CN212294668U - 一种精准配灌浆控制系统 - Google Patents

Abstract

一种精准配灌浆控制系统，用于将原浆按照实际灌浆浆液密度需求进行二次配置，并按照灌浆施工要求将经配置后的浆液以系统预设的流量和压力精准灌入地层，包括上位机、与上位机通信连接的显示器和PLC逻辑控制器，以及与所述PLC逻辑控制器通信连接的采集单元和执行单元；所述执行单元控制进浆单元、配浆单元、灌浆单元和返浆单元协同配送浆。本申请全程自动化实现配浆、灌浆，能够对配灌浆全流程的参数进行监控采集，保证灌浆浆液密度、压力与预设方案匹配，执行精度高；同时，能够最大程度实现合格浆液的重复利用，大大缩小了浆液投入成本。

Description

一种精准配灌浆控制系统

技术领域

本实用新型涉及水利水电基础处理器械系统领域，尤其涉及基建灌浆送浆系统领域，具体涉及一种精准配灌浆控制系统。

背景技术

现代水利水电基础处理施工类型中，基础灌浆工程占有很大的比例。灌浆工程施工工序可大致分为钻孔和灌浆两大工序。具体到灌浆施工，其主要工序环节有：浆液的制备、浆液储存、浆液输送、二次配浆、浆液灌入地层、以及这些过程中的质量控制。

基础处理灌浆前有一道必须的配浆工序，即用原浆加清水的方式调制出需要的浆液密度。传统的配浆设备为人工加注、机械搅拌，配浆效率低，劳动强度大。

基础处理灌浆项目施工现场的配浆站往往离送浆站和制浆站比较远，有一定的距离。原浆通过管道长距离输送到配浆站并没有专门的设备进行监测，因为每一次送完浆或者管道清洗后，管道当中都会留下少许的浆液和冲洗水的混合物，待第二次送浆时会将管道中的余留混合物一并送出，进入配浆站，这就对原始的浆液造成了污染或者数据上面的不稳定性，不符合当代提出的精确配浆目标。

传统的配浆站有双层搅拌桶结构或者单个搅拌桶结构，但是大部分的设计是将搅拌电机和减速机直接安装在搅拌桶顶部，结构件与搅拌桶是一个整体，这种结构当电机工作时会引起搅拌桶有的振动，从而对搅拌桶上的传感器造成影响，增大了误差。

目前市场上已经提出了配浆系统的想法，但是用在基础处理施工中的水泥浆液配浆的系统并没有，怎样对原始浆液进行监测、怎样对灌浆后地下返浆的浆液进行监测、怎样将这些功能集成为一体的设备？目前并没有具体的实现方法和现有的设备。

综上所述，在分析现有设备的不足情况下，我们对带监测功能的集成化配浆系统及其实现方法进行研究，目的是要解决上述的问题，实现配浆自动化并且完善监测功能，确保配浆质量，推动基础处理施工设备的自动化程度。

实用新型内容

为了解决现有技术中采用传统人工配浆精度差，效率低，同时在较长时间灌浆过程中可能导致浆液沉降引起的密度不均等技术问题，本申请提供一种精准配灌浆控制系统，能够完全替代人工作业进行配浆，效率更高；通过称重传感器和流量计对各路浆液和清水进行双重剂量，确保配浆的送浆的精准度，使得最终灌浆质量可以按照预设施工计划进行实施。再者，本系统创造性的还设置有返浆单元和不同于现有技术的搅拌单元，使得整个过程中对于浆液的利用率和精准度相较于现有技术具有实质性的突破和显著进步。

为了达到上述目的，本申请所采用的技术方案为：

在对本系统工作原理进行说明之前，首先，申请人针对本系统的使用背景及上下游系统功能和完备流程进行简述。基础灌浆工程在水利水电基础处理中非常常见，其主要的工序环节依次包括：浆液的制备→浆液的储存→浆液的输送→二次配浆→浆液灌入地层。其中，

浆液的制备：浆液的制备是由制浆站或者制浆系统完成，将特定标号的水泥等固化粉末与水以特定的比例制备成的高浓度浆液，俗称原浆。

浆液的储存和输送：现有技术中主要由输浆管路通过需要输送浆液的上下游节点的工作人员通过协调和人工操作的方式进行输送浆液；而本实施例提供的技术方案即为替代现有的人工输送浆液的过程。

二次配浆和浆液灌入：配浆和灌浆一般由配浆站和灌浆站的设备完成，现有技术中，主流的依旧采用人工操作进行灌浆，灌浆的压力、流量的把控依旧存在对操作人员经验和判断的依赖；而配浆主要是借助于设备对原浆与水的混合比例进行控制实现对二次配浆密度的控制。

