存储设备可以包括磁盘，光盘，固态驱动器等。示例性可移动存储设备可以包括闪存驱动器，软盘，光盘，存储卡，zip盘，磁带等。示例性易失性读写存储器可以包括随机存取存储器(ram)。

控制装置400还可以包括数据总线430，以便数据通信。

控制装置400还可以包括通信接口440。通信接口440可以同外接设备10连接。所述外接设备10可以包括，但不限于，编程器，写入器，人机界面，上位计算机，等等。用户可以通过所述外接设备10对所述计算机指令进行设置。

控制装置400还可以包括输入模块450和输出模块460。输入模块450用于接收所述第一信号和所述第二信号。输出模块460用于输出控制指令至执行装置500。比如，控制装置400可以通过输出模块460输出报警指令给蜂鸣器520。又如，控制装置400可以通过输出模块460输出加料指令或者停止加料指令给加料机构510。

控制装置400还可以包括电源模块470。电源模块470为控制装置400提供电力。

继续参考图1，执行装置500根据控制装置400发出的指令执行目标动作。所述目标动作可以包括加料、停止加料以及报警。执行装置500可以包括加料机构510和蜂鸣器520。

在一些实施例中，控制装置400处理所述第一信号和所述第二信号并将处理结果传输至执行装置500包括：

控制装置400接收到所述上限位开信号；

控制装置400输出停止加料指令。

当控制装置400接收到所述上限位开信号，表示：液面610达到或者超过了高度上限hmax。此时，控制装置400输出停止加料指令。加料机构510根据所述停止加料指令执行停止加料动作。因此，若此时第一检测装置200(超声波传感器)出现异常没有信号输入至控制装置400时，控制装置400仍然能够依据所述上限位开信号来确认液面610高度超过了限制高度hmax。减少了由于检测设备异常造成的浆料溢流。

在一些实施例中，控制装置400处理所述第一信号和所述第二信号并将处理结果传输至执行装置500包括：

控制装置400接收到所述下限位开信号；

控制装置400输出快速加料指令。

当控制装置400接收到所述下限位开信号，表示：液面610达到或者低于了高度下限hmin。此时，控制装置400输出加料指令。加料机构510根据所述加料指令执行加料动作。因此，若此时第一检测装置200(超声波传感器)出现异常没有信号输入至控制装置400时，控制装置400仍然能够依据所述下限位开信号来确认液面610高度低于了限制高度hmin。减少了由于检测设备异常造成的搅拌桨620空转。

在一些实施例中，控制装置400处理所述第一信号和所述第二信号并将处理结果传输至执行装置500包括：

确认所述第一信号同所述第二信号不同；

控制装置400输出报警指令。

当控制装置400接收到所述第一信号和所述第二信号，并确认所述第一信号和所述第二信号不同时，表明此时检测设备出现异常，则控制装置400输出报警指令。蜂鸣器520根据所述报警指令发出报警。

作为示例，若所述第一信号表示：液面≥hmax；但是，所述上信号状态为″关″，或者所述上物料开关310无任何信号输入或反馈；此时，所述第一信号和所述第二信号不同。表明此时上物料开关310异常；控制装置400发出报警指令以提示上物料开关310异常。蜂鸣器520根据所述报警指令发出报警。

作为示例，若所述第一信号表示：液面≤hmin；但是，所述下信号状态为″关″，或者所述下物料开关320无任何信号输入或反馈；此时，所述第一信号和所述第二信号不同。表明此时下物料开关320异常；控制装置400发出报警指令以提示下物料开关320异常。蜂鸣器520根据所述报警指令发出报警。

作为示例，若所述上信号状态为″开″或所述下信号状态为″开″；但是，所述第一信号无信号输入或者所述第一信号输入的信号表示：hmin＜液面＜hmax；此时，所述第一信号和所述第二信号不同。表明此时第一检测装置200异常；控制装置400发出报警指令以提示第一检测装置200异常。蜂鸣器520根据所述报警指令发出报警。

对应地，当控制装置400接收到所述第一信号和所述第二信号，并确认所述第一信号和所述第二信号相同时，表明此时系统正常运行。

作为示例，若所述第一信号表示：hmin＜液面＜hmax；并且，所述上信号状态为″关″；以及，所述下信号状态为″关″；也就是，此时，所述第一信号和所述第二信号相同。表明此时检测设备均正常。

