适用于大面积软地基处理的多台变频式真空泵联控系统的制作方法

1.本发明属于软地基施工技术领域，具体涉及一种适用于大面积软地基处理的多台变频式真空泵联控系统。


背景技术：

2.真空泵常用于地基处理，如对真空预压区域进行抽真空左右、对真空预压区域进行持续监测作业。真空预压过程中应用的绝大多数真空泵均由频率恒定的普通三相异步电机拖动，这主要考虑到三相异步电机具有结构简单、坚固耐用、运行可靠、价格低廉以及维护方便等优点，与此同时，在真空预压过程中使用普通三相异步电机拖动真空泵也存在以下问题：根据真空预压施工工艺流程，在排水与抽气的过程中，要求膜下真空度达到并稳定在80kpa以上。由于国内大部分真空泵均采用频率恒定的普通三相异步电机进行拖动，在真空预压施工的中后期，虽然此时膜下真空度已达到施工工艺要求，但真空泵依然保持满功率运作，这使得真空预压区域的真空度远远超出了工艺规定的要求，导致了极大的电能浪费。
3.为了减少真空预压施工过程中后期真空泵由于只能满功率运行造成的电能的浪费，现场施工人员会定期人工采集软地基的参数，以计算该区域的地基平均强度，再根据上述信息由人工调整真空预压区域内处于工作状态的真空泵数量，当涉及到大面积软地基施工时，需要耗费大量的人力对进行调整工作，工作效率低下，且成本高。


技术实现要素：

4.为了克服上述技术缺陷，本发明提供了一种适用于大面积软地基处理的多台变频式真空泵联控系统，包括：控制中心、若干协调中心和若干基于永磁同步电机的真空泵设备、若干监测信息获取装置；每一个区域均布设有一套所述协调中心、一套所述基于永磁同步电机的真空泵设备、一套所述监测信息获取装置，所有的区域共用所述控制中心；
5.所述监测信息获取装置设置在地基上，用于获取地基的状态信息；
6.所述协调中心与所述基于永磁同步电机的真空泵设备、所述监测信息获取装置连接，用于获取并显示所述真空泵的工作信息和所述状态信息；
7.所述控制中心与协调中心连接，用于获取所述工作信息、所述状态信息，根据所述工作信息、所述状态信息生成控制信息发送至协调中心；
8.所述基于永磁同步电机的真空泵设备从所述协调中心接收所述控制信息。
9.作为本发明的进一步改进，所述监测信息获取装置包括：第一控制器、传感器组、a/d转换电路、第一zigbee通信电路；
10.所述第一控制器通过所述a/d转换电路连接所述传感器组，所述第一控制器与所述第一zigbee通信电路连接；
11.所述传感器组根据所述第一控制器的工作指令，采集地基的状态信息，a/d转换电路将模拟的状态信息转换为数字的状态信息发送至所述第一控制器；
12.所述第一控制器通过所述第一zigbee通信电路，将上述状态信息发送至控制中心。
13.作为本发明的进一步改进，所述传感器组包括：
14.用于获取压力信息的空隙水压力传感器、用于获取位移信息的土层水平位移传感器、用于获取沉降信息的分层沉降传感器和用于获取软地基处理区域膜下真空度信息的真空负压传感器。
15.作为本发明的进一步改进，所述监测信息获取装置还包括：
16.第一存储器，与所述第一控制器连接，用于存储所述状态信息；
17.传感器故障检测模块，与所述控制器连接，用于对传感器组进行故障检测；
18.第一电源电路，与所述第一控制器、所述传感器组、所述a/d转换电路、所述第一zigbee通信电路、所述第一存储器、所述传感器故障检测模块连接。
19.作为本发明的进一步改进，所述基于永磁同步电机的真空泵设备包括：真空泵状态监测电路、变频式真空泵、真空泵排水流量传感器、真空泵控制电路、第二zigbee通信电路；
20.所述真空泵控制电路分别与所述真空泵状态监测电路、所述变频式真空泵、所述真空泵排水流量传感器、所述第二zigbee通信电路连接；
21.所述真空泵状态监测电路用于获取所述变频式真空泵的工作状态信息，所述真空泵排水流量传感器用于获取所述变频式真空泵的排水量信息，所述真空泵控制电路通过所述第二zigbee通信电路将所述工作状态信息、所述排水量信息发送至协调中心，所述控制中心通过所述协调中心获取所述工作状态信息、所述排水量信息；
22.所述控制中心根据所述排水量信息、所述软地基处理区域膜下真空度信息生成控制信息，真空泵控制电路通过所述第二zigbee通信电路获取所述控制信息并发送至变频式真空泵。
23.作为本发明的进一步改进，所述协调中心包括：第二控制器、5g通信电路、第三zigbee通信电路；
