CN101699070A - 一种离心式水泵智能真空充水检测装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明披露了一种离心式水泵智能真空充水检测装置及其方法。该方法包括如下步骤：接收外部注引水启动信号后，由压力传感器获得水泵腔内的压力信号；对上述压力信号进行信号处理，并进行检测；对检测结果进行分类，并根据分类进行输出。本发明解决了水泵启动前注引水的判断问题，较好的实现了水泵无人值守的智能启动；同时，还具有注引水不成功进行报警的功能，更加人性化。

Description

一种离心式水泵智能真空充水检测装置及其方法
技术领域
本发明涉及一种检测装置及其方法，尤其是一种离心式水泵智能真空充水检测装置及其方法。
背景技术
许多工矿企业均设有供排水系统。例如，在煤炭生产企业设有多台中央排水泵，用于排出开采煤炭过程中的井下涌水；在城市自来水厂也设有大型供水泵向生活供水管网供水等。这类泵均采用离心式水泵，在启动水泵前必须先将泵体腔内的空气排出，也即加注引水装置。
现有技术中，一般采用水循环式真空泵抽真空方式实现注引水。在煤矿除了采用真空泵以外，还采用另外一种方式也即射流器抽真空。这两种方式的目的：在水泵腔体内形成负压，利用大气压将水仓(水池)水压入吸水管和泵体内。等到水泵腔体内全部灌满水，才可启动水泵电机，否则会因为抽真空不彻底造成气蚀或水泵无水空转，水泵会很快损坏。
人工开启水泵虽然可以根据经验通过观察泵体上面的放气阀或真空表等来判断抽真空是否灌满水。但是，随着自动化系统的普及或要求，启动水泵时需要自动完成水泵的抽真空等工作。如何准确的判断真空达到启泵要求，是自动化检测中成败的关键点。
常规的应用为根据设定的水仓水位，有了启动水泵的设置水位值，如图1所示，当实际水位达到设定水位时，水泵泵体上顶部距离液面高度即可计算出为H，假设水泵的各位置均密封很好，吸水口等也无任何阻力，则当抽真空负压值到达H高水柱值时即注引水完成，可以启动水泵。
但是，这种判断处理方式，一般均是不成功的。实际情况为：达到此真空度值时，还没有灌满引水，甚至泵体内一点水也没有。究其原因为：泵体的密封受多种因素的影响，如水泵轴承的密封状况、抽真空管路接头的密封、吸水口的阻力等。
有的为了克服上述问题，采用定时长抽真空措施，在一定程度上能避免没有注满引水启动水泵问题。但是，在水泵密封变差时，还会有上述误启动的问题，同时，其启泵时间较长。
因此，需要一种新的离心式水泵智能真空充水检测装置及其方法以更好的解决离心式水泵的无人值守的智能启动问题。
发明内容
有鉴于此，本发明致力于更好的解决离心式水泵的无人值守的智能启动问题，提出了一种离心式水泵智能真空充水检测装置及其方法。
根据本发明第一方面，提供了一种离心式水泵智能真空充水检测装置。该装置包括压力传感器、信号处理装置、单片机、液晶显示装置、报警装置、按键输入装置、控制输入装置以及注引水状态输出装置；
其中，控制输入装置，通过接收外部注引水启动信号，完成对真空充水检测装置的启动；
真空充水检测装置启动后，压力传感器获得水泵腔内的压力信号，并经过信号处理装置对压力信号进行处理，送入单片机进行检测；
单片机对检测的结果进行分类，分别传送给报警装置和注引水状态输出装置；
液晶显示装置同步显示压力信号以及检测的结果；
按键输入装置设置有工作模式、数据加、数据减的按键。
上述单片机对压力信号进行检测包括如下处理过程：
设置压力峰值的差值阈值和两个常数阈值；
单片机依据压力传感器的采样频率确定压力信号在每个采样周期内的压力峰值；
