CN106444504A - 一体化智能泵站 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种一体化智能泵站，具体是指一种灌溉排涝的一体化智能泵站，属于水利工程技术领域。包括泵房、水泵机组、抽真空系统、管道、阀门、摄像头、人体红外探测器、警报器、通风设备、门限位传感器、液晶显示屏、观察孔、刷卡器和控制柜；泵房四面屋檐安装有摄像头、人体红外探测器、警报器、通风设备。泵房内也设有视频摄像头，泵房门上安装有门限位传感器、液晶显示屏、观察孔、刷卡器和进气窗；门限位传感器用于判断泵房门是否被打开或关闭；液晶显示屏直观显示泵站的一切运行数据；观察孔方便用户在不开门的情况下观察泵房内部情况；刷卡器用于刷卡控制水泵运行；泵房内部安装有水泵机组、管道、阀门、水流量计、抽真空系统和控制柜。
Description
技术领域
本发明涉及一种一体化智能泵站，具体是指一种灌溉排涝的一体化智能泵站，属于水利工程技术领域。
背景技术
农村小型灌溉泵站作为农田水利建设的重要组成部分，具有量大面广的特点，其设计和建设质量直接影响到农田水利工程建设的使用效果。目前我国农田灌溉泵站还是采用传统的建设模式，泵房为砖混结构，占地面积大、施工时间长、结构多样。传统泵站的电气控制方式比较简单，自动化程度不高，管理维护复杂，已经很难适应农业现代化和信息化的发展需要。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对农村传统灌溉泵站采用砖混结构，占地面积大、施工时间长，且电气控制方式简单、自动化程度低、管理维护复杂等问题，提供一种一体化智能泵站，它采用集成式结构，结构紧凑，体积小，将电气控制、过程自动化测控、流量计量、智能电气保护、红外安防监控、视频监视和物联网等技术与泵机组进行一体化系统集成，使其成为具有可移动，可组合的全智能灌排设备。
本发明它改变了传统意义上的灌排泵站的理念，采用新材料、新工艺，集成最新物联网技术、节能技术、智能控制等技术，从根本上解决了传统泵站建设周期长、自动化程度不高，运行管理复杂等问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：
一体化智能泵站包括泵房、水泵机组、抽真空系统、管道、阀门、摄像头、人体红外探测器、警报器、通风设备、门限位传感器、液晶显示屏、观察孔、刷卡器和控制柜。
所述泵房为可快速装配的新型环保材料泵房、采用工厂预制钢构件，钢构件装配过程中采用螺栓铆接，泵房4个立柱留有墙板的安装槽，墙体WPC板（俗称木塑）直接按序插入安装槽即可。泵房设置有泵房门、泵房屋顶，泵房屋顶同样采用预制钢构件，拼接方法与房体拼接方法一样。墙板材料不限于WPC材料。瓦片安装时先装最下面一块并用平头燕尾螺丝固定在屋顶钢制框架上，然后其余瓦片一块一块的向上铺设。瓦片铺设完成后固定屋脊和宝塔顶。瓦片也可以采用其它材料，如沥青瓦等。墙体及房瓦片采用合成环保材料。
泵房四面屋檐安装有摄像头、人体红外探测器、警报器、通风设备。泵房内也设有视频摄像头，泵房门上安装有门限位传感器、液晶显示屏、观察孔、刷卡器、进气窗。门限位传感器用于判断泵房门是否被打开或关闭；液晶显示屏直观显示泵站的一切运行数据；观察孔方便用户在不开门的情况下观察泵房内部情况；刷卡器用于刷卡控制水泵运行。通风设备采用风机。
泵房内部安装有水泵机组、管道、阀门、水流量计、抽真空系统、控制柜。管道进水口一部分伸出泵房外，另一部分在泵房内并与水泵进水口相连。水泵与电机采用轴连方式或皮带连接方式。水泵出水口安装电动蝶阀，电动蝶阀连接一段直管段后与水流量计管道相连，水流量计另一端为出水管段，一部分在泵房内，一部分在泵房外。