24.所述第三zigbee通信电路与所述第一zigbee通信电路、所述第二zigbee通信电路连接；
25.所述第二控制器与所述5g通信电路、所述第三zigbee通信电路连接；
26.所述第二控制器通过所述第三zigbee通信电路，获取所述状态信息、所述工作信息；
27.所述第二控制器通过所述5g通信电路将所述状态信息、所述工作信息发送至所述控制中心，以及接收所述控制信息。
28.作为本发明的进一步改进，所述协调中心还包括：
29.设备状态指示灯，与所述第二控制器连接，根据所述状态信息、所述工作信息点亮；
30.设备信息显示屏，与所述第二控制器连接，用于显示所述状态信息、所述工作信息。
31.作为本发明的进一步改进，所述协调中心还包括：
32.第二存储器，与所述第二控制器连接，用于存储所述状态信息、所述工作信息；
33.第二电源电路，与所述第二控制器、所述5g通信电路、所述第三zigbee通信电路、所述设备状态指示灯、所述设备信息显示屏、所述第二存储器连接。
34.作为本发明的进一步改进，所述协调中心、所述监测信息获取装置、所述基于永磁同步电机的真空泵设备采用如下方式进行通信：
35.s11、同一区域的监测信息获取装置将状态信息、基于永磁同步电机的真空泵设备将工作信息发送至同一区域的协调中心；
36.s12、协调中心检查控制中心是否在通信范围内，若在，则协调中心将所述状态信息、工作信息发送至控制中心；若不在，则执行步骤s13；
37.s13、协调中心向若干相邻的协调中心发送保活消息，等待相邻的协调中心回复，如在设定时间内收到相邻的协调中心的回复，将有回复的所有相邻的协调中心保存为存活协调中心，其中，协调中心与相邻的协调中心的距离，小于协调中心与控制中心的距离，且相邻的协调中心在协调中心的通信范围内；
38.s14、协调中心从存活协调中心列表中选中距离控制中心最近的一个协调中心，将自身的状态信息、工作信息发送给选中的协调中心；
39.s15、选中的协调中心将接收到的状态信息、工作信息与本区域的状态信息、工作信息进行压缩融合，检查控制中心是否在通信范围内，若在，则将状态信息、工作信息发送至控制中心；
40.s16、若不在，则返回步骤s13。
41.作为本发明的进一步改进，所述协调中心、所述监测信息获取装置、所述基于永磁同步电机的真空泵设备采用如下方式进行通信：
42.s21、同一区域的监测信息获取装置将状态信息、基于永磁同步电机的真空泵设备将工作信息发送至同一区域的协调中心；
43.s22、协调中心检查与控制中心的通信质量，若通信质量在设定范围内，则协调中心将所述状态信息、工作信息发送至控制中心；若通信质量不在设定范围内，则执行步骤s3；
44.s23、协调中心检查若干相邻的协调中心的通信质量，将通信质量在设定范围内的相邻的协调中心保存为高质量通信协调中心；
45.s24、协调中心从高质量通信协调中心中选中通信质量最高且距离控制中心最近的协调中心，将自身的状态信息、工作信息发送给选中的协调中心；
46.s25、选中的协调中心将接收到的状态信息、工作信息与本区域的状态信息、工作信息进行压缩融合，检查与控制中心的通信质量是否在设定范围内内，若在，则将状态信息、工作信息发送至控制中心；
47.s26、若若通信质量不在设定范围内，则返回步骤s23。
48.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：为大面积软地基的处理，提供了可以节约资源的硬件系统，将大面积软地基划分为多个区域，一个施工项目仅布设一个控制中心，在每个区域布设用于监测地基状态信息的监测信息获取装置、用于进行抽真空工作的基于永磁同步电机的真空泵设备，在每个区域布设用于收集地基状态信息、基于永磁同步电机的真空泵设备工作状态信息的协调中心，由协调中心统一将状态信息、工作信息发送至控制中心，由控制中心对各个区域的基于永磁同步电机的真空泵设备进行控制，由该些
硬件设备去替代传统人工，大大降低了人工成本。
附图说明
49.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：
50.图1为实施例1所述多台变频式真空泵联控系统的布置图；
51.图2为实施例1所述基于永磁同步电机的真空泵设备、所述监测信息获取装置与所述协调中心的连接示意图；
52.图3为实施例1所述协调中心的结构示意图。
