專利名稱：一種離心式水泵智能真空充水檢測裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種檢測裝置及其方法，尤其是一種離心式水泵智能真空充水檢測裝
置及其方法。
背景技術(shù)：
許多工礦企業(yè)均設(shè)有供排水系統(tǒng)。例如，在煤炭生產(chǎn)企業(yè)設(shè)有多臺中央排水泵，用 于排出開采煤炭過程中的井下涌水；在城市自來水廠也設(shè)有大型供水泵向生活供水管網(wǎng)供 水等。這類泵均采用離心式水泵，在啟動水泵前必須先將泵體腔內(nèi)的空氣排出，也即加注引 水裝置。 現(xiàn)有技術(shù)中，一般采用水循環(huán)式真空泵抽真空方式實現(xiàn)注引水。在煤礦除了采用 真空泵以外，還采用另外一種方式也即射流器抽真空。這兩種方式的目的在水泵腔體內(nèi)形 成負(fù)壓，利用大氣壓將水倉(水池)水壓入吸水管和泵體內(nèi)。等到水泵腔體內(nèi)全部灌滿水， 才可啟動水泵電機(jī)，否則會因為抽真空不徹底造成氣蝕或水泵無水空轉(zhuǎn)，水泵會很快損壞。
人工開啟水泵雖然可以根據(jù)經(jīng)驗通過觀察泵體上面的放氣閥或真空表等來判斷 抽真空是否灌滿水。但是，隨著自動化系統(tǒng)的普及或要求，啟動水泵時需要自動完成水泵的 抽真空等工作。如何準(zhǔn)確的判斷真空達(dá)到啟泵要求，是自動化檢測中成敗的關(guān)鍵點。
常規(guī)的應(yīng)用為根據(jù)設(shè)定的水倉水位，有了啟動水泵的設(shè)置水位值，如圖1所示，當(dāng) 實際水位達(dá)到設(shè)定水位時，水泵泵體上頂部距離液面高度即可計算出為H，假設(shè)水泵的各位 置均密封很好，吸水口等也無任何阻力，則當(dāng)抽真空負(fù)壓值到達(dá)H高水柱值時即注引水完 成，可以啟動水泵。 但是，這種判斷處理方式，一般均是不成功的。實際情況為達(dá)到此真空度值時，還 沒有灌滿引水，甚至泵體內(nèi)一點水也沒有。究其原因為泵體的密封受多種因素的影響，如 水泵軸承的密封狀況、抽真空管路接頭的密封、吸水口的阻力等。 有的為了克服上述問題，采用定時長抽真空措施，在一定程度上能避免沒有注滿 引水啟動水泵問題。但是，在水泵密封變差時，還會有上述誤啟動的問題，同時，其啟泵時間 較長。 因此，需要一種新的離心式水泵智能真空充水檢測裝置及其方法以更好的解決離 心式水泵的無人值守的智能啟動問題。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明致力于更好的解決離心式水泵的無人值守的智能啟動問題，提 出了一種離心式水泵智能真空充水檢測裝置及其方法。 根據(jù)本發(fā)明第一方面，提供了一種離心式水泵智能真空充水檢測裝置。該裝置包 括壓力傳感器、信號處理裝置、單片機(jī)、液晶顯示裝置、報警裝置、按鍵輸入裝置、控制輸入 裝置以及注引水狀態(tài)輸出裝置； 其中，控制輸入裝置，通過接收外部注引水啟動信號，完成對真空充水檢測裝置的啟動； 真空充水檢測裝置啟動后，壓力傳感器獲得水泵腔內(nèi)的壓力信號，并經(jīng)過信號處 理裝置對壓力信號進(jìn)行處理，送入單片機(jī)進(jìn)行檢測； 單片機(jī)對檢測的結(jié)果進(jìn)行分類，分別傳送給報警裝置和注引水狀態(tài)輸出裝置；
液晶顯示裝置同步顯示壓力信號以及檢測的結(jié)果；
按鍵輸入裝置設(shè)置有工作模式、數(shù)據(jù)加、數(shù)據(jù)減的按鍵。
上述單片機(jī)對壓力信號進(jìn)行檢測包括如下處理過程
設(shè)置壓力峰值的差值閾值和兩個常數(shù)閾值； 單片機(jī)依據(jù)壓力傳感器的采樣頻率確定壓力信號在每個采樣周期內(nèi)的壓力峰 值； 確定前后采樣周期內(nèi)的壓力峰值的絕對差值不小于差值閾值的次數(shù)是否不小于 第一常數(shù)閾值。