抽真空系统适用于混流泵和离心泵启动时抽真空，抽真空系统由真空泵、真空电磁阀、水汽分离器（水箱，以下简称水箱）、真空管道、真空度传感器以及电极式水位开关等部件组成。真空泵的进气口通过真空管道与水泵管道相连，中间安装有真空电磁阀。真空管道与水泵管道连接处在水泵出水口与电动蝶阀之间，在连接处下方还安装有电极式水位开关，用于判断水泵管道的真空度。真空泵出水口连接水箱。当然也可以采用小型自吸水泵注水方式保证离心泵或混流泵启动。
所述的控制柜安装有电气一次和二次控制回路和核心控制器，核心控制器采用32位微处理器（微型计算机)，核心控制器连接电气控制二次回路、温湿传感器、通风设备、人体红外传感器、警报器、门限位开关、电极式液位开关（电极式水位开关）、管道压力传感器、进水池水位传感器、摄像头等部件，用于实现整个泵站的智能化控制，并连接无线传输模块，可对泵站远程数据监控以及视频监视。
本发明所述技术方案中的泵房可以实现工厂化预制生产、现地快速安装。
本发明一体化智能泵站的控制方法如下：
红外安全防盗报警：当有人或动物进入泵站1米左右（可调节）范围时，将至少被安装在泵房屋檐下的其中一个人体红外探测器探测到，与探测器连接的核心控制器控制警报器发出语音提示，提示“您已进入安全监控区域，请确认身份”，如没有刷卡确认身份，核心控制器将进一步控制警报器发出声光报警，同时自动拍照和录像，并将照片通过无线通讯模块发送至管理员手机上。如果进入者通过刷卡确认了身份将不再报警、拍照和录像。
本发明所述过程自动化控制：当需要泵站运行时，操作人员通过安装在门上的刷卡器刷一下IC卡，泵站自动进入抽真空状态，同时启动真空泵、打开电磁阀、关闭电动蝶阀。当安装在水泵出水口真空管道连接处下方的电极式水位开关检测到有水时，表示抽真空完成，此时核心控制器微处理器自动控制水泵启动，并同时关闭真空泵和电磁阀，延时1-2秒打开电动蝶阀，启动过程结束。如果在泵站运行过程中，刷一次IC卡，则进入停机状态，自动关闭水泵和关闭电动蝶阀。所述电动蝶阀带有自动限位装置，关到位或开到位时电动蝶阀自动断开控制电源。
远程监控和视频监视：泵站控制柜内设有无线通讯模块，无线通讯模块与核心控制器微处理器有线直连，无线部分连接4G移动公网。用户移动终端（手机）可通过移动网络可远程监控泵站运行数据。
本发明所述一体化智能泵站的优点在于：
1） 泵站采用采用钢制框架结构和新型环保材料作为墙板和瓦片，结构紧凑体积比传统泵站小（一般泵房面积不超过5平方米），可实现工厂化预制生产，现场快速拼装，大大缩短了泵站建设周期。在农村交通运输不是很方便的地区，尤其适用。当然如果条件允许，也可以工厂装配好后，现场整体吊装。
2）所述安全防盗系统，配置有语音警报器和图像抓拍摄像头，能对非法闯入者具有很好的威慑作用，同时对闯入者进行有效的监控。
3） 所述核心控制器微处理器能够实现泵站的全过程参数检测和自动化控制，实现真正意义上的“一键控制”，既一次刷卡启动水泵（抽真空的过程由系统自动完成）。
4）内部设备具有统一的技术标准和统一的服务平台，杜绝传统泵站多个供应商器件拼凑而造成的后续的维护难得窘境。
5）所述核心板连接无线通讯模块，可以实现远程移动终端启停水泵和远程数据及视频监控。
附图说明
以下将结合附图对本发明作进一步说明：
图1是一体化智能泵站的外观示意图。
图2是一体化智能泵站的结构示意图。
图3是一体化智能泵站的内部设备俯视图。
图4是一体化智能泵站的泵房结构及安装图。
图5是图4的局部A的放大图。
图6是一体化智能泵站控制流程图。
