CN109736817B - 一种基于低频电磁信号通讯和封堵球智能定位的封堵控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于低频电磁信号通讯和封堵球智能定位的封堵控制方法，包括滤网，泥浆泵，测压装置，管内无线通讯装置，管外无线通讯装置，管外封堵控制系统，波纹管，电池，管内封堵控制系统，先导式电磁泄放阀。通过封堵球的精确定位和封堵球及时的加压和泄压来进行高效精确的封堵过程，封堵控制技术中的控制系统能高效精确的控制各装置的动作，最终各个装置能以最佳动作配合进行工作，波纹管的结构能够为封堵球通过三通换向阀时提供足够的挠度，同时能使封堵时封堵球的封堵位置主要集中在封堵球的两侧。

Description

一种基于低频电磁信号通讯和封堵球智能定位的封堵控制 方法

技术领域

本发明属于泥水盾构机的接管延伸技术领域，尤其涉及一种基于低频电磁信号通讯和封堵球智能定位的封堵控制方法。

背景技术

近年来我国交通设施的快速发展，其中以地铁的发展最为迅速，用来修建地铁的盾构机需求量非常巨大。盾构机主要分为泥水式盾构机和土压平衡式盾构机，其中泥水式盾构机以其清洁环保的优点广泛用于地铁建设，泥水式盾构机经过不断地改进解决了对施工环境的污染问题，但对高效运行和延长寿命的研究不够深入，例如专利CN 103953820 A提供了一个闭塞器装置解决了盾构机工作过程中污染施工环境的问题，但它并未深入研究封堵位置的定位以及因此产生的寿命减少和泄漏问题。

于是，有鉴于此，针对现有的结构及缺失予以研究改良，提供一种基于低频电磁信号通讯和封堵球智能定位的封堵控制方法，以期达到更具有更加实用价值性的目的。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于低频电磁信号通讯和封堵球智能定位的封堵控制方法，以解决一般的盾构机没有对封堵位置进行精确定位，导致产生寿命减少和泄露等现象的问题。

本发明一种基于低频电磁信号通讯和封堵球智能定位的封堵控制方法的目的与功效，由以下具体技术手段所达成：

一种基于低频电磁信号通讯和封堵球智能定位的封堵控制方法，包括滤网、泥浆泵、测压装置、管内无线通讯装置、管外无线通讯装置、管外封堵控制系统、波纹管、电池、管内封堵控制系统和先导式电磁泄放阀，管内无线通讯装置安装在波纹管内，管外无线通讯装置安装在管道外面，泥浆泵安装在波纹管内，控制子系统安装在波纹管内，总控制系统安装在管外控制室内。

进一步的，所述泥浆泵是为了在需要加压的时候及时加压，避免提前加压带来更多的摩擦磨损，以及加压不及时接管过程中封堵球密封不严造成泄漏；所述先导式电磁泄放阀一个是能及时泄压，另一个是能节约能源，先导式电磁泄放阀的启闭相对于其他阀门消耗的能量较少。

进一步的，所述管内无线通讯装置和管外无线通讯装置均能够产生磁场和感应磁场，并且能够克服金属屏蔽传递信号；通讯系统通过低频电磁波来传递信号，低频电磁波能穿透金属并且通过它能够传递清晰稳定的信号。

进一步的，所述管内封堵控制系统是在管内控制封堵球内各个装置的有效运行和对管外信号的解读与传递，所述管外封堵控制系统是在管外解读管内传递的信号以及根据传递的信号判断管内的情形发出下一步动作指令。

进一步的，所述波纹管结构能够为封堵球通过三通换向阀时提供足够的挠度，同时能使封堵时封堵球的封堵位置主要集中在封堵球的两侧。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1.本发明将封堵球加压分为两个阶段：预加压阶段和加压阶段。预加压阶段封堵球内部压力平衡管道外部压力，防止封堵球失稳屈曲破坏，同时避免提前完全加压增加封堵球与管道内壁的摩擦磨损；加压阶段保证封堵球推进至封堵位置时实现可靠密封。

2.本发明通过发射低频电磁信号来确定封堵球的精确位置，可以解决因封堵球位置的无法精确定位所带来的问题，例如：接管过程中封堵球正好停在拆接法兰处，导致封堵球密封不足产生泄漏；封堵球过多深入泥水输送管道，与管道产生多余的摩擦磨损，减少封堵球和管道的使用寿命。