53.标记说明：1、控制中心；2、协调中心；21、第二控制器；22、5g通信电路；23、第三zigbee通信电路；24、设备状态指示灯；25、设备信息显示屏；26、第二存储器；27、第二电源电路；28、gps通信电路；3、基于永磁同步电机的真空泵设备；31、真空泵状态监测电路；32、变频式真空泵；33、真空泵排水流量传感器；34、真空泵控制电路；35、第二zigbee通信电路；4、监测信息获取装置；41、第一控制器；42、传感器组；421、空隙水压力传感器；422、土层水平位移传感器；423、分层沉降传感器；424、真空负压传感器；43、a/d转换电路；44、第一zigbee通信电路；45、第一存储器；46、传感器故障检测模块；47、第一电源电路。
具体实施方式
54.以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
55.实施例1
56.本发明公开了一种适用于大面积软地基处理的多台变频式真空泵联控系统，在多台变频式真空泵联控系统使用之前，需要对软地基处理的地块进行划分，得到若干个区域，如图1所示，多台变频式真空泵联控系统包括：协调中心2和若干基于永磁同步电机的真空泵设备3、若干监测信息获取装置4；每一个区域均布设有一套基于永磁同步电机的真空泵设备3、一套监测信息获取装置4；监测信息获取装置4设置在地基上，用于获取地基的状态信息；协调中心2与基于永磁同步电机的真空泵设备3、监测信息获取装置4连接，用于获取并显示真空泵的工作信息和状态信息；控制中心1与协调中心2连接，用于获取工作信息、状态信息，根据工作信息、状态信息生成控制信息发送至协调中心2；基于永磁同步电机的真空泵设备3从协调中心2接收控制信息，基于永磁同步电机的真空泵设备3根据控制信息进行工作。
57.如图2所示，监测信息获取装置4包括：第一控制器41、传感器组42、a/d转换电路43、第一zigbee通信电路44；第一控制器41通过a/d转换电路43连接传感器组42，第一控制器41与第一zigbee通信电路44连接；传感器组42根据第一控制器41的工作指令，采集地基的状态信息，a/d转换电路43将模拟的状态信息转换为数字的状态信息发送至第一控制器41；第一控制器41通过第一zigbee通信电路44，将上述状态信息发送至协调中心2。
58.优选地，传感器组42包括：用于获取压力信息的空隙水压力传感器421、用于获取位移信息的土层水平位移传感器422、用于获取沉降信息的分层沉降传感器423和用于获取软地基处理区域膜下真空度信息的真空负压传感器424。
59.进一步地，监测信息获取装置4还包括：第一存储器45、传感器故障检测模块46、第
一电源电路47，其中，第一存储器45与第一控制器41连接，用于存储状态信息；传感器故障检测模块46与控制器连接，用于对传感器组42进行故障检测；第一电源电路47与第一控制器41、传感器组42、a/d转换电路43、第一zigbee通信电路44、第一存储器45、传感器故障检测模块46连接。
60.由于本实施例中的传感器组42广布在大面积的软地基上，数量较多，不可能通过人工对传感器组42是否发生故障进行逐一检测，故本实施例增加了传感器故障检测模块46对传感器组42进行智能检测，检测方法可以采用如下方式实现：第一控制器41向传感器组42发送工作指令，同时传感器组42向第二控制器21发送所采集状态信息，传感器故障检测模块46从第二控制器21中获取该些数据，对传感器组42进行故障分析，如第二控制器21发出工作指令后，没有接收到传感器返回的状态信息，可以判定为该传感器发生故障。
61.如图2所示，基于永磁同步电机的真空泵设备3包括：真空泵状态监测电路31、变频式真空泵32、真空泵排水流量传感器33、真空泵控制电路34、第二zigbee通信电路35；真空泵控制电路34分别与真空泵状态监测电路31、变频式真空泵32、真空泵排水流量传感器33、第二zigbee通信电路35连接；真空泵状态监测电路31用于获取变频式真空泵32的工作状态信息，真空泵排水流量传感器33用于获取变频式真空泵32的排水量信息，真空泵控制电路34通过第二zigbee通信电路35将工作状态信息、排水量信息发送至协调中心2，控制中心1通过协调中心2获取工作状态信息、排水量信息；控制中心1根据排水量信息、软地基处理区域膜下真空度信息生成控制信息，真空泵控制电路34通过第二zigbee通信电路35获取控制信息并发送至变频式真空泵32。