现将附图中的标号说明如下：1为控制柜、2为水泵机组电机、3为水泵，4为水汽分离器（水箱）、5为真空泵、6为管道、7为电动蝶阀、8为水流量计、9为真空电磁阀（即电磁阀）、10为电极式液位（水位）开关、11为电极式液位开关（电极式水位开关）、12为真空管道、13，压力传感器、14为刷卡器、15液晶显示屏（人机界面）、16为进水管、17为出水管、20为摄像头、21为通风设备、22为人体红外探测器、23为警报器、24为照明灯、30为预制钢框架、30.10-30.13为钢结构底座、30.20-30.23为泵房立柱、30.31-30.33为顶部横梁、30.40为紧固螺栓、30.41为紧固加强筋、30.42为平垫、30.43为弹垫、30.44为紧固螺母、30.20.1与30.21.1为墙板插槽、31为瓦片、32为屋脊、33为宝塔顶、34为泵房门、34.1为进气窗、34.2观察孔、35为墙体WPC板。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，但本发明的实施方式不限于此。
参照附图1-6，一体化智能泵站包括泵房、水泵机组、抽真空系统、管道、阀门、摄像头20、人体红外探测器22、警报器23、通风设备21、门限位传感器、液晶显示屏15、观察孔34.2、刷卡器14、控制柜1。
所述泵房为可快速装配的新型环保材料泵房，采用工厂预制钢构件30，钢构件装配过程中采用螺栓30.40铆接，泵房4个立柱30.20-30.23留有墙板的安装槽30.20.1(30.21.1)，墙体35采用WPC板（俗称木塑）直接按序插入安装槽30.20.1(30.21.1)即可。泵房设置有泵房门34、泵房屋顶，泵房屋顶同样采用预制钢构件，拼接方法与房体拼接方法一样。墙板材料不限于WPC材料。瓦片31安装时先装最下面一块并用平头燕尾螺丝固定在屋顶钢制框架上，然后其余瓦片一块一块的向上铺设。瓦片31铺设完成后固定屋脊32和宝塔顶33。瓦片也可以采用其它材料，如沥青瓦等。墙体及房瓦片采用合成环保材料。
泵房四面屋檐安装有摄像头20、人体红外探测器22、警报器23、通风设备21。泵房内也设有视频摄像头，泵房门34上安装有门限位传感器、液晶显示屏15、观察孔34.2、刷卡器14、进气窗34.1。门限位传感器用于判断泵房门是否被打开或关闭；液晶显示屏直观显示泵站的一切运行数据；观察孔方便用户在不开门的情况下观察泵房内部情况；刷卡器用于刷卡控制水泵运行。通风设备采用风机。
泵房内部安装有水泵机组、管道6、阀门、水流量计8、抽真空系统、控制柜1。管道进水口一部分伸出泵房外，另一部分在泵房内并与水泵进水口相连。水泵与电机采用轴连方式或皮带连接方式。水泵出水口安装电动蝶阀7，电动蝶阀7连接一段直管段后与水流量计管道相连，水流量计8另一端为出水管17段，一部分在泵房内，一部分在泵房外。水流量计8采用市售水流量计。
抽真空系统适用于混流泵和离心泵启动时抽真空，抽真空系统由真空泵5、真空电磁阀9、水汽分离器（水箱，以下简称水箱）、真空管道、真空度传感器以及电极式液位开关（电极式水位开关）11等部件组成。真空泵5的进气口通过真空管道与水泵管道相连，中间安装有真空电磁阀9。真空管道与水泵管道连接处在水泵出水口与电动蝶阀7之间，在连接处下方还安装有电极式液位开关（电极式水位开关）11，用于判断水泵管道的真空度。真空泵出水口连接水箱。当然也可以采用小型自吸水泵注水方式保证离心泵或混流泵启动。
所述的控制柜1安装有电气一次和二次控制回路和核心控制器，核心控制器采用32位微处理器，核心控制器连接电气控制二次回路、温湿传感器、通风设备21、人体红外传感器22、警报器23、门限位开关、电极式液位开关（电极式水位开关）11、管道压力传感器、进水池水位传感器、摄像头等部件，用于实现整个泵站的智能化控制，并连接无线传输模块，可对泵站远程数据监控以及视频监视。