确定前后采样周期内的压力峰值的绝对差值不小于差值阈值的次数是否不小于第一常数阈值。
上述检测结果的分类及传送具体为：
前后采样周期内的压力峰值的绝对差值不小于差值阈值的次数不小于第一常数阈值时，为注引水成功信号，并把该信号传送给注引水状态输出装置；
前后采样周期内的压力峰值的绝对差值与差值阈值进行比较的次数不小于第二常数阈值时，为注引水不成功信号，并把该信号传送给报警装置。
根据本发明第二方面，提供了一种离心式水泵智能真空充水检测方法。该方法包括如下步骤：
接收外部注引水启动信号后，由压力传感器获得水泵腔内的压力信号；
对上述压力信号进行信号处理，并进行检测；
对检测结果进行分类，并根据分类进行输出。
上述对经过信号处理后的压力信号进行检测包括如下处理过程：
设置压力峰值的差值阈值和两个常数阈值；
单片机依据压力传感器的采样频率确定压力信号在每个采样周期内的压力峰值；
确定前后采样周期内的压力峰值的绝对差值不小于差值阈值的次数是否不小于第一常数阈值。
上述检测结果的分类及输出具体为：
前后采样周期内的压力峰值的绝对差值不小于差值阈值的次数不小于第一常数阈值时，为注引水成功信号，作为水泵启动信号输出；
前后采样周期内的压力峰值的绝对差值与差值阈值进行比较的次数不小于第二常数阈值时，为注引水不成功信号，进行报警提示。
本发明的有益效果是：
本发明提供了一种离心式水泵智能真空充水检测装置及其方法，解决了水泵启动前注引水的判断问题，较好的实现了水泵无人值守的智能启动；同时，还具有注引水不成功进行报警的功能，更加人性化。
附图说明
下面将参照附图对本发明的具体实施方案进行更详细的说明，其中：
图1是现有装置图；
图2是本发明的装置结构图；
图3是本发明的智能控制处理流程图；以及
图4是本发明的注引水判断处理子程序处理流程图。
具体实施方式
为了解决现有离心式水泵的无人值守的智能启动问题，本发明提供了一种离心式水泵智能真空充水检测装置及其方法。接下来具体说明该装置及其方法。
图2示出本发明的装置结构图。如图2所示，该智能真空充水检测装置包括压力传感器1、信号处理装置2及3、单片机6、液晶显示装置7、报警装置8、按键输入装置4、控制输入装置5以及注引水状态输出装置9。
接下来说明其工作的过程：
控制输入装置5通过接收外部注引水启动信号，完成对真空充水检测装置的启动。
真空充水检测装置启动后，压力传感器1获得水泵腔内的压力信号，并经过信号处理装置2和3对压力信号进行处理，送入单片机6进行检测。
单片机6对检测的结果进行分类，分别传送给报警装置8和注引水状态输出装置9。
液晶显示装置7同步显示压力信号以及检测的结果。
按键输入装置4设置有工作模式、数据加、数据减的按键。每个工作模式对应着不同的差值阈值Pset和不同的两个常数阈值Nset1、Nset2对应值，其取值可根据泵体的实际情况进行调试或标定。
上述单片机6对压力信号进行检测包括如下处理过程：
设置压力峰值的差值阈值Pset和两个常数阈值Nset1、Nset2；
单片机6依据压力传感器的采样频率确定压力信号在每个采样周期内的压力峰值；
确定前后采样周期内的压力峰值的绝对差值不小于差值阈值Pset的次数是否不小于第一常数阈值Nset1。
上述检测结果的分类及传送具体为：
前后采样周期内的压力峰值的绝对差值不小于差值阈值Pset的次数不小于第一常数阈值Nset1时，为注引水成功信号，单片机6并把该信号传送给注引水状态输出装置9；
前后采样周期内的压力峰值的绝对差值与差值阈值Pset进行比较的次数不小于第二常数阈值Nset2时，为注引水不成功信号，单片机6并把该信号传送给报警装置8。
上述压力传感器1采用扩散硅结构的桥式应变片，与泵腔体相连通。