上述檢測結(jié)果的分類及傳送具體為 前后采樣周期內(nèi)的壓力峰值的絕對差值不小于差值閾值的次數(shù)不小于第一常數(shù) 閾值時，為注引水成功信號，并把該信號傳送給注引水狀態(tài)輸出裝置； 前后采樣周期內(nèi)的壓力峰值的絕對差值與差值閾值進(jìn)行比較的次數(shù)不小于第二 常數(shù)閾值時，為注引水不成功信號，并把該信號傳送給報警裝置。 根據(jù)本發(fā)明第二方面，提供了一種離心式水泵智能真空充水檢測方法。該方法包 括如下步驟 接收外部注引水啟動信號后，由壓力傳感器獲得水泵腔內(nèi)的壓力信號；
對上述壓力信號進(jìn)行信號處理，并進(jìn)行檢測；
對檢測結(jié)果進(jìn)行分類，并根據(jù)分類進(jìn)行輸出。
上述對經(jīng)過信號處理后的壓力信號進(jìn)行檢測包括如下處理過程
設(shè)置壓力峰值的差值閾值和兩個常數(shù)閾值； 單片機(jī)依據(jù)壓力傳感器的采樣頻率確定壓力信號在每個采樣周期內(nèi)的壓力峰 值； 確定前后采樣周期內(nèi)的壓力峰值的絕對差值不小于差值閾值的次數(shù)是否不小于 第一常數(shù)閾值。
上述檢測結(jié)果的分類及輸出具體為 前后采樣周期內(nèi)的壓力峰值的絕對差值不小于差值閾值的次數(shù)不小于第一常數(shù) 閾值時，為注引水成功信號，作為水泵啟動信號輸出； 前后采樣周期內(nèi)的壓力峰值的絕對差值與差值閾值進(jìn)行比較的次數(shù)不小于第二
常數(shù)閾值時，為注引水不成功信號，進(jìn)行報警提示。 本發(fā)明的有益效果是 本發(fā)明提供了一種離心式水泵智能真空充水檢測裝置及其方法，解決了水泵啟動 前注引水的判斷問題，較好的實現(xiàn)了水泵無人值守的智能啟動；同時，還具有注引水不成功 進(jìn)行報警的功能，更加人性化。


下面將參照附圖對本發(fā)明的具體實施方案進(jìn)行更詳細(xì)的說明，其中 圖1是現(xiàn)有裝置圖； 圖2是本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)圖； 圖3是本發(fā)明的智能控制處理流程圖；以及 圖4是本發(fā)明的注引水判斷處理子程序處理流程圖。
具體實施例方式
為了解決現(xiàn)有離心式水泵的無人值守的智能啟動問題，本發(fā)明提供了一種離心式
水泵智能真空充水檢測裝置及其方法。接下來具體說明該裝置及其方法。 圖2示出本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)圖。如圖2所示，該智能真空充水檢測裝置包括壓力
傳感器1、信號處理裝置2及3、單片機(jī)6、液晶顯示裝置7、報警裝置8、按鍵輸入裝置4、控
制輸入裝置5以及注引水狀態(tài)輸出裝置9。 接下來說明其工作的過程 控制輸入裝置5通過接收外部注引水啟動信號，完成對真空充水檢測裝置的啟 動。 真空充水檢測裝置啟動后，壓力傳感器1獲得水泵腔內(nèi)的壓力信號，并經(jīng)過信號 處理裝置2和3對壓力信號進(jìn)行處理，送入單片機(jī)6進(jìn)行檢測。 單片機(jī)6對檢測的結(jié)果進(jìn)行分類，分別傳送給報警裝置8和注引水狀態(tài)輸出裝置9。
液晶顯示裝置7同步顯示壓力信號以及檢測的結(jié)果。 按鍵輸入裝置4設(shè)置有工作模式、數(shù)據(jù)加、數(shù)據(jù)減的按鍵。每個工作模式對應(yīng)著不 同的差值閾值P^和不同的兩個常數(shù)閾值Ns^、Ns^對應(yīng)值，其取值可根據(jù)泵體的實際情況 進(jìn)行調(diào)試或標(biāo)定。 上述單片機(jī)6對壓力信號進(jìn)行檢測包括如下處理過程