摄像头、人体红外探测器、警报器、门限位传感器、门限位开关、电极式液位开关、刷卡器、液晶显示屏、无线传输模块、管道压力传感器和进水池水位传感器、真空度传感器、电极式水位开关、温湿传感器、微处理器均采用市售产品。
本发明所述技术方案中的泵房可以实现工厂化预制生产、现地快速安装。
本发明公开了一种一体化的智能泵站，其中泵房采用预制钢构件和新型环保材料墙体及瓦片快速组装而成，泵房整体外观为亭式。
本发明一体化智能泵站的控制方法如下：
红外安全防盗报警：当有人或动物进入泵站1米左右（可调节）范围时，将至少被安装在泵房屋檐下的其中一个人体红外探测器探测到，与探测器连接的核心控制器控制警报器发出语音提示，提示“您已进入安全监控区域，请确认身份”，如没有刷卡确认身份，核心控制器将进一步控制警报器发出声光报警，同时自动拍照和录像，并将照片通过无线通讯模块发送至管理员手机上。如果进入者通过刷卡确认了身份将不再报警、拍照和录像。
本发明所述过程自动化控制：当需要泵站运行时，操作人员通过安装在门上的刷卡器刷一下IC卡，泵站自动进入抽真空状态，同时启动真空泵、打开电磁阀、关闭电动蝶阀。当安装在水泵出水口真空管道连接处下方的电极式液位开关（电极式水位开关）检测到有水时，表示抽真空完成，此时核心控制器微处理器自动控制水泵启动，并同时关闭真空泵和电磁阀，延时1-2秒打开电动蝶阀，启动过程结束。如果在泵站运行过程中，刷一次IC卡，则进入停机状态，自动关闭水泵和关闭电动蝶阀。所述电动蝶阀带有自动限位装置，关到位或开到位时电动蝶阀自动断开控制电源。
远程监控和视频监视：泵站控制柜内设有无线通讯模块，无线通讯模块与核心控制器微处理器有线直连，无线部分连接4G移动公网。用户移动终端（手机）可通过移动网络可远程监控泵站运行数据。
所述泵房四面屋檐下各安装人体红外探测器22和摄像头20并与控制柜1相连，当有人非法闯入时将有语音提示非法闯入，如没有确认有效身份，进一步发出声光报警，并抓拍图片发送至管理员手机上。
所述抽真空系统在水汽分离器（水箱）4以及水泵管道6上分别安装有电极式液位开关（电极式水位开关）10、11，用于判断水箱内是否有水以及水泵是否已注满水，方便泵站的过程自动控制，实现真正意义上的“一键启动”。
所述的一体化智能泵站，在泵房的门上安装有触摸式液晶显示屏（人机界面）15、刷卡（控制）器14。操作人员不需要进入泵站内部，就可以通过刷卡对泵站启动、停止控制，在泵站内部安装有电能计量装置和水流量计8，对用电量和出水量进行计量，并可以通过IC卡扣除水费和电费。同时能通过移动终端（手机）对一体化智能泵站进行远程启动、停止操作，及查看一体化智能泵站的全部运行数据及信息。
实施例1：
一种一体化智能泵站，如图1所示，包括泵房、机电设备、控制柜、安全防盗报警和视频监控设备等。
泵房采用钢制框架结构（包括房顶结构），每块构件被预制成独立的钢构件30。如图4所示，房体框架分为钢结构底座30.10-30.13、立柱30.20-30.23、顶部横梁30.30-30.33，将预制钢构件配接成房屋形状，配接处如图4放大部分所示，每个拼接点采用一个紧固加强筋和4组螺栓30.40、螺母30.44紧固，这样就保证了泵房的牢固性。预制钢构件表面采用冷镀锌处理后喷塑，解决了钢构件的防腐问题。每一个立柱上设有墙体版安装槽30.20.1(30.21.1)，墙体WPC板按序插入安装槽即可，墙体WPC板一边有凹槽、一边有凸台，保证每块WPC板之间不留缝隙。泵房屋顶同样采用预制钢构件，拼接方法与房体拼接方法一样。墙板材料不限于WPC材料。瓦片安装时先装最下面一块并用平头燕尾螺丝固定在屋顶钢制框架上，然后其余瓦片一块一块的向上铺设。瓦片铺设完成后固定屋脊和宝塔顶。瓦片也可以采用其它材料，如沥青瓦等。