上述智能真空充水检测装置还包括：
变换输出装置10，其包括滤波电路和电流变送器，与单片机6进行连接并为其提供电源，同时，将单片机6接收的压力信号转换为4-20mA的电流信号，为液晶显示装置7实时提供压力的电流信号。
上述信号处理装置包括信号放大器2和二阶低通有源滤波器3。
上述报警装置8为报警指示灯，可以在抽真空超时或泵密封异常时给出报警提示。
上述单片机包括32k存储用Flash、12位的A/D转换模块、通用串行接口UART及PWM功能模块。
图3示出本发明的智能控制处理流程图。如图3所示，301阶段上电开始，在302阶段，进行初始化。
然后进入303阶段，判断是否运行设置的参数，如果不运行，则进入304阶段，对运行参数重新进行设置，并返回303阶段；如果运行，则进入305阶段，对外部传递来的压力信号进行A/D转换，使变为单片机易于处理的数字信号。
306阶段，对前述数字信号进行数据的处理，得到实际的压力数值，以及确定压力信号在每个采样周期内的压力峰值等。
307阶段，输出实际的压力数值并进行显示。
308阶段，判断是否开始加注引水，如果没有开始的话，返回303阶段；如果开始，则进入309阶段，执行注引水判断处理子程序，并在之后返回305阶段。
图4示出本发明的注引水判断处理子程序处理流程图，如图4所示，401阶段，注引水判断处理子程序开始执行。
402阶段，计算当前采样周期内的压力峰值与前一次采样周期内的压力峰值的绝对差值，Δy＝|ykT-y(k-1)T|。
403阶段，对设置的变量常数i进行加一处理，判断压力峰值的绝对差值Δy是否不小于差值阈值Pset，即Δy≥Pset，如果否，则对计数常数Num进行归零处理；如果是，则进入404阶段，对计数常数Num进行加一处理。
406阶段，用当前采样周期内的压力峰值对前一次采样周期内的压力峰值重新赋值，即y(k-1)T＝ykT。
407阶段，判断前后采样周期内的压力峰值的绝对差值Δy不小于差值阈值Pset的次数，也即计数常数Num是否不小于第一常数阈值Nset1，如果否，则进入408阶段，判断前后采样周期内的压力峰值的绝对差值Δy与差值阈值Pset进行比较的次数即变量常数i是否大于等于第二阈值常数Nset2。
如果否，则返回402阶段；如果是，则进入410阶段中，进行报警处理。然后进入411阶段，进行返回。
407阶段中，如果计数常数Num不小于常数阈值Nset1，则进入409阶段，这时泵腔已注满水，输出启动水泵的信号。接着进入411阶段，进行返回。
结合图3和图4的叙述，容易知道，其采用的离心式水泵智能真空充水检测方法包括如下步骤：
接收外部注引水启动信号后，由压力传感器获得水泵腔内的压力信号；
对上述压力信号进行信号处理，并进行检测；
对检测结果进行分类，并根据分类进行输出。
上述对经过信号处理后的压力信号进行检测包括如下处理过程：
设置压力峰值的差值阈值和两个常数阈值Nset1、Nset2；
单片机依据压力传感器的采样频率确定压力信号在每个采样周期内的压力峰值；
确定前后采样周期内的压力峰值的绝对差值不小于差值阈值Pset的次数是否不小于第一常数阈值Nset1。
上述检测结果的分类及输出具体为：
前后采样周期内的压力峰值的绝对差值不小于差值阈值Pset的次数不小于第一常数阈值Nset1时，为注引水成功信号，作为水泵启动信号输出；
前后采样周期内的压力峰值的绝对差值与差值阈值Pset进行比较的次数不小于第二常数阈值Nset2时，为注引水不成功信号，进行报警提示。
需进一步说明的是，第二常数阈值通常为第一常数阈值的2-10倍。其具体的值根据不同的离心泵通过测量可以确定较合适的数值。