在释明上述基础灌浆工程工艺流程后，下面将针对性就本申请提供的自动配浆系统如何实现精准自动化配浆/送浆进行进一步的阐述。

本申请所述的配浆系统旨在替代上述“二次配浆和浆液灌入”的人工操作过程，以达到减员增效，参数采集和精度控制的目的。具体地：

一种精准配灌浆控制系统，用于将原浆按照实际灌浆浆液密度需求进行二次配置，并按照灌浆施工要求将经配置后的浆液以系统预设的流量和压力精准灌入地层，包括上位机、与上位机通信连接的显示器和PLC逻辑控制器，以及与所述PLC逻辑控制器通信连接的采集单元和执行单元；所述执行单元控制进浆单元、配浆单元、灌浆单元和返浆单元协同配送浆；通过采集单元将整个系统中涉及到的包括密度信息、流量信息等反馈至PLC逻辑控制器，并进一步发送至上位机处理和显示，同时，经过系统预设的参数对比后输出逻辑运算输出结果并发出执行指令至执行单元按照系统预设进行执行。值得说明的是，上述所提及的系统预设的参数具体是指在整个配灌浆过程中针对不同施工工地的地质实际情况，经地质勘探研究院等单位勘探后确定灌浆浆液密度后而决定的；具体参数由人为自定义，涉及的具体参数并非本申请所述控制系统要求保护和需要公开的内容，上述解释说明仅用于更好的理解本申请所述控制系统而提供条件。

所述采集单元包括原浆密度计、灌浆流量计、返浆流量计；分别用于采集获得进入系统的原浆浆液的密度值，以判别进入系统的原浆浆液是否符合二次配浆使用条件，并便于后续执行接收或者弃浆操作；灌浆流量计用于统计累计进行灌浆的浆液体积，一般以升为单位计量，返浆流量计用以统计返回浆液累计体积，通过计算灌浆浆液体积与返浆浆液体积之差，获得实际灌入地层的浆液体量。

所述执行单元包括第二原浆三通阀、原浆桶放浆阀门、配浆桶放浆阀门、返浆分配三通阀、排浆阀门和清水控制阀；

所述进浆单元包括与制浆站连通的原浆进浆口，以及依次连通的原浆密度计和第二原浆三通阀，所述PLC逻辑控制器根据原浆密度计检测并发送的密度值是否属于预设的合格原浆密度值范围，控制所述第二原浆三通阀分别将原浆导入原浆桶内或者导入弃浆管；

所述配浆单元包括配浆桶，进浆机构和进水机构，所述进浆机构包括设置于原浆桶底部通过原浆桶放浆阀门连通的放浆口，进水机构包括与水源连通的补水管，以及设置在补水管上用于控制清水补给量的清水控制阀。所述灌浆单元包括灌浆桶，设置于配浆桶底部用于连通配浆桶和灌浆桶的配浆桶放浆阀门；所述灌浆桶底部设置有灌浆管，所述灌浆管上沿浆液输送方向依次设置有排浆阀门、灌浆流量计和灌浆泵；当来自制浆站的原浆通过进浆口进入进浆单元后，首先经过原浆密度计进行原浆密度值检测，PLC逻辑控制器通过实时读取由原浆密度计检测到的原浆密度值并与预设的原浆密度值范围进行对比。若检测获取到的原浆密度值属于预设的原浆密度值范围之内，系统判定此时的原浆符合进浆条件，则第二原浆三通阀将原浆导入原浆桶中；若检测获取到的原浆密度值低于或者高于预设的原浆密度值范围，系统判定此时的原浆不符合进浆条件，则第二原浆三通阀将原浆导入弃浆管，此时的原浆进浆将不被允许。进浆单元起到的有益技术效果是对来浆进行判别和筛选，只允许符合系统预设的浆液进入到原浆桶中，否则将一律弃浆，避免了因不合格原浆进入到系统中导致后续的配浆质量不可控或者不合格；从而实现了从源头控制浆液的可靠性，为后续精准配浆、灌浆奠定坚实的基础。由于实际灌浆时使用的浆液密度将大大低于原浆密度，因此，在精准控制了原浆密度后，可以根据浆水混合比例计算获得指定密度的浆液，再辅以充分搅拌即可获得预设浆液密度。原浆与清水的进料分别通过PLC逻辑控制器向进浆机构和进水机构发送的指令控制，以实现原浆与清水按照预设比例混合，再通过搅拌单元施以充分搅拌获得二次配浆后的浆液，即灌浆浆液。

经配浆单元配置后的浆液通过配浆桶放浆阀门进入灌浆桶中，当需要灌浆时，打开排浆阀门并通过灌浆流量计，最终通过灌浆管将浆液通过灌浆泵灌入地层中。

所述返浆单元包括用于采集来自地层返回浆液的返浆管，以及沿返浆流动方向依次设于返浆管上的压力控制器和返浆流量计，以及分别导通灌浆桶和弃浆管的返浆分配三通阀。返浆单元是将来自于地层的返回浆液进行收集并再分配的机构，其工作原理是：通过返浆管与地层返浆口连通，使得地层返浆通过返浆管进入返浆单元，由于返浆单元设置有压力控制器，故而，当返浆浆液压力小于等于压力控制器时，返浆浆液将不能通过；反之，当返浆浆液压力大于压力控制器时，返浆浆液将通过压力控制器并通过返浆流量计统计返浆流量，最后由返浆分配三通阀将返浆导入弃浆管进行弃浆或者重新返回灌浆桶进行回收；弃浆和回收对应的返浆分配三通阀由PLC逻辑控制器预设逻辑控制，一般地，经过前期项目勘探地质情况，将预设前段返浆流量值为不合格浆液，当实际返浆流量值大于预设的弃浆流量值后，将默认后续返浆为合格返浆，不再具有掺杂其他杂质或水分；此时，PLC逻辑控制器将向返浆分配三通阀发送换向指令，使得返浆分配三通阀将返浆导入灌浆桶内重复利用。返浆单元的设定，同时兼顾了灌浆地层压力的控制、兼顾了返浆浆液的重复利用，从而降低浆液投入成本、还兼顾了返浆浆液质量筛分，保证了灌注浆液的质量。