3.本发明所述的封堵控制系统，可达到精确、高效的封堵效果，通过组态+PLC+现场仪表的控制方式实现实时监测与远程控制，可实现精确、高效的管道封堵，防止泥浆泄漏。封堵控制系统包括管外封堵控制系统、管内封堵控制系统、信号传递装置和动作装置，管外封堵控制系统包括三通换向阀模块、打压模块、定位模块、泵模块、泄压模块、测压模块和总控制模块，管内封堵控制系统包括单片机，信号传递装置包括传输线路、磁感应线圈、发射线圈、接收天线、三极管、前置放大电路、滤波放大电路和A/D转换器，动作装置包括三通换向阀、打压装置、泥浆泵、先导式电磁泄放阀和测压装置。所述管外封堵控制系统控制整个封堵过程的进行并通过信号传递装置向下一级管内封堵控制系统发送动作指令；所述管内封堵控制系统接收信号传递装置传递的信号并进行解析，在向下一级动作装置发送相应的动作指令；所述动作装置接收上一级管内封堵控制系统的动作指令并做出相应的动作；所述信号传递装置主要传递动作指令信号和反馈信号，并对信号进行滤波、放大和转换。其中所述定位模块、泵模块、泄压模块、测压模块和单片机内装有微控制单元，微控制单元主要是对信号进行再次分析和过滤。

4.本发明所述的波纹管结构，能够为封堵球通过三通换向阀时提供足够的挠度，同时能使封堵时封堵球的封堵位置主要集中在封堵球的两侧。

附图说明

图1是本发明封堵球打压推进状态示意图；

图2是本发明封堵球充气封堵状态示意图；

图3是本发明封堵球压力泄放状态示意图；

图4是本发明封堵球返回初始阶段示意图；

图5是本发明封堵球打压推进状态控制过程示意图；

图6是本发明封堵球充气封堵状态控制过程示意图；

图7是本发明封堵球压力泄放状态控制过程示意图；

图8是本发明封堵球返回初始阶段控制过程示意图；

图9是本发明封堵球管内发射低频电磁波与管外接收低频电磁波示意图；

图10是本发明封堵球管外发射低频电磁波与管内接收低频电磁波示意图；

图11是本发明封堵球管内发射低频电磁波与管外感应低频电磁波示意图；

图12是本发明波纹管结构半剖图；

图13是本发明加压完成后波纹管示意图；

图14是本发明封堵控制系统结构框图；

图15是本发明封堵球封堵控制系统封堵过程示意图；

图16是本发明封堵球封堵控制系统监测与控制显示屏示意图。

图中：1-滤网，2-泥浆泵，3-测压装置，4-管内无线通讯装置，5-管外无线通讯装置，6-管外封堵控制系统，7-波纹管，8-电池，9-管内封堵控制系统，10-先导式电磁泄放阀。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步描述：

实施例：

如附图1至附图16所示：

本发明提供一种基于低频电磁信号通讯和封堵球智能定位的封堵控制方法，包括滤网1、泥浆泵2、测压装置3、管内无线通讯装置4、管外无线通讯装置5、管外封堵控制系统6、波纹管7、电池8、管内封堵控制系统9和先导式电磁泄放阀10，管内无线通讯装置4安装在波纹管7内，管外无线通讯装置5安装在管道外面，泥浆泵2安装在波纹管7内，控制子系统安装在波纹管7内，总控制系统安装在管外控制室内。

其中，所述泥浆泵2是为了在需要加压的时候及时加压，避免提前加压带来更多的摩擦磨损，以及加压不及时接管过程中封堵球密封不严造成泄漏；所述先导式电磁泄放阀10一个是能及时泄压，另一个是能节约能源，先导式电磁泄放阀10的启闭相对于其他阀门消耗的能量较少。

其中，所述管内无线通讯装置4和管外无线通讯装置5均能够产生磁场和感应磁场，并且能够克服金属屏蔽传递信号；通讯系统通过低频电磁波来传递信号，低频电磁波能穿透金属并且通过它能够传递清晰稳定的信号，如图9-11所示，图9中，管内发射低频电磁波，管外接收低频电磁波；图10中，管外发射低频电磁波，管内接收低频电磁波；图11中，管内发射低频电磁波，管外感应低频电磁波。

其中，所述管内封堵控制系统9是在管内控制封堵球内各个装置的有效运行和对管外信号的解读与传递，所述管外封堵控制系统6是在管外解读管内传递的信号以及根据传递的信号判断管内的情形发出下一步动作指令。