設(shè)置壓力峰值的差值閾值Psrt和兩個常數(shù)閾值Nsrtl、 Nsrt2 ; 單片機(jī)6依據(jù)壓力傳感器的采樣頻率確定壓力信號在每個采樣周期內(nèi)的壓力峰 值； 確定前后采樣周期內(nèi)的壓力峰值的絕對差值不小于差值閾值P^的次數(shù)是否不小 于第一常數(shù)閾值N^『 上述檢測結(jié)果的分類及傳送具體為 前后采樣周期內(nèi)的壓力峰值的絕對差值不小于差值閾值P^的次數(shù)不小于第一常 數(shù)閾值Nsetl時，為注引水成功信號，單片機(jī)6并把該信號傳送給注引水狀態(tài)輸出裝置9 ;
前后采樣周期內(nèi)的壓力峰值的絕對差值與差值閾值P^進(jìn)行比較的次數(shù)不小于第 二常數(shù)閾值Nsrt2時，為注引水不成功信號，單片機(jī)6并把該信號傳送給報警裝置8。
上述壓力傳感器1采用擴(kuò)散硅結(jié)構(gòu)的橋式應(yīng)變片，與泵腔體相連通。
上述智能真空充水檢測裝置還包括 變換輸出裝置10，其包括濾波電路和電流變送器，與單片機(jī)6進(jìn)行連接并為其提 供電源，同時，將單片機(jī)6接收的壓力信號轉(zhuǎn)換為4-20mA的電流信號，為液晶顯示裝置7實 時提供壓力的電流信號。
上述信號處理裝置包括信號放大器2和二階低通有源濾波器3。 上述報警裝置8為報警指示燈，可以在抽真空超時或泵密封異常時給出報警提示。 上述單片機(jī)包括32k存儲用Flash、12位的A/D轉(zhuǎn)換模塊、通用串行接口 UART及 P麗功能模塊。 圖3示出本發(fā)明的智能控制處理流程圖。如圖3所示，301階段上電開始，在302 階段，進(jìn)行初始化。 然后進(jìn)入303階段，判斷是否運行設(shè)置的參數(shù)，如果不運行，則進(jìn)入304階段，對運 行參數(shù)重新進(jìn)行設(shè)置，并返回303階段；如果運行，則進(jìn)入305階段，對外部傳遞來的壓力信 號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，使變?yōu)閱纹瑱C(jī)易于處理的數(shù)字信號。 306階段，對前述數(shù)字信號進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，得到實際的壓力數(shù)值，以及確定壓力
信號在每個采樣周期內(nèi)的壓力峰值等。 307階段，輸出實際的壓力數(shù)值并進(jìn)行顯示。 308階段，判斷是否開始加注引水，如果沒有開始的話，返回303階段；如果開始，
則進(jìn)入309階段，執(zhí)行注引水判斷處理子程序，并在之后返回305階段。 圖4示出本發(fā)明的注引水判斷處理子程序處理流程圖，如圖4所示，401階段，注引
水判斷處理子程序開始執(zhí)行。 402階段，計算當(dāng)前采樣周期內(nèi)的壓力峰值與前一次采樣周期內(nèi)的壓力峰值的絕 對差值，Ay = |ykT-y(k—1)T| 。 403階段，對設(shè)置的變量常數(shù)i進(jìn)行加一處理，判斷壓力峰值的絕對差值A(chǔ)y是否 不小于差值閾值Pset，即A y > Pset，如果否，則對計數(shù)常數(shù)Num進(jìn)行歸零處理；如果是，則進(jìn) 入404階段，對計數(shù)常數(shù)Num進(jìn)行加一處理。 406階段，用當(dāng)前采樣周期內(nèi)的壓力峰值對前一次采樣周期內(nèi)的壓力峰值重新賦