所述搅拌单元为分别独立设置或者贯穿一体设置于所述原浆桶和配浆桶内用于搅拌原浆和/或配置浆液的搅拌装置。搅拌单元的作用在于保持原浆桶和配浆桶的浆液密度的均匀性，亦是现有配浆过程中所常用均浆手段，不做详述。

作为本申请的优选技术方案，具体地，所述配浆系统还包括循环检测单元，所述循环检测单元由通过循环管路相互连通的循环泵和灌浆密度计组成，所述循环泵的进口通过管路与所述排浆阀门的进口连通，所述灌浆密度计的出口通过管路与灌浆桶连通；所述灌浆密度计与PLC逻辑控制器通信连接。循环检测单元的作用包括以下两个:其一，利用循环泵将灌浆桶内的浆液循环流动，实现无振动匀浆；其二，由于循环检测单元的管路入口与排浆阀门连通，亦即是在排浆阀门出取浆，通过灌浆密度计的密度检测，能够获取到任一时间段所对应的灌浆浆液密度值信息，对于后续整个灌浆项目进行评估提供精准，可靠的数据参考。值得说明的是，灌浆密度计必须设置于排浆阀门的灌浆管路上，由于此处浆液流动方向不可逆，检测的数据符合实际灌浆浆液密度的客观事实，相较于现有的桶内取值而言，更加精准可靠；对于后续灌浆项目评估，灌浆全程数据回放、分析、项目效果评估预判提供可靠的数据依据。

优选地，所述进浆单元还包括设置在所述原浆进浆口与原浆密度计之间的第一原浆三通阀，所述第一原浆三通阀择一导通原浆密度计或用于连通另一进浆单元的旁通支管。当本配浆系统具有配浆任务时，第一原浆三通阀导通原浆进浆口和原浆密度计，即将原浆导入到进浆单元进行配浆；当本配浆系统没有配浆任务时，第一原浆三通阀将原浆导入旁通支管，所述旁通支管看似结构简单，但其与本配浆系统结合后具有突出的实质性特点；具体地，当本配浆系统没有配浆任务时，旁通支管连接另一配浆系统，同理，可以根据实际项目施工情况，理论上无限制的实现多个配浆系统连接；这一点改进对于配浆系统本身的配浆任务和流程并没有带来改变，但是对于制浆站与配浆站之间的制浆、送浆、配浆之间的协同就产生了巨大的有益效果。现有技术中，制浆站/送浆站与配浆站之间的管路往往都是采用一一对接连通输送或者统一输送分支连通，无论采用哪一种方式，在实现制浆站与配浆站之间都会产生较多的管路，增加管路安装和投入的直接成本；且主管路中的弯管和分支越多，将越容易导致管路堵塞，增加系统稳定性隐患或者增加冲洗成本。采用上述结构使得制浆站与配浆站之间只需要一条管路即可实现多配浆系统联合工作，可大大节省整个制浆、送浆和配浆流程中的输送成本。

优选地，所述配浆单元还包括设置在原浆桶底部用于检测原浆桶实时重量并将信息发送至PLC逻辑控制器的原浆桶称重传感器和设置于配浆桶底部用于检测配浆桶实时重量并将信息发送至PLC逻辑控制器的配浆桶称重传感器。原浆桶称重传感器的作用和工作原理和配浆桶称重传感器的作用和原理相同，只是二者针对的对象不同，分别是原浆桶内的原浆浆液和配浆桶内的经过二次配浆后的配浆浆液。以原浆桶称重传感器为例，起作用有两个:其一，根据实时向PLC逻辑控制器发送实际检测的重量与系统预设的空载重量和满载重量进行对比，以及时的发出空浆或者溢处的告警；其二，精准的进行配重，由于二次配浆需要原浆与清水之间的精准质量配比，因此，可以通过原浆桶称重传感器减少的原浆质量获知进入到配浆桶内的原浆重量；同理，当原浆桶处于进浆状态时，亦可以通过采集配浆桶称重传感器增加的数值读取原浆或者清水质量的增加量，从而达到精准配浆的技术效果。

优选地，所述返浆管与压力控制器之间还设置有用于检测返浆浆液密度并将返浆检测密度值实时发送至PLC逻辑控制器的返浆密度计，所述返浆分配三通阀根据PLC逻辑控制器对比返浆检测密度值是否属于灌浆密度值范围向返浆分配三通阀发出控制指令；