作为示例，若所述第一信号表示：液面≥hmax；并且，所述上信号状态为″开″；也就是，此时，所述第一信号和所述第二信号相同。表明此时检测设备均正常。

作为示例，若所述第一信号表示：液面≤hmin；并且，所述下信号状态为″关″；也就是，此时，所述第一信号和所述第二信号相同。表明此时检测设备均正常。

综上所述，本申请提供一种液位检测与监控系统100。液位检测与监控系统100包括第一检测装置200、第二检测装置300、控制装置400以及执行装置500。第一检测装置200可以实时监控中转罐600内的液位状态，并将所述液位状态传输至控制装置400。第二检测装置300可以判定液位是否超过中转罐上下限液位并把信号输入至控制装置400。控制装置400同时结合第一检测装置200产生的第一信号以及第二检测装置300产生的第二信号来对液面的状态和系统的运行状态进行监控。同时，控制装置400还可以根据处理结果发送指令至执行装置500。执行装置500根据所述指令对液面高度进行校正(加料或者停止加料)或者对系统异常状态进行报警。本申请所述液位检测与监控系统，可以有效地解决在实际生产中因中转罐液位检测失效而造成的误操作，避免因液位检测失效而造成的浆料溢流和生产安全事故，实现浆料在输送过程中的自动控制和系统防呆。

在实际生产中，物料开关、超声波传感器等检测元件的可接受故障率为2％。生产中因浆料干涸凝结导致信号异常的可接受故障率为1％。本申请所述液位检测与监控系统同时结合第一信号和第二信号来对液面状态和系统运行状态进行监控，可以及时发现设备异常。只有在物料开关和超声波传感器同时异常时才会造成生产异常。本申请所述液位检测与监控系统把因设备故障造成的生产异常降低至0.04％。同时，当因浆料干涸凝结而导致超声波传感器异常时，本申请所述液位与监控系统可以对异常状态进行报警，避免了因浆料干涸导致的生产异常。在实际生产中，本申请所述液位检测与监控系统能够将由于超限位造成的生产异常从3％降低至0.04％，大大的减少了因生产过程中液位检测故障而造成的浆料溢流浪费、车间环境污染等，节省了原材料成本，降低了品质事故发生的概率。

综上所述，在阅读本详细公开内容之后，本领域技术人员可以明白，前述详细公开内容可以仅以示例的方式呈现，并且可以不是限制性的。尽管这里没有明确说明，本领域技术人员可以理解本申请意图囊括对实施例的各种合理改变，改进和修改。这些改变，改进和修改旨在由本申请提出，并且在本申请的示例性实施例的精神和范围内。

此外，本申请中的某些术语已被用于描述本申请的实施例。例如，“一个实施例”，“实施例”和/或“一些实施例”意味着结合该实施例描述的特定特征，结构或特性可以包括在本申请的至少一个实施例中。因此，可以强调并且应当理解，在本说明书的各个部分中对“实施例”或“一个实施例”或“替代实施例”的两个或更多个引用不一定都指代相同的实施例。此外，特定特征，结构或特性可以在本申请的一个或多个实施例中适当地组合。

应当理解，在本申请的实施例的前述描述中，为了帮助理解一个特征，出于简化本申请的目的，本申请有时将各种特征组合在单个实施例、附图或其描述中。或者，本申请又是将各种特征分散在多个本申请的实施例中。然而，这并不是说这些特征的组合是必须的，本领域技术人员在阅读本申请的时候完全有可能将其中一部分特征提取出来作为单独的实施例来理解。也就是说，本申请中的实施例也可以理解为多个次级实施例的整合。而每个次级实施例的内容在于少于单个前述公开实施例的所有特征的时候也是成立的。

在一些实施方案中，表达用于描述和要求保护本申请的某些实施方案的数量或性质的数字应理解为在某些情况下通过术语“约”，“近似”或“基本上”修饰。例如，除非另有说明，否则“约”，“近似”或“基本上”可表示其描述的值的±20％变化。因此，在一些实施方案中，书面描述和所附权利要求书中列出的数值参数是近似值，其可以根据特定实施方案试图获得的所需性质而变化。在一些实施方案中，数值参数应根据报告的有效数字的数量并通过应用普通的舍入技术来解释。尽管阐述本申请的一些实施方案列出了广泛范围的数值范围和参数是近似值，但具体实施例中都列出了尽可能精确的数值。

本文引用的每个专利，专利申请，专利申请的出版物和其他材料，例如文章，书籍，说明书，出版物，文件，物品等，可以通过引用结合于此。用于所有目的的全部内容，除了与其相关的任何起诉文件历史，可能与本文件不一致或相冲突的任何相同的，或者任何可能对权利要求的最宽范围具有限制性影响的任何相同的起诉文件历史。现在或以后与本文件相关联。举例来说，如果在与任何所包含的材料相关联的术语的描述、定义和/或使用与本文档相关的术语、描述、定义和/或之间存在任何不一致或冲突时，使用本文件中的术语为准。

最后，应理解，本文公开的申请的实施方案是对本申请的实施方案的原理的说明。其他修改后的实施例也在本申请的范围内。因此，本申请披露的实施例仅仅作为示例而非限制。本领域技术人员可以根据本申请中的实施例采取替代配置来实现本申请中的申请。因此，本申请的实施例不限于申请中被精确地描述过的那些实施例。