实施例2：
所述一种一体化智能泵站，当有人或动物进入泵站1米左右范围内时，将被安装在泵房屋檐下的人体红外探测器22所探测，并将结果发送至控制柜1，控制柜1发出语音提出“您已进入安全监控区域，请确认身份”，并延时继续探测是否有人，如果未离开且没有刷卡确认身份或身份确认失败，控制柜1将驱动警报器23发出声光报警，同时驱动摄像头20抓拍图像和摄像。之后通过延时继续判断人是否离开，如还未离开，控制柜1将通过控制中的无线通讯模块将所拍图片发送至管理员移动终端（手机）上。整个过程中如果闯入着能在延时时间内及时离开或通过刷卡确认身份，则防盗报警过程不在继续。
实施例3：
所述一种一体化智能泵站，正面的泵房门34正常处于关闭状态，除非检修时打开。需要泵站运行时，通过指定的IC卡在刷卡器15位置刷一次卡确认操作员身份。再刷一次进入启动状态，此时控制柜1控制，真空泵5启动运行，并关闭主管道6上电动蝶阀7，打开安装在真空管道12上的电磁阀9，系统进入抽真空状态。当控制柜1监测到安装在主管道上的电极式液位开关10检测到有水时，表示水泵叶轮处已经注满水，控制柜1启动水泵电机2，延时关闭真空泵5、打开电动蝶阀7，关闭电磁阀9，完成自动启动水泵的过程。泵站运行过程中安装在主管道6与出水管道17之间的流量计8计量泵站的瞬时流量和累计流量，并实时将计量数据传送至控制柜1。控制柜1中还安装有温湿度传感器，当检测到温湿度超过一定值时，控制安装在屋檐下的通风设备21工作，新鲜空气从泵房门34上的进气窗（换气百叶窗）34.1进入，再从通风设备21排出，从而达到通风降温度降湿度的目的。泵房门34上留有观察孔34.2，用户可以在不开门的情况下观察泵房内的设备状态。
在泵站运行过程中，通过指定的IC卡在刷卡器15位置刷一次卡，系统自动进入停机过程。先判断真空泵5是否停止，未停止则关闭真空泵5；判断电磁阀9是否关闭，未关闭则关闭电磁阀9；判断水泵电机2是否已运行，已运行则停止水泵电机2；判断电动蝶阀7是否关闭，为关闭则关闭电动蝶阀7。整个关机过程结束。
本实施例中采用的刷卡起停水泵，如果采用远程移动终端（手机APP）控制，其控制过程同本实施例。唯不同的是控制柜1中的无线通讯模块通过无线公网与移动终端(手机APP)相连，控制指令由手机APP软件发出。
Claims (9)
1.一种一体化智能泵站，其特征在于：包括泵房、水泵机组、抽真空系统、管道、阀门、摄像头、人体红外探测器、警报器、通风设备、门限位传感器、液晶显示屏、观察孔、刷卡器和控制柜；
泵房四面屋檐安装有摄像头、人体红外探测器、警报器、通风设备；泵房内也设有视频摄像头，泵房门上安装有门限位传感器、液晶显示屏、观察孔、刷卡器和进气窗；门限位传感器用于判断泵房门是否被打开或关闭；液晶显示屏直观显示泵站的一切运行数据；观察孔方便用户在不开门的情况下观察泵房内部情况；刷卡器用于刷卡控制水泵运行；
泵房内部安装有水泵机组、管道、阀门、水流量计、抽真空系统和控制柜；管道进水口一部分伸出泵房外，另一部分在泵房内并与水泵进水口相连，水泵与电机采用轴连方式或皮带连接方式，水泵出水口安装有电动蝶阀，电动蝶阀连接一段直管段后与水流量计管道相连，水流量计另一端为出水管段，一部分在泵房内，一部分在泵房外。