当返浆检测密度值属于灌浆密度值预设范围，则返浆分配三通阀将返浆浆液导入灌浆桶；当返浆检测密度值不属于灌浆密度值预设范围，则返浆分配三通阀将返浆浆液导入弃浆管。

优选地，所述搅拌单元包括竖直安装在原浆桶上方并固定于配浆系统的主体框架上的驱动装置和搅拌装置，所述搅拌装置包括与所述驱动装置驱动连接并置于原浆桶内的第一搅拌器和贯穿所述原浆桶底部并延伸至所述配浆桶内与第一搅拌器同轴转动的第二搅拌器，所述第二搅拌器与原浆桶底部之间设有滑动密封机构。

优选地，还包括空压机，所述第一原浆三通阀、第二原浆三通阀、原浆桶放浆阀门、配浆桶放浆阀门、压力控制器、返浆分配三通阀、返浆分配三通阀、清水控制阀和排浆阀门均采用气动阀门且与空压机连接，根据所述PLC逻辑控制器发出的通断指令执行开闭动作。

优选地，所述灌浆桶底部还设置有用于实时监测灌浆桶重量的灌浆桶称重传感器。

为提高数据的精准性，优选地，所述原浆桶称重传感器、配浆桶称重传感器和灌浆桶称重传感器均为三个，且均采用等间距分别安装于所述原浆桶、配浆桶和灌浆桶底部。

有益效果

本系统创新提出了利用密度传感器对原始浆液的浆液密度进行监测，解决了现有装置没有对原始浆液进行质量监控的缺陷。同时，针对采取循环灌浆方法时，因浆液在循环过程中其密度会出现变化，以至于浆液密度超出允许的变化范围的问题；本系统创新提出了利用密度传感器对灌浆桶浆液密度进行实时监测，同时，对返浆密度进行判别，避免不合格返浆重新进入灌浆桶，也避免合格返浆被弃浆浪费，使得灌浆资源利用率高，成本效益好。

本系统的搅拌单元，创新提出减速机和电机单独固定在机架上，有别于传统的减速机和电机直接固定在浆桶上，避免电机工作时振动对相应浆桶上传感器造成影响。

本系统同时还提供了灌浆流量计和返浆流量计，通过PLC逻辑控制器中的PLC程序计算可以精确知道灌入地层的浆液总量和实时灌注率(灌入地层的浆液参数＝灌浆流量计参数-返浆流量计参数)，为灌浆的后期分析提供真实的技术资料。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请控制结构框图；

图2是本申请的立体结构示意图(隐藏部分主体框架)；

图3是图1的另一视觉方位轴测图；

图4是去除主体框架后的立体结构图；

图5是图3的另一视觉方位轴测图；

图6是图3的另一视觉方位立体图。

图中：0-空压机；1-原浆进浆口；2-第一原浆三通阀；3-原浆密度计；4-第二原浆三通阀；5-弃浆管；6-驱动装置；7-搅拌装置；8-原浆桶；9-原浆桶放浆阀门；10-原浆桶称重传感器；11-配浆桶；12-配浆桶称重传感器；13-配浆桶放浆阀门；14-灌浆桶；15-灌浆桶称重传感器；16-返浆管；17-返浆密度计；18-压力控制器；19-返浆流量计；20-返浆分配三通阀；21-灌浆密度计；22-循环泵；23-排浆阀门；24-灌浆流量计；25-灌浆管；26-补水管；27-清水控制阀；28-灌浆泵。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例1：

结合图1-6示出的一种精准配灌浆控制系统，用于将原浆按照实际灌浆浆液密度需求进行二次配置，并按照灌浆施工要求将经配置后的浆液以系统预设的流量和压力精准灌入地层，包括上位机、与上位机通信连接的显示器和PLC逻辑控制器，以及与所述PLC逻辑控制器通信连接的采集单元和执行单元；所述执行单元控制进浆单元、配浆单元、灌浆单元和返浆单元协同配送浆；

