本發(fā)明涉及水泵領(lǐng)域，尤其涉及一種水泵數(shù)據(jù)采集、傳輸及智能控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

水泵是深井提水的重要設(shè)備。使用時(shí)整個(gè)機(jī)組潛入水中工作，把地下水提取到地表，是生活用水、礦山搶險(xiǎn)、工業(yè)冷卻、農(nóng)田灌溉、海水提升、輪船調(diào)載，還可用于噴泉景觀，熱水水泵用于溫泉洗浴，還可適用于從深井中提取地下水，也可用于河流、水庫、水渠等提水工程。主要用于農(nóng)田灌溉及高山區(qū)人畜用水，亦可供中央空調(diào)冷卻、熱泵機(jī)組、冷泵機(jī)組、城市、工廠、鐵路、礦山、工地排水使用。一般流量可以達(dá)到每小時(shí)5m3~650m3、揚(yáng)程可達(dá)到10-550米。

總體而言，水泵的作用巨大，但其工況極為惡劣，安裝在水下一次性工作數(shù)月甚至更久，操作者對(duì)于設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)不能直觀了解，更難以反過來用于指導(dǎo)設(shè)備的運(yùn)行和維護(hù)。

此前，申請(qǐng)?zhí)枮?0810185353.8的專利公開了一種水泵，具有電驅(qū)動(dòng)馬達(dá)和受該馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的多級(jí)離心泵，其特征在于，在泵的端部設(shè)有被液體環(huán)繞和被液體穿流的傳感器殼體，其中設(shè)有一個(gè)或多個(gè)傳感器，種類可能是溫度、振動(dòng)、流量或壓力/壓差傳感器，并且通過感應(yīng)線圈為其提供電力。傳感器的電信號(hào)通過調(diào)制/解調(diào)后通過電線傳輸，或者通過電聲/聲電轉(zhuǎn)換的方式無線傳播至馬達(dá)側(cè)，再輸出。該專利較為完善地提供了傳感器的供電、信號(hào)采集、傳遞的解決方案，使水泵在水下的過程不再是黑盒子，而能通過適當(dāng)?shù)脑O(shè)備來解析并展示其運(yùn)行狀態(tài)。

該專利的局限性之一在于，只適用于上泵式水泵，尤其適用于深井泵，對(duì)于目前發(fā)展勢(shì)頭最好的下泵式水泵并不適合，應(yīng)用面較窄。同時(shí)，正因?yàn)樗迷谒械墓r惡劣，即使可以通過顯示屏展示等方式來展現(xiàn)傳感器的監(jiān)視結(jié)果，首先必須時(shí)刻保持有人值守的方式進(jìn)行監(jiān)控，其次當(dāng)水泵在水中遭遇一些重大變故或危險(xiǎn)情形時(shí)，等監(jiān)視者觀察到監(jiān)視結(jié)果再采取拉閘等方式來處理時(shí)為時(shí)已晚。所述的重大變故或危險(xiǎn)情形包括而不限于以下情形：①不允許倒臥或傾斜使用的電機(jī)被倒臥或傾斜使用；②電網(wǎng)電壓不足，低于額定電壓5%；或在額定電壓時(shí)電流超過額定值；③電機(jī)有突然聲響或較大的震動(dòng)；④泵間歇出水；⑤電機(jī)每運(yùn)轉(zhuǎn)2500小時(shí)未進(jìn)行大檢修繼續(xù)投入使用；⑥電機(jī)溫升過高；⑦水位過低；⑧電機(jī)絕緣電阻低于額定值；⑨開泵前，吸入管和泵內(nèi)未充滿液體。這些情形，輕則使水泵帶病工作，重則使水泵報(bào)廢甚至產(chǎn)生人員傷亡。另外，水泵停機(jī)后重新啟動(dòng)的時(shí)間隔要20分鐘以上。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，本發(fā)明旨在提供一種同時(shí)適應(yīng)于所有結(jié)構(gòu)的水泵、能無人值守、自動(dòng)檢測(cè)水泵異常情況并在危險(xiǎn)發(fā)生時(shí)自動(dòng)關(guān)停水泵的水泵數(shù)據(jù)采集、傳輸及智能控制系統(tǒng)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種水泵數(shù)據(jù)采集、傳輸及智能控制系統(tǒng)，其中水泵包括揚(yáng)水管、止回閥、泵、電機(jī)和吸水管等；在所述水泵的適宜部位分布式安裝有處于同一ZigBee網(wǎng)絡(luò)的多個(gè)數(shù)據(jù)采集及傳輸SOC和一個(gè)中心節(jié)點(diǎn)；所述多個(gè)數(shù)據(jù)采集及傳輸SOC中每個(gè)都至少包含有數(shù)據(jù)采集裝置、ZigBee終端或全功能設(shè)備、電池，并至少使ZigBee終端或全功能設(shè)備、電池以及信號(hào)線完全與水隔離，其中數(shù)據(jù)采集裝置為模擬量的還需要在該數(shù)據(jù)采集及傳輸SOC內(nèi)集成模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器；所述中心節(jié)點(diǎn)處設(shè)置有具有接收和發(fā)射功能的ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，該ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器內(nèi)集成有能根據(jù)接收信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算的單片機(jī)；電機(jī)的進(jìn)電處串聯(lián)有控制電機(jī)電源通斷的繼電器，所述單片機(jī)通過繼電器驅(qū)動(dòng)電路控制繼電器通斷。