2.根据权利要求1所述的一体化智能泵站，其特征在于：抽真空系统适用于混流泵和离心泵启动时抽真空，抽真空系统由真空泵、真空电磁阀、水汽分离器、真空管道、真空度传感器以及电极式液位开关组成，真空泵的进气口通过真空管道与水泵管道相连，中间安装有真空电磁阀，真空管道与水泵管道连接处在水泵出水口与电动蝶阀之间，在连接处下方还安装有电极式液位开关，用于判断水泵管道的真空度，真空泵出水口连接水箱。
3.根据权利要求1所述的一体化智能泵站，其特征在于：所述的控制柜安装有电气一次和二次控制回路和核心控制器，核心控制器采用微处理器，核心控制器连接电气控制二次回路、温湿传感器、通风设备、人体红外传感器、警报器、门限位开关、电极式水位开关、管道压力传感器、进水池水位传感器和摄像头，用于实现整个泵站的智能化控制，并连接无线传输模块，可对泵站远程数据监控以及视频监视。
4.根据权利要求1所述的一体化智能泵站，其特征在于：所述的泵房为可快速装配的环保材料泵房、采用工厂预制钢构件，钢构件装配过程中采用螺栓连接，泵房4个立柱留有墙板的安装槽，墙体WPC板直接按序插入安装槽即可，泵房设置有泵房门、泵房屋顶，泵房屋顶同样采用预制钢构件，拼接方法与房体拼接方法一样。
5.权利要求1所述的一体化智能泵站的控制方法，其特征在于：
红外安全防盗报警：当有人或动物进入泵站1米左右范围时，将至少被安装在泵房屋檐下的其中一个人体红外探测器探测到，与探测器连接的核心控制器控制警报器发出语音提示，提示“您已进入安全监控区域，请确认身份”，如没有刷卡确认身份，核心控制器将进一步控制警报器发出声光报警，同时自动拍照和录像，并将照片通过无线通讯模块发送至管理员手机上，如果进入者通过刷卡确认了身份将不再报警、拍照和录像；
过程自动化控制：当需要泵站运行时，操作人员通过安装在门上的刷卡器刷一下IC卡，泵站自动进入抽真空状态，同时启动真空泵、打开电磁阀、关闭电动蝶阀；当安装在水泵出水口真空管道连接处下方的电极式液位开关检测到有水时，表示抽真空完成，此时核心控制器微处理器自动控制水泵启动，并同时关闭真空泵和电磁阀，延时1-2秒打开电动蝶阀，启动过程结束；如果在泵站运行过程中，刷一次IC卡，则进入停机状态，自动关闭水泵和关闭电动蝶阀，所述电动蝶阀带有自动限位装置，关到位或开到位时电动蝶阀自动断开控制电源；
远程监控和视频监视：泵站控制柜内设有无线通讯模块，无线通讯模块与核心控制器微处理器有线直连，无线部分连接4G移动公网，用户移动终端通过移动网络可远程监控泵站运行数据。
6.根据权利要求1所述的一体化智能泵站，其特征在于，所述泵房四面屋檐下安装人体红外探测器和摄像头并与控制柜相连，当有人非法闯入时将有语音提示非法闯入，如没有确认有效身份，进一步发出声光报警，并抓拍图片发送至管理员手机上。
7.根据权利要求1所述的一体化智能泵站，其特征在于：所述抽真空系统在水汽分离器以及水泵管道上分别安装有电极式液位开关，用于判断水箱内是否有水以及水泵是否已注满水，方便泵站的过程自动控制，实现真正意义上的“一键启动”。
8.根据权利要求1所述的一体化智能泵站，其特征在于：在泵房的门上安装有触摸式液晶显示屏、刷卡器，操作人员不需要进入泵站内部，通过刷卡对泵站启动、停止控制，在泵站内部安装有电能计量装置和水流量计，对用电量和出水量进行计量，并通过IC卡扣除水费和电费；同时能通过移动终端，对一体化智能泵站进行远程启动、停止操作，及查看一体化智能泵站的全部运行数据及信息。
9.根据权利要求1所述的一体化智能泵站，其特征在于：泵房采用预制钢构件和新型环保材料墙体及瓦片快速组装而成，泵房整体外观为亭式。
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