所述采集单元包括原浆密度计3、灌浆流量计24、返浆流量计19；

所述执行单元包括第二原浆三通阀4、原浆桶放浆阀门9、配浆桶放浆阀门13、返浆分配三通阀20、排浆阀门23和清水控制阀27；

所述进浆单元包括与制浆站连通的原浆进浆口1，以及依次连通的原浆密度计3和第二原浆三通阀4，所述PLC逻辑控制器根据原浆密度计3检测并发送的密度值是否属于预设的合格原浆密度值范围，控制所述第二原浆三通阀4分别将原浆导入原浆桶8内或者导入弃浆管5；所述配浆单元包括配浆桶11，进浆机构和进水机构，所述进浆机构包括设置于原浆桶8底部通过原浆桶放浆阀门9连通的放浆口，进水机构包括与水源连通的补水管26，以及设置在补水管26上用于控制清水补给量的清水控制阀27；所述灌浆单元包括灌浆桶14，设置于配浆桶11底部用于连通配浆桶11和灌浆桶14的配浆桶放浆阀门13；所述灌浆桶14底部设置有灌浆管25，所述灌浆管25上沿浆液输送方向依次设置有排浆阀门23、灌浆流量计24和灌浆泵28；所述返浆单元包括用于采集来自地层返回浆液的返浆管16，以及沿返浆流动方向依次设于返浆管16上的返浆压力表、压力控制器18和返浆流量计19，以及分别导通灌浆桶14和弃浆管5的返浆分配三通阀20；以及搅拌单元，包括分别独立设置或者贯穿一体设置于所述原浆桶8和配浆桶11内用于搅拌原浆和/或配置浆液的搅拌装置7。通过采集单元将整个系统中涉及到的包括密度信息、流量信息等反馈至PLC逻辑控制器，并进一步发送至上位机处理和显示，同时，经过系统预设的参数对比后输出逻辑运算输出结果并发出执行指令至执行单元按照系统预设进行执行。值得说明的是，上述所提及的系统预设的参数具体是指在整个配灌浆过程中针对不同施工工地的地质实际情况，经地质勘探研究院等单位勘探后确定灌浆浆液密度后而决定的；具体参数由人为自定义，涉及的具体参数并非本申请所述控制系统要求保护和需要公开的内容，上述解释说明仅用于更好的理解本申请所述控制系统而提供条件。

原浆密度计3用于采集获得进入系统的原浆浆液的密度值，以判别进入系统的原浆浆液是否符合二次配浆使用条件，并便于后续执行接收或者弃浆操作；灌浆流量计24用于统计累计进行灌浆的浆液体积，一般以升为单位计量，返浆流量计19用以统计返回浆液累计体积，通过计算灌浆浆液体积与返浆浆液体积之差，获得实际灌入地层的浆液体量。

当来自制浆站的原浆通过原浆进浆口1进入进浆单元后，首先经过原浆密度计3进行原浆密度值检测，PLC逻辑控制器通过实时读取由原浆密度计3检测到的原浆密度值并与预设的原浆密度值范围进行对比。若检测获取到的原浆密度值属于预设的原浆密度值范围之内，系统判定此时的原浆符合进浆条件，则第二原浆三通阀4将原浆导入原浆桶8中；若检测获取到的原浆密度值低于或者高于预设的原浆密度值范围，系统判定此时的原浆不符合进浆条件，则第二原浆三通阀4将原浆导入弃浆管5，此时的原浆进浆将不被允许。进浆单元起到的有益技术效果是对来浆进行判别和筛选，只允许符合系统预设的浆液进入到原浆桶8中，否则将一律弃浆，避免了因不合格原浆进入到系统中导致后续的配浆质量不可控或者不合格；从而实现了从源头控制浆液的可靠性，为后续精准配浆、灌浆奠定坚实的基础。由于实际灌浆时使用的浆液密度将低于原浆密度，因此，在精准控制了原浆密度后，可以根据浆水混合比例计算获得指定密度的浆液，再辅以充分搅拌即可获得预设浆液密度。原浆与清水的进料分别通过PLC逻辑控制器向进浆机构和进水机构发送的指令控制，以实现原浆与清水按照预设比例混合，再通过搅拌单元施以充分搅拌获得二次配浆后的浆液，即灌浆浆液。

经配浆单元配置后的浆液通过配浆桶11放浆阀门进入灌浆桶14中，当需要灌浆时，打开排浆阀门并通过灌浆流量计，最终通过灌浆管将浆液通过灌浆泵28灌入地层中。

返浆单元是将来自于地层的返回浆液进行收集并再分配的机构，其工作原理是：通过返浆管16与地层返浆口连通，使得地层返浆通过返浆管进入返浆单元，由于返浆单元设置有压力控制器18，故而，当返浆浆液压力小于等于压力控制器18时，返浆浆液将不能通过；反之，当返浆浆液压力大于压力控制器18时，返浆浆液将通过压力控制器18并通过返浆流量计19统计返浆流量，最后由返浆分配三通阀20将返浆导入弃浆管5进行弃浆或者重新返回灌浆桶14进行回收；弃浆和回收对应的返浆分配三通阀20由PLC逻辑控制器预设逻辑控制，一般地，经过前期项目勘探地质情况，将预设前段返浆流量值为不合格浆液，当实际返浆流量值大于预设的弃浆流量值后，将默认后续返浆为合格返浆，不再具有掺杂其他杂质或水分；此时，PLC逻辑控制器将向返浆分配三通阀20发送换向指令，使得返浆分配三通阀20将返浆导入灌浆桶14内重复利用。返浆单元的设定，同时兼顾了灌浆地层压力的控制、兼顾了返浆浆液的重复利用，从而降低浆液投入成本、还兼顾了返浆浆液质量筛分，保证了灌注浆液的质量。