上述的水泵數(shù)據(jù)采集、傳輸及智能控制系統(tǒng)，其中：所述多個(gè)數(shù)據(jù)采集及傳輸SOC中含有的數(shù)據(jù)采集裝置分別為電機(jī)姿態(tài)傳感器、電流計(jì)、電壓計(jì)、電阻計(jì)、振動(dòng)傳感器、流量計(jì)、計(jì)時(shí)器、溫度傳感器、水位計(jì)；其中各數(shù)據(jù)采集及傳輸SOC安裝的位置以其含有的數(shù)據(jù)采集裝置表示：電機(jī)姿態(tài)傳感器、振動(dòng)傳感器、溫度傳感器設(shè)置在電機(jī)上的適宜位置，電流計(jì)串聯(lián)在總電源到電機(jī)的電路中，電壓計(jì)并聯(lián)在總電源到電機(jī)的電路中，電阻計(jì)連接在三相電機(jī)之某一相與地線之間，流量計(jì)安裝在泵的揚(yáng)水管中的適宜部位，計(jì)時(shí)器集成在單片機(jī)中，水位計(jì)安裝在吸水管的最低位置和泵與揚(yáng)水管之間的結(jié)合部。

上述的水泵數(shù)據(jù)采集、傳輸及智能控制系統(tǒng)，其中：所述ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器帶有射頻前端模塊。

上述的水泵數(shù)據(jù)采集、傳輸及智能控制系統(tǒng)，其中：所述ZigBee網(wǎng)絡(luò)為網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)或星狀網(wǎng)絡(luò)。