其中，所述波纹管7结构能够为封堵球通过三通换向阀时提供足够的挠度，同时能使封堵时封堵球的封堵位置主要集中在封堵球的两侧。

本实施例的具体使用方式与作用：

本发明中，封堵控制技术主要靠封堵装置来实现，封堵装置包括：过滤加压时液体的滤网1，安装在波纹管7外，完全覆盖泥浆泵2的进液口；封堵球加压的泥浆泵2，其安装在波纹管7内靠近打压高压侧；封堵球泄压的先导式电磁泄放阀10，其安装在与泥浆泵2相同的侧面；实现封堵球智能定位功能的管内无线通讯装置4和管外无线通讯装置5，同时也具有传递管道内外信号的功能，管内无线通讯装置4是一种安装在波纹管7内发射低频信号和接收低频信号的装置，管外无线通讯装置5是一种安装在泥水输送管道外侧感应磁场同时也能接收和发射低频信号的装置；测压装置3安装在波纹管7内，主要将封堵球内的压力信号转化为电信号；控制封堵过程高效有序进行的封堵控制系统，包括波纹管内的封堵控制系统9和波纹管外的封堵控制系统6，管内封堵控制系统9安装在波纹管7内的合适位置；给波纹管7内相关设备供能的电池8；实现封堵的主要结构为波纹管封堵球。

本发明先是在管道内打压，使预加压状态下的封堵球在低压差情况下进入泥水输送管道，通过管内无线通讯装置4和管外无线通讯装置5监测其位置，待封堵球推进至封堵位置，泥浆泵2开始工作为封堵球加压，当管内压力达到设定值时，停止加压，断开管路进行接管；接管完成后，打开先导式电磁泄放阀10进行泄压，待封堵球内压力降低至设定值后，关闭先导式电磁泄放阀10；封堵球在泥浆介质力的作用下，推进至旁通管内，在此期间，管内无线通讯装置4和管外无线通讯装置5保持良好通讯状态；在整个封堵过程中，测压装置3实时监测和传递封堵球内压力值；管外封堵控制系统6和管内封堵控制系统9对封堵过程进行全程监测与控制。

如图1所示，波纹管7的左侧为打压高压侧，波纹管7的右侧为介质侧，管外封堵控制系统6发出打开测压装置3的指令，指令通过管外无线通讯装置5和管内无线通讯装置4传递至管内封堵控制系统9，打开测压装置3，测压装置3工作并将测出的压力信号通过管内封堵控制系统9、管内无线通讯装置4和管外无线通讯装置5传递到管外封堵控制系统6，便于管外封堵控制系统6分析管内状况发出正确指令，管外封堵控制系统6发出转动三通换向阀的指令，连接旁通管和泥水管，连接完成后，控制打压装置进行打压，封堵球在压力作用下进入泥水管，管外无线通讯装置5和管内无线通讯装置4跟踪封堵球的实时位置，待封堵球到达指定位置，管外封堵控制系统6发出关闭打压装置的指令，打压装置关闭。

如图2所示，波纹管7的左侧为高压侧，波纹管7的右侧为介质侧，封堵球到达指定位置后，管外封堵控制系统6发出打开泥浆泵2的指令，指令通过管外无线通讯装置5和管内无线通讯装置4传递至管内封堵控制系统9，打开泥浆泵2，管外封堵控制系统6将测压装置3测出的压力与设定的压力值进行比较，达到设定值时，管外封堵控制系统6发出关闭泥浆泵2的指令，指令通过管外无线通讯装置5和管内无线通讯装置4传递至管内封堵控制系统9，关闭泥浆泵2。

如图3所示，波纹管7的左侧为低压侧，波纹管7的右侧为介质侧，P1为大气压，关闭泥浆泵2后，进行接管工作，接管完成后，管外封堵控制系统6发出打开先导式电磁泄放阀10的指令，指令通过管外无线通讯装置5和管内无线通讯装置4传递至管内封堵控制系统9，打开先导式电磁泄放阀10，管外封堵控制系统6将测压装置3测出的压力与设定的压力值进行比较，达到设定值时，管外封堵控制系统6发出关闭先导式电磁泄放阀10的指令，指令通过管外无线通讯装置5和管内无线通讯装置4传递至管内封堵控制系统9，关闭先导式电磁泄放阀10。

如图4所示，波纹管7的左侧为低压侧，波纹管7的右侧为介质侧，泄压完成后，封堵球在泥水介质力作用下进入旁通管。管外封堵控制系统6通过管内无线通讯装置4和管外无线通讯装置5跟踪封堵球的实时位置，待封堵球到达指定位置后，三通换向阀动作，连接两泥水主管进行送排泥工作。