搅拌单元的作用在于保持原浆桶8和配浆桶11的浆液密度的均匀性，亦是现有配浆过程中所常用均浆手段，不做详述。

实施例2：

作为本申请的优选实施例，在实施例1的机构和原理基础上，进一步结合附图4所示结构，所述配浆系统还包括循环检测单元，所述循环检测单元由通过循环管路相互连通的循环泵22和灌浆密度计21组成，所述循环泵22的进口通过管路与所述排浆阀门23的进口连通，所述灌浆密度计21的出口通过管路与灌浆桶14连通；所述灌浆密度计21与PLC逻辑控制器通信连接。循环检测单元的作用包括以下两个:其一，利用循环泵22将灌浆桶14内的浆液循环流动，实现无振动匀浆；其二，由于循环检测单元的管路入口与排浆阀门23连通，亦即是在排浆阀门23出取浆，通过灌浆密度计21的密度检测，能够获取到任一时间段所对应的灌浆浆液密度值信息，对于后续整个灌浆项目进行评估提供精准，可靠的数据参考。值得说明的是，灌浆密度计21必须设置于排浆阀门23的灌浆管路上，由于此处浆液流动方向不可逆，检测的数据符合实际灌浆浆液密度的客观事实，相较于现有的桶内取值而言，更加精准可靠；对于后续灌浆项目评估，灌浆全程数据回放、分析、项目效果评估预判提供可靠的数据依据。

实施例3：

在实施例1或实施例2的基础上，进一步优化结构设计，结合附图2-4所示，具体地，所述进浆单元还包括设置在所述原浆进浆口1与原浆密度计3之间的第一原浆三通阀2，所述第一原浆三通阀2择一导通原浆密度计3或用于连通另一进浆单元的旁通支管。

工作原理及有益效果阐述：

当本配浆系统具有配浆任务时，第一原浆三通阀2导通原浆进浆口1和原浆密度计3，即将原浆导入到进浆单元进行配浆；当本配浆系统没有配浆任务时，第一原浆三通阀2将原浆导入旁通支管，所述旁通支管看似结构简单，但其与本配浆系统结合后具有突出的实质性特点；具体地，当本配浆系统没有配浆任务时，旁通支管连接另一配浆系统，同理，可以根据实际项目施工情况，理论上无限制的实现多个配浆系统连接；这一点改进对于配浆系统本身的配浆任务和流程并没有带来改变，但是对于制浆站与配浆站之间的制浆、送浆、配浆之间的协同就产生了巨大的有益效果。现有技术中，制浆站/送浆站与配浆站之间的管路往往都是采用一一对接连通输送或者统一输送分支连通，无论采用哪一种方式，在实现制浆站与配浆站之间都会产生较多的管路，增加管路安装和投入的直接成本；且主管路中的弯管和分支越多，将越容易导致管路堵塞，增加系统稳定性隐患或者增加冲洗成本。采用上述结构使得制浆站与配浆站之间只需要一条管路即可实现多配浆系统联合工作，可大大节省整个制浆、送浆和配浆流程中的输送成本。

本实例中，作为配浆精度的优化方案，所述配浆单元还包括设置在原浆桶8底部用于检测原浆桶8实时重量并将信息发送至PLC逻辑控制器的原浆桶称重传感器10和设置于配浆桶11底部用于检测配浆桶11实时重量并将信息发送至PLC逻辑控制器的配浆桶称重传感器12。原浆桶称重传感器10的作用和工作原理和配浆桶称重传感器12的作用和原理相同，只是二者针对的对象不同，分别是原浆桶8内的原浆浆液和配浆桶11内的经过二次配浆后的配浆浆液。以原浆桶称重传感器10为例，起作用有两个:其一，根据实时向PLC逻辑控制器发送实际检测的重量与系统预设的空载重量和满载重量进行对比，以及时的发出空浆或者溢处的告警；其二，精准的进行配重，由于二次配浆需要原浆与清水之间的精准质量配比，因此，可以通过原浆桶称重传感器10减少的原浆质量获知进入到配浆桶11内的原浆重量；同理，当原浆桶8处于进浆状态时，亦可以通过采集配浆桶称重传感器12增加的数值读取原浆或者清水质量的增加量，从而达到精准配浆的技术效果。

由于进入到原浆桶8内的原浆密度经原浆密度计3精确采集，当需要按照系统预设比例，譬如原浆体积与清水体积之比V浆：V水＝5:2时，则根据v＝m/ρ可知，M浆/ρ浆：M水/ρ水＝5:2，其中，ρ浆，ρ水均属已知，则可以通过配浆桶称重传感器12依次获得原浆与水的进入量，直到浆水比例达到系统预设条件时停止进水或进浆；值得说明的是，由于通过称重获取信息，则必须将原浆和清水的进水时段进行分割，只能独立的择一进水或者进浆，而不能同时进入配浆桶11，否则将不能获取精准的浆水配比。

实施例4：

在实施例3的结构原理及附图的基础上做进一步优化，所述返浆管16与压力控制器18之间还设置有用于检测返浆浆液密度并将返浆检测密度值实时发送至PLC逻辑控制器的返浆密度计17，所述返浆分配三通阀20根据PLC逻辑控制器对比返浆检测密度值是否属于灌浆密度值范围向返浆分配三通阀20发出控制指令；