本發(fā)明通過多個(gè)數(shù)據(jù)采集裝置分別分布在水泵的適當(dāng)位置，對(duì)水泵敏感的參數(shù)和危險(xiǎn)前兆進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)數(shù)據(jù)能保證動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)、切實(shí)可靠，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)水泵異常情況；然后通過數(shù)據(jù)采集及傳輸SOC將數(shù)據(jù)采集裝置、ZigBee終端或全功能設(shè)備、電池，必要時(shí)再加上模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器進(jìn)行封裝，其中必須保證ZigBee終端或全功能設(shè)備、電池以及信號(hào)線完全防水，也必須保證需要接觸外界的數(shù)據(jù)采集裝置保持裸露，另外一些不必裸露在外的數(shù)據(jù)采集裝置如電機(jī)姿態(tài)傳感器、振動(dòng)傳感器、溫度傳感器等可以一起封裝，以保證該SOC的安全性；因?yàn)楸景l(fā)明中的數(shù)據(jù)均通過無線傳輸，所以對(duì)于水泵的結(jié)構(gòu)沒有要求，同時(shí)適應(yīng)于上泵式、下泵式、側(cè)泵式等等結(jié)構(gòu)；ZigBee作為一種成熟技術(shù)，其雖具有低速率、近距離的劣勢(shì)，但并不妨礙其在本場(chǎng)景的成功應(yīng)用，因?yàn)樵诒景l(fā)明中只需要在極短的距離內(nèi)傳遞極少的數(shù)據(jù)，相反，因?yàn)槠渚哂械凸?、低成本、短時(shí)延、高容量、高安全、免執(zhí)照頻段等優(yōu)勢(shì)，對(duì)于本發(fā)明來說，相比其它目前成熟的任何無線傳輸技術(shù)來說，都具有無可比擬的優(yōu)勢(shì)，也使得封裝在SOC內(nèi)的電池成為可能，因?yàn)榧词怪皇歉呻姵囟甲阋允筞igBee終端或全功能設(shè)備支撐近2年；因?yàn)楸揪W(wǎng)絡(luò)的無線傳輸線路極為簡單，網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)、星狀網(wǎng)絡(luò)均可滿足需要；ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器集成的單片機(jī)能根據(jù)接收到的各數(shù)據(jù)采集及傳輸SOC信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算，并給出開啟或關(guān)閉信號(hào)給電機(jī)進(jìn)電處的繼電器驅(qū)動(dòng)電路，通過繼電器來控制電機(jī)電源通斷，在危險(xiǎn)發(fā)生時(shí)能自動(dòng)關(guān)停水泵，達(dá)到無人值守的目的。

具體實(shí)施方式

應(yīng)用于本發(fā)明的水泵為常規(guī)水泵，包括揚(yáng)水管、止回閥、泵、電機(jī)和吸水管等，水泵的結(jié)構(gòu)為上泵式和下泵式均可。本發(fā)明為一種水泵數(shù)據(jù)采集、傳輸及智能控制系統(tǒng)，其中數(shù)據(jù)采集和傳輸是基于處于同一ZigBee網(wǎng)絡(luò)的多個(gè)數(shù)據(jù)采集及傳輸SOC和一個(gè)中心節(jié)點(diǎn)。其中，數(shù)據(jù)采集及傳輸SOC中既包含數(shù)據(jù)采集用的數(shù)據(jù)采集裝置即傳感器或測(cè)量計(jì)，又包括將數(shù)據(jù)發(fā)出或接收（通常只是發(fā)出）的ZigBee終端或全功能設(shè)備，還包括驅(qū)動(dòng)它們的電池，數(shù)據(jù)采集裝置為模擬量的還需要在該數(shù)據(jù)采集及傳輸SOC內(nèi)集成模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，以便將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，再通過ZigBee終端或全功能設(shè)備發(fā)出；其中，ZigBee終端或全功能設(shè)備、電池、不需要裸露的數(shù)據(jù)采集裝置以及信號(hào)線完全與水隔離，確保其安全；該電池可采用大容量干電池、鋰電池，足夠使該SOC支撐數(shù)月甚至半年以上，為了方便和循環(huán)利用，該SOC最好要么設(shè)置為可以拆卸更換電池，要么在內(nèi)部集成可以給鋰電池?zé)o線充電的設(shè)備。一個(gè)中心節(jié)點(diǎn)是指ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，其具有接收和發(fā)射功能且?guī)в心芨鶕?jù)接收信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算的單片機(jī)，同時(shí)為了加大信號(hào)發(fā)射強(qiáng)度，可加設(shè)射頻前端模塊；該單片機(jī)意味著可以自主編程，利用接收的信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果來通過繼電器驅(qū)動(dòng)電路控制電機(jī)電源通斷。