以上对本发明的具体描述旨在说明具体实施方案的实现方式，不能理解为是对本发明的限制。本领域普通技术人员在本发明的教导下，可以在详述的实施方案的基础上做出各种变体，这些变体均应包含在本发明的构思之内。本发明所要求保护的范围仅由所述的权利要求书进行限制。

Claims (10)

1.一种离心式水泵智能真空充水检测装置，包括压力传感器、信号处理装置、单片机、液晶显示装置、报警装置、按键输入装置、控制输入装置以及注引水状态输出装置；
其中，控制输入装置，通过接收外部注引水启动信号，完成对真空充水检测装置的启动；
真空充水检测装置启动后，压力传感器获得水泵腔内的压力信号，并经过信号处理装置对压力信号进行处理，送入单片机以进行检测；
单片机对检测的结果进行分类，分别传送给报警装置和注引水状态输出装置；
液晶显示装置同步显示压力信号以及检测的结果；
按键输入装置设置有工作模式、数据加、数据减的按键。
2.如权利要求1所述的智能真空充水检测装置，其特征在于，所述单片机对压力信号进行检测包括如下处理过程：
设置压力峰值的差值阈值和两个常数阈值；
单片机依据压力传感器的采样频率确定压力信号在每个采样周期内的压力峰值；
确定前后采样周期内的压力峰值的绝对差值不小于差值阈值的次数是否不小于第一常数阈值。
3.如权利要求2所述的智能真空充水检测装置，其特征在于，所述检测结果的分类及传送具体为：
前后采样周期内的压力峰值的绝对差值不小于差值阈值的次数不小于第一常数阈值时，为注引水成功信号，并把该信号传送给注引水状态输出装置；
前后采样周期内的压力峰值的绝对差值与差值阈值进行比较的次数不小于第二常数阈值时，为注引水不成功信号，并把该信号传送给报警装置。
4.如权利要求3所述的智能真空充水检测装置，其特征在于：
所述压力传感器采用扩散硅结构的桥式应变片。
5.如权利要求1-4任一项所述的智能真空充水检测装置，其特征在于还包括：
变换输出装置，其包括滤波电路和电流变送器，与单片机进行连接并为其提供电源，同时，将单片机接收的压力信号转换为4-20mA的电流信号，为液晶显示装置实时提供压力的电流信号。
6.如权利要求5所述的智能真空充水检测装置，其特征在于：
所述信号处理装置包括信号放大器和二阶低通有源滤波器；和/或
所述报警装置为报警指示灯。
7.如权利要求6所述的智能真空充水检测装置，其特征在于：
所述单片机包括存储用Flash、A/D转换模块、通用串行接口UART及PWM功能模块。
8.一种离心式水泵智能真空充水检测方法，包括如下步骤：
接收外部注引水启动信号后，由压力传感器获得水泵腔内的压力信号；
对上述压力信号进行信号处理，并进行检测；
对检测结果进行分类，并根据分类进行输出。
9.如权利要求8所述的智能真空充水检测方法，其特征在于，所述对经过信号处理后的压力信号进行检测包括如下处理过程：
设置压力峰值的差值阈值和两个常数阈值；
单片机依据压力传感器的采样频率确定压力信号在每个采样周期内的压力峰值；
确定前后采样周期内的压力峰值的绝对差值不小于差值阈值的次数是否不小于第一常数阈值。
10.如权利要求9所述的智能真空充水检测方法，其特征在于，所述检测结果的分类及输出具体为：
前后采样周期内的压力峰值的绝对差值不小于差值阈值的次数不小于第一常数阈值时，为注引水成功信号，作为水泵启动信号输出；
前后采样周期内的压力峰值的绝对差值与差值阈值进行比较的次数不小于第二常数阈值时，为注引水不成功信号，进行报警提示。
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