当返浆检测密度值属于灌浆密度值预设范围，则返浆分配三通阀20将返浆浆液导入灌浆桶14；当返浆检测密度值不属于灌浆密度值预设范围，则返浆分配三通阀20将返浆浆液导入弃浆管5。所述搅拌单元包括竖直安装在原浆桶8上方并固定于配浆系统的主体框架上的驱动装置6和搅拌装置7，所述搅拌装置7包括与所述驱动装置6驱动连接并置于原浆桶8内的第一搅拌器和贯穿所述原浆桶8底部并延伸至所述配浆桶11内与第一搅拌器同轴转动的第二搅拌器，所述第二搅拌器与原浆桶8底部之间设有滑动密封机构。本实施例中的搅拌单元设置于主体框架上，与原浆桶8和配浆桶11均不物理接触，在驱动装置6的驱动作用下，并不会将振动直接传递到原浆桶8和配浆桶11上，这将从根本上避免了因驱动装置6工作产生的振动导致称重传感器的数据失真问题。驱动装置6可以采用现有的减速机和电机组合实现。

本实施例中，还包括空压机0，所述第一原浆三通阀2、第二原浆三通阀4、原浆桶放浆阀门9、配浆桶放浆阀门13、压力控制器18、返浆分配三通阀20、清水控制阀27和排浆阀门23均采用气动阀门且与空压机0连接，根据所述PLC逻辑控制器发出的通断指令执行开闭动作。

本实施例中，所述灌浆桶14底部还设置有用于实时监测灌浆桶14重量的灌浆桶称重传感器15。

为提高数据的精准性，优选地，所述原浆桶称重传感器10、配浆桶称重传感器12和灌浆桶称重传感器15均为三个，且均采用等间距分别安装于所述原浆桶8、配浆桶11和灌浆桶14底部。

实施例5：

本实施例结合附图1-6所示，将本申请的整个配灌浆流程进行阐述，本实施例中所述的配灌浆所涉及的结构部分默认为直接与上游供应原浆的制浆站出口连通，则不涉及到第一原浆三通阀2向后续的其他配灌浆系统进行送浆的流程。

首先，上位机通过原浆桶称重传感器10采集到空桶或者原浆余量不足时，原浆通过原浆进浆口1通过原浆密度计3，原浆密度计3将原浆密度发送至PLC逻辑控制器进行对比运算，择一输出浆液合格/不合格的不同指令。

若原浆浆液密度合格，则向第一电磁阀发送开启信号，第二电磁阀关闭，开启第一原浆三通阀2并导入原浆桶8；若不合格，则导入弃浆管5进行弃浆，知道密度合格为止；第一原浆三通阀2将实际开启位置反馈至PLC逻辑控制器，若符合预设开启位置则停止；若不符合重新发出指令。

原浆进入原浆桶8且液面符合预设条件最高值后，液面控制可以通过原浆桶称重传感器通过总的质量确定，亦可安装液位传感器直接采集均可实现。当需要进行二次配浆时，PLC逻辑控制器向第三电磁阀和第四电磁阀分别发送开启和关闭指令，打开原浆桶放浆阀门9，使得原浆在重力和自身压强作用下流入配浆桶11中直到达到系统预设原浆值后关闭，进入配浆桶11的量则通过配浆桶称重传感器12称重实现；然后开启清水控制阀27由第十三、十四电磁阀控制注入清水，直至原浆与清水比例达到预设条件，详情见实施例3所述。经搅拌均匀后，开启配浆桶放浆阀门13由第七、八电磁阀控制，将经二次配浆后的浆液放入灌浆桶14备用。

当需要进行灌浆时开启排浆阀门23由第十一、十二电磁阀控制，当然亦可采用如图4所示的手动阀门，则这样将降低本申请整体的自动化程度。并向灌浆泵28发出灌浆指令进行灌浆。值得说明的是，本申请中结合图1所示的第一电磁阀-第十四电磁阀分别两两控制一个双通或者三通的阀门工作原理相同，则为市售带位置反馈的现有阀门，其阀门自身的电器原理并非本申请所创，故而对于内部工作原理及结构不做详述。现有技术中可有多种，诸如齿条气动阀、隔膜气动阀、活塞气动阀用以替代，气源由空压机0提供，气体的通断由PLC逻辑控制器通过控制所述第一电磁阀-第十四电磁阀实现。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种精准配灌浆控制系统，用于将原浆按照实际灌浆浆液密度需求进行二次配置，并按照灌浆施工要求将经配置后的浆液以系统预设的流量和压力精准灌入地层，其特征在于：

包括上位机、与上位机通信连接的显示器和PLC逻辑控制器，以及与所述PLC逻辑控制器通信连接的采集单元和执行单元；所述执行单元控制进浆单元、配浆单元、灌浆单元和返浆单元协同配送浆；