如图14所示，封堵控制系统是基于低频电磁信号进行管内外信号传递的,封堵控制系统包括管外封堵控制系统6、信号传递装置、管内封堵控制系统9和动作装置，所述管外封堵控制系统6中模块的作用为接收动作指令并传递至信号传递装置，同时也接收信号传递装置传递的反馈信号并进行分析，以便管外封堵控制系统6发出下一步动作指令；所述信号传递装置中，三极管主要对信号进行放大，发射线圈主要发射相应的低频电磁波，磁感应线圈主要是感应磁场并将磁场信号转化为电信号，接收天线主要是接收低频电磁波并将磁信号转化为电信号，前置放大电路主要对电信号进行放大，滤波放大电路主要对电信号进行有效放大，A/D转换器主要是将电信号转化为数字信号；所述管内封堵控制系统9中单片机的作用为接收信号传递装置传递的信号并进行解析，在向动作装置发送动作指令，同时也接收动作装置的反馈信号并将信号传递至信号传递装置；所述动作装置的作用为接收管内封堵控制系统9的动作指令并做出相应的动作，同时反馈动作装置的工作状况并将反馈信号传递至管内封堵控制系统9。

如图15所示，封堵控制系统封堵过程：三通换向阀模块接收动作指令并通过传输线路传递至三通换向阀，三通换向阀做出相应动作；打压模块接收动作指令并通过传输线路传递至打压装置，打压装置做出相应的打开或关闭动作；其它子模块相应控制过程为，子模块接收总控制模块的码元信号后传递至三极管，经三极管后传递至发射线圈，发射线圈发出相应频率电磁波，接收天线接收电磁波并将磁信号转换成电信号，电信号经过前置放大和滤波放大，转换成A/D转换器可测量的电信号，模拟电信号经过A/D转换器转换成相应的数字信号，微控制单元对转换的结果分析并提取码元信号，若感应的信号是设定频率下的码元信号，将转换后的码元信号传递给单片机，单片机根据数据分析并发出相应的动作指令。

本发明通过管道内外的无线通讯装置实现封堵球的精确定位，在波纹管7内安装泥浆泵2和先导式电磁泄放阀10实现波纹管7及时的加压和泄压，使用控制系统控制封堵球的每一步动作，实现封堵球的高效运行，波纹,7采用的结构能够为封堵球通过三通换向阀时提供一定的挠度和在封堵时封堵球的封堵位置主要集中在封堵球的两侧。

利用本发明所述技术方案，或本领域的技术人员在本发明技术方案的启发下，设计出类似的技术方案，而达到上述技术效果的，均是落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于低频电磁信号通讯和封堵球智能定位的封堵控制方法，其特征在于：包括滤网、泥浆泵、测压装置、管内无线通讯装置、管外无线通讯装置、管外封堵控制系统、波纹管、电池、管内封堵控制系统和先导式电磁泄放阀，管内无线通讯装置安装在波纹管内，管外无线通讯装置安装在管道外面，泥浆泵安装在波纹管内，控制子系统安装在波纹管内，总控制系统安装在管外控制室内。

2.如权利要求1所述一种基于低频电磁信号通讯和封堵球智能定位的封堵控制方法，其特征在于：所述泥浆泵是为了在需要加压的时候及时加压，避免提前加压带来更多的摩擦磨损，以及加压不及时接管过程中封堵球密封不严造成泄漏；所述先导式电磁泄放阀一个是能及时泄压，另一个是能节约能源，先导式电磁泄放阀的启闭相对于其他阀门消耗的能量较少。

3.如权利要求1所述一种基于低频电磁信号通讯和封堵球智能定位的封堵控制方法，其特征在于：所述管内无线通讯装置和管外无线通讯装置均能够产生磁场和感应磁场，并且能够克服金属屏蔽传递信号；通讯系统通过低频电磁波来传递信号，低频电磁波能穿透金属并且通过它能够传递清晰稳定的信号。

4.如权利要求1所述一种基于低频电磁信号通讯和封堵球智能定位的封堵控制方法，其特征在于：所述管内封堵控制系统是在管内控制封堵球内各个装置的有效运行和对管外信号的解读与传递，所述管外封堵控制系统是在管外解读管内传递的信号以及根据传递的信号判断管内的情形发出下一步动作指令。

5.如权利要求1所述一种基于低频电磁信号通讯和封堵球智能定位的封堵控制方法，其特征在于：所述波纹管结构能够为封堵球通过三通换向阀时提供足够的挠度，同时能使封堵时封堵球的封堵位置主要集中在封堵球的两侧。

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