值，艮卩y(k—i)t = ykT。 407階段，判斷前后采樣周期內(nèi)的壓力峰值的絕對差值A(chǔ)y不小于差值閾值P^的 次數(shù)，也即計數(shù)常數(shù)Num是否不小于第一常數(shù)閾值Nsrtl，如果否，則進(jìn)入408階段，判斷前后 采樣周期內(nèi)的壓力峰值的絕對差值A(chǔ)y與差值閾值P^進(jìn)行比較的次數(shù)即變量常數(shù)i是否 大于等于第二閾值常數(shù)Ns^。 如果否，則返回402階段；如果是，則進(jìn)入410階段中，進(jìn)行報警處理。然后進(jìn)入 411階段，進(jìn)行返回。 407階段中，如果計數(shù)常數(shù)Num不小于常數(shù)閾值Nsetl，則進(jìn)入409階段，這時泵腔已 注滿水，輸出啟動水泵的信號。接著進(jìn)入411階段，進(jìn)行返回。 結(jié)合圖3和圖4的敘述，容易知道，其采用的離心式水泵智能真空充水檢測方法包 括如下步驟 接收外部注引水啟動信號后，由壓力傳感器獲得水泵腔內(nèi)的壓力信號；
對上述壓力信號進(jìn)行信號處理，并進(jìn)行檢測；
對檢測結(jié)果進(jìn)行分類，并根據(jù)分類進(jìn)行輸出。
上述對經(jīng)過信號處理后的壓力信號進(jìn)行檢測包括如下處理過程
設(shè)置壓力峰值的差值閾值和兩個常數(shù)閾值Nsrtl、 Nsrt2 ;
單片機(jī)依據(jù)壓力傳感器的采樣頻率確定壓力信號在每個采樣周期內(nèi)的壓力峰 值； 確定前后采樣周期內(nèi)的壓力峰值的絕對差值不小于差值閾值P^的次數(shù)是否不小 于第一常數(shù)閾值N^『 上述檢測結(jié)果的分類及輸出具體為 前后采樣周期內(nèi)的壓力峰值的絕對差值不小于差值閾值P^的次數(shù)不小于第一常 數(shù)閾值N^u時，為注引水成功信號，作為水泵啟動信號輸出； 前后采樣周期內(nèi)的壓力峰值的絕對差值與差值閾值P^進(jìn)行比較的次數(shù)不小于第 二常數(shù)閾值Nsrt2時，為注引水不成功信號，進(jìn)行報警提示。 需進(jìn)一步說明的是，第二常數(shù)閾值通常為第一常數(shù)閾值的2-10倍。其具體的值根 據(jù)不同的離心泵通過測量可以確定較合適的數(shù)值。 以上對本發(fā)明的具體描述旨在說明具體實施方案的實現(xiàn)方式，不能理解為是對本 發(fā)明的限制。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在本發(fā)明的教導(dǎo)下，可以在詳述的實施方案的基礎(chǔ)上做 出各種變體，這些變體均應(yīng)包含在本發(fā)明的構(gòu)思之內(nèi)。本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍僅由所述 的權(quán)利要求書進(jìn)行限制。
權(quán)利要求
一種離心式水泵智能真空充水檢測裝置，包括壓力傳感器、信號處理裝置、單片機(jī)、液晶顯示裝置、報警裝置、按鍵輸入裝置、控制輸入裝置以及注引水狀態(tài)輸出裝置；其中，控制輸入裝置，通過接收外部注引水啟動信號，完成對真空充水檢測裝置的啟動；真空充水檢測裝置啟動后，壓力傳感器獲得水泵腔內(nèi)的壓力信號，并經(jīng)過信號處理裝置對壓力信號進(jìn)行處理，送入單片機(jī)以進(jìn)行檢測；單片機(jī)對檢測的結(jié)果進(jìn)行分類，分別傳送給報警裝置和注引水狀態(tài)輸出裝置；液晶顯示裝置同步顯示壓力信號以及檢測的結(jié)果；按鍵輸入裝置設(shè)置有工作模式、數(shù)據(jù)加、數(shù)據(jù)減的按鍵。
2. 如權(quán)利要求1所述的智能真空充水檢測裝置，其特征在于，所述單片機(jī)對壓力信號 進(jìn)行檢測包括如下處理過程設(shè)置壓力峰值的差值閾值和兩個常數(shù)閾值；單片機(jī)依據(jù)壓力傳感器的采樣頻率確定壓力信號在每個采樣周期內(nèi)的壓力峰值； 確定前后采樣周期內(nèi)的壓力峰值的絕對差值不小于差值閾值的次數(shù)是否不小于第一 常數(shù)閾值。