舉例說明單片機(jī)的運(yùn)行原理。例如電壓計(jì)所在的數(shù)據(jù)采集及傳輸SOC傳來的信號(hào)為150V，單片機(jī)將其與預(yù)設(shè)的額定電壓進(jìn)行比較，如果低于額定電壓5%則給出危險(xiǎn)的信號(hào)，此時(shí)繼電器驅(qū)動(dòng)電路將使電機(jī)不準(zhǔn)啟動(dòng)或緊急關(guān)停；又如，如果計(jì)時(shí)器告知單片機(jī)本機(jī)總運(yùn)行時(shí)間和停機(jī)時(shí)間的信號(hào)，單片機(jī)將其與預(yù)設(shè)的大修時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)值（如2500小時(shí)）和停機(jī)時(shí)間（如20分鐘）進(jìn)行比較，如果前者大于或者后者小于預(yù)設(shè)時(shí)間則給出危險(xiǎn)的信號(hào)，另外，當(dāng)大修進(jìn)行后，操作者可以通過單片機(jī)發(fā)射清零信號(hào)給計(jì)時(shí)器，使其從零開始計(jì)時(shí)，同時(shí)，每次開機(jī)后則將停機(jī)后時(shí)間自動(dòng)清零。

本發(fā)明中的多個(gè)數(shù)據(jù)采集及傳輸SOC中含有的數(shù)據(jù)采集裝置分別為電機(jī)姿態(tài)傳感器、電流計(jì)、電壓計(jì)、電阻計(jì)、振動(dòng)傳感器、流量計(jì)、計(jì)時(shí)器、溫度傳感器、水位計(jì)；其中各數(shù)據(jù)采集及傳輸SOC安裝的位置以其含有的數(shù)據(jù)采集裝置表示：電機(jī)姿態(tài)傳感器、振動(dòng)傳感器、溫度傳感器設(shè)置在電機(jī)上的適宜位置，電流計(jì)串聯(lián)在總電源到電機(jī)的電路中，電壓計(jì)并聯(lián)在總電源到電機(jī)的電路中，電阻計(jì)連接在三相電機(jī)之某一相與地線之間，流量計(jì)安裝在泵的揚(yáng)水管中的適宜部位，計(jì)時(shí)器集成在單片機(jī)中，水位計(jì)安裝在吸水管的最低位置和泵與揚(yáng)水管之間的結(jié)合部。

本發(fā)明中所采用的幾個(gè)數(shù)據(jù)采集及傳輸SOC，完全對(duì)應(yīng)背景技術(shù)提到的重大變故或危險(xiǎn)情形而設(shè)置，其中，電機(jī)姿態(tài)傳感器是為了避免不允許倒臥或傾斜使用的電機(jī)被倒臥或傾斜使用；電壓計(jì)是為了避免電網(wǎng)電壓不足，低于額定電壓5%；電流計(jì)和電壓計(jì)的同時(shí)使用時(shí)為了在額定電壓時(shí)電流超過額定值；電阻計(jì)是為了避免電機(jī)絕緣電阻低于額定值，通常是0.5MΩ；振動(dòng)傳感器是為了避免電機(jī)有突然聲響或較大的震動(dòng)；流量計(jì)是為了避免泵間歇出水；計(jì)時(shí)器是為了避免電機(jī)每運(yùn)轉(zhuǎn)2500小時(shí)未進(jìn)行大檢修繼續(xù)投入使用和重新啟動(dòng)的時(shí)間隔低于20分鐘；溫度傳感器是為了避免電機(jī)溫升過高；水位計(jì)是為了避免水位過低或開泵前吸入管和泵內(nèi)未充滿液體。事實(shí)上，類似的情形還有很多，完全可以增設(shè)其它類似的數(shù)據(jù)采集及傳輸SOC來進(jìn)行其它數(shù)據(jù)采集從而達(dá)到控制的目的。

本發(fā)明中涉及的各數(shù)據(jù)采集裝置和ZigBee相關(guān)設(shè)備均為成熟市售產(chǎn)品，SOC的封裝方法和繼電器驅(qū)動(dòng)電路為成熟技術(shù)，故不再贅述其原理和實(shí)現(xiàn)方法。

對(duì)所公開的實(shí)施例的上述說明，僅為了使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。