所述采集单元包括灌浆流量计(24)、返浆流量计(19)、原浆密度计(3)；

所述执行单元包括第二原浆三通阀(4)、原浆桶放浆阀门(9)、配浆桶放浆阀门(13)、返浆分配三通阀(20)、排浆阀门(23)和清水控制阀(27)；

所述进浆单元包括与制浆站连通的原浆进浆口(1)，以及依次连通的原浆密度计(3)和第二原浆三通阀(4)，所述PLC逻辑控制器根据原浆密度计(3)检测并发送的密度值是否属于预设的合格原浆密度值范围，控制所述第二原浆三通阀(4)分别将原浆导入原浆桶(8)内或者导入弃浆管(5)；所述配浆单元包括配浆桶(11)，进浆机构和进水机构，所述进浆机构包括设置于原浆桶(8)底部通过原浆桶放浆阀门(9)连通的放浆口，进水机构包括与水源连通的补水管(26)，以及设置在补水管(26)上用于控制清水补给量的清水控制阀(27)；所述灌浆单元包括灌浆桶(14)，设置于配浆桶(11)底部用于连通配浆桶(11)和灌浆桶(14)的配浆桶放浆阀门(13)；所述灌浆桶(14)底部设置有灌浆管(25)，所述灌浆管(25)上沿浆液输送方向依次设置有排浆阀门(23)、灌浆流量计(24)和灌浆泵(28)；所述返浆单元包括用于采集来自地层返回浆液的返浆管(16)，以及沿返浆流动方向依次设于返浆管(16)上的返浆压力表、压力控制器(18)和返浆流量计(19)，以及分别导通灌浆桶(14)和弃浆管(5)的返浆分配三通阀(20)；以及搅拌单元，包括分别独立设置或者贯穿一体设置于所述原浆桶(8)和配浆桶(11)内用于搅拌原浆和/或配置浆液的搅拌装置(7)。

2.根据权利要求1所述的一种精准配灌浆控制系统，其特征在于:还包括循环检测单元，所述循环检测单元由通过循环管路相互连通的循环泵(22)和灌浆密度计(21)组成，所述循环泵(22)的进口通过管路与所述排浆阀门(23)的进口连通，所述灌浆密度计(21)的出口通过管路与灌浆桶(14)连通；所述灌浆密度计(21)与PLC逻辑控制器通信连接；所述进浆单元还包括设置在所述原浆进浆口(1)与原浆密度计(3)之间的第一原浆三通阀(2)，所述第一原浆三通阀(2)择一导通原浆密度计(3)或用于连通另一进浆单元的旁通支管。

3.根据权利要求2所述的一种精准配灌浆控制系统，其特征在于:所述配浆单元还包括设置在原浆桶(8)底部用于检测原浆桶(8)实时重量并将信息发送至PLC逻辑控制器的原浆桶称重传感器(10)和设置于配浆桶(11)底部用于检测配浆桶(11)实时重量并将信息发送至PLC逻辑控制器的配浆桶称重传感器(12)。

4.根据权利要求3所述的一种精准配灌浆控制系统，其特征在于:所述返浆管(16)与压力控制器(18)之间还设置有用于检测返浆浆液密度并将返浆检测密度值实时发送至PLC逻辑控制器的返浆密度计(17)，所述返浆分配三通阀(20)根据PLC逻辑控制器对比返浆检测密度值是否属于灌浆密度值范围向返浆分配三通阀(20)发出控制指令；当返浆检测密度值属于灌浆密度值预设范围，则返浆分配三通阀(20)将返浆浆液导入灌浆桶(14)；当返浆检测密度值不属于灌浆密度值预设范围，则返浆分配三通阀(20)将返浆浆液导入弃浆管(5)。

5.根据权利要求4所述的一种精准配灌浆控制系统，其特征在于:所述搅拌单元包括竖直安装在原浆桶(8)上方并固定于配浆系统的主体框架上的驱动装置(6)和搅拌装置(7)，所述搅拌装置(7)包括与所述驱动装置(6)驱动连接并置于原浆桶(8)内的第一搅拌器和贯穿所述原浆桶(8)底部并延伸至所述配浆桶(11)内与第一搅拌器同轴转动的第二搅拌器，所述第二搅拌器与原浆桶(8)底部之间设有滑动密封机构。

6.根据权利要求5所述的一种精准配灌浆控制系统，其特征在于：还包括空压机(0)，所述第一原浆三通阀(2)、第二原浆三通阀(4)、原浆桶放浆阀门(9)、配浆桶放浆阀门(13)、压力控制器(18)、返浆分配三通阀(20)、清水控制阀(27)和排浆阀门(23)均采用气动阀门且与空压机(0)连接，根据所述PLC逻辑控制器发出的通断指令执行开闭动作。

7.根据权利要求6所述的一种精准配灌浆控制系统，其特征在于：所述灌浆桶(14)底部还设置有用于实时监测灌浆桶(14)重量的灌浆桶称重传感器(15)。

8.根据权利要求7所述的一种精准配灌浆控制系统，其特征在于：所述原浆桶称重传感器(10)、配浆桶称重传感器(12)和灌浆桶称重传感器(15)均为三个，且均采用等间距分别安装于所述原浆桶(8)、配浆桶(11)和灌浆桶(14)底部。

9.根据权利要求8所述的一种精准配灌浆控制系统，其特征在于：所述第二原浆三通阀(4)、原浆桶放浆阀门(9)、配浆桶放浆阀门(13)、返浆分配三通阀(20)、排浆阀门(23)和清水控制阀(27)均分别通过两个电磁阀控制开启/关闭并将开启/关闭的执行位置状态反馈至所述PLC逻辑控制器。

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