3. 如權(quán)利要求2所述的智能真空充水檢測裝置，其特征在于，所述檢測結(jié)果的分類及 傳送具體為前后采樣周期內(nèi)的壓力峰值的絕對差值不小于差值閾值的次數(shù)不小于第一常數(shù)閾值 時，為注引水成功信號，并把該信號傳送給注引水狀態(tài)輸出裝置；前后采樣周期內(nèi)的壓力峰值的絕對差值與差值閾值進(jìn)行比較的次數(shù)不小于第二常數(shù) 閾值時，為注引水不成功信號，并把該信號傳送給報警裝置。
4. 如權(quán)利要求3所述的智能真空充水檢測裝置，其特征在于 所述壓力傳感器采用擴(kuò)散硅結(jié)構(gòu)的橋式應(yīng)變片。
5. 如權(quán)利要求1-4任一項所述的智能真空充水檢測裝置，其特征在于還包括 變換輸出裝置，其包括濾波電路和電流變送器，與單片機(jī)進(jìn)行連接并為其提供電源，同時，將單片機(jī)接收的壓力信號轉(zhuǎn)換為4-20mA的電流信號，為液晶顯示裝置實時提供壓力的 電流信號。
6. 如權(quán)利要求5所述的智能真空充水檢測裝置，其特征在于 所述信號處理裝置包括信號放大器和二階低通有源濾波器；和/或 所述報警裝置為報警指示燈。
7. 如權(quán)利要求6所述的智能真空充水檢測裝置，其特征在于所述單片機(jī)包括存儲用Flash、 A/D轉(zhuǎn)換模塊、通用串行接口 UART及P麗功能模塊。
8. —種離心式水泵智能真空充水檢測方法，包括如下步驟 接收外部注引水啟動信號后，由壓力傳感器獲得水泵腔內(nèi)的壓力信號； 對上述壓力信號進(jìn)行信號處理，并進(jìn)行檢測； 對檢測結(jié)果進(jìn)行分類，并根據(jù)分類進(jìn)行輸出。
9. 如權(quán)利要求8所述的智能真空充水檢測方法，其特征在于，所述對經(jīng)過信號處理后 的壓力信號進(jìn)行檢測包括如下處理過程設(shè)置壓力峰值的差值閾值和兩個常數(shù)閾值；單片機(jī)依據(jù)壓力傳感器的采樣頻率確定壓力信號在每個采樣周期內(nèi)的壓力峰值； 確定前后采樣周期內(nèi)的壓力峰值的絕對差值不小于差值閾值的次數(shù)是否不小于第一 常數(shù)閾值。
10.如權(quán)利要求9所述的智能真空充水檢測方法，其特征在于，所述檢測結(jié)果的分類及 輸出具體為前后采樣周期內(nèi)的壓力峰值的絕對差值不小于差值閾值的次數(shù)不小于第一常數(shù)閾值 時，為注引水成功信號，作為水泵啟動信號輸出；前后采樣周期內(nèi)的壓力峰值的絕對差值與差值閾值進(jìn)行比較的次數(shù)不小于第二常數(shù) 閾值時，為注引水不成功信號，進(jìn)行報警提示。
全文摘要
本發(fā)明披露了一種離心式水泵智能真空充水檢測裝置及其方法。該方法包括如下步驟接收外部注引水啟動信號后，由壓力傳感器獲得水泵腔內(nèi)的壓力信號；對上述壓力信號進(jìn)行信號處理，并進(jìn)行檢測；對檢測結(jié)果進(jìn)行分類，并根據(jù)分類進(jìn)行輸出。本發(fā)明解決了水泵啟動前注引水的判斷問題，較好的實現(xiàn)了水泵無人值守的智能啟動；同時，還具有注引水不成功進(jìn)行報警的功能，更加人性化。
文檔編號F04B51/00GK101699070SQ20091020829
公開日2010年4月28日 申請日期2009年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月21日
發(fā)明者劉隆吉, 張松梅, 徐坤山, 李世光, 桑志峰, 畢博, 毛文沛, 白星振, 高正中 申請人:山東科技大學(xué);青島盤古電氣有限公司