62.进一步地，协调中心2包括：第二控制器21、5g通信电路22、第三zigbee通信电路23；第三zigbee通信电路23与第一zigbee通信电路44、第二zigbee通信电路35连接；同理地，控制中心1同样配备有5g通信电路22，第二控制器21与5g通信电路22、第三zigbee通信电路23连接；第二控制器21通过第三zigbee通信电路23，从监测信息获取装置4获取状态信息、从基于永磁同步电机的真空泵设备3获取工作信息；第二控制器21通过5g通信电路22将状态信息、工作信息发送至控制中心1，控制中心1通过5g通信中心将控制信息发送至协调中心2。
63.此外，协调中心2还包括：设备状态指示灯24、设备信息显示屏25；设备状态指示灯24与第二控制器21连接，根据状态信息、工作信息点亮；设备信息显示屏25与第二控制器21连接，用于显示状态信息、工作信息。
64.此外，控制中心1根据工作信息判断变频式真空泵32是否发生故障，设备状态指示灯24包括有红色、黄色与绿色，红色说明核心设备(如变频式真空泵32)出现故障，如果黄色说明非核心设备出现故障，如果绿色说明所有设备正常工作。如果真空泵无故障、传感器无故障且本区域处于安全状态，则本区域内的指示灯显示绿色，若真空泵有故障或本区域属于危险状态，则显示红色；若软地基处理监测传感器有故障或本区域地基状态异常但未达到危险，则显示黄色；设备信息显示屏25则显示具体故障信息！
65.在本实施例中，协调中心2还包括：第二存储器26、第二电源电路27、gps通信电路28；第二存储器26与第二控制器21连接，用于存储状态信息、工作信息；gps通信电路28与第二控制器21连接，用于对协调中心2所在的区域进行定位；第二电源电路27与第二控制器21、5g通信电路22、第三zigbee通信电路23、设备状态指示灯24、设备信息显示屏25、第二存
储器26、gps通信电路28连接，为该些电路提供电源。
66.由于软地基的面积非常大，故会出现某几个区域出现中断的问题，故本实施例对通信方式进行了改进，协调中心2、监测信息获取装置4、基于永磁同步电机的真空泵设备3采用如下方式进行通信：
67.s11、同一区域的监测信息获取装置4将状态信息、基于永磁同步电机的真空泵设备3将工作信息发送至同一区域的协调中心2；
68.s12、协调中心2检查控制中心1是否在通信范围内，若在，则协调中心2将状态信息、工作信息发送至控制中心1；若不在，则执行步骤s13；
69.s13、协调中心2向若干相邻的协调中心2发送保活消息，等待相邻的协调中心2回复，如在设定时间内收到相邻的协调中心2的回复，将有回复的所有相邻的协调中心2保存为存活协调中心2，其中，协调中心2与相邻的协调中心2的距离，小于协调中心2与控制中心1的距离，且相邻的协调中心2在协调中心2的通信范围内；
70.s14、协调中心2从存活协调中心2列表中选中距离控制中心1最近的一个协调中心2，将自身的状态信息、工作信息发送给选中的协调中心2；
71.s15、选中的协调中心2将接收到的状态信息、工作信息与本区域的状态信息、工作信息进行压缩融合，检查控制中心1是否在通信范围内，若在，则将状态信息、工作信息发送至控制中心1；
72.s16、若不在，则返回步骤s13。
73.基于该些步骤，使得每个区域内的装置都能完成数据传输，实现多台变频式真空泵32的联控，避免出现由于通信中断而出现某些区域的设备无法正常工作的问题，进一步提高了整个系统的运行稳定性。
74.接下来结合具体实施过程对本实施例做进一步解释，如下：
75.控制中心1中存储有变频控制算法，控制中心1根据收集到的每个区域膜下排水垫层真空负压传感器424发送的软地基处理区域膜下真空度信息以及本区域内真空泵排水流量传感器33发送的排水量信息(目的是得到当前真空泵排水流量与以前的排水量的变化)，并进行上述两方面数据的分析，利用变频控制算法得到变频策略，并根据该变频策略生成控制信息，将控制信息发送至本区域与变频式真空泵32连接的真空泵控制电路34。真空泵控制电路34根据该控制信息控制变频式真空泵32改变工作功率以实现节能。
76.控制中心1还利用与真空泵状态监测电路31获得变频式真空泵32工作状态以及用电量的信息，从而方便对各变频式真空泵32的用电信息进行统计，同时跟踪各变频式真空泵32的工作状态。此外，对于其他传感器，利用传感器故障监测模块对各传感器是否存在故障进行监测，并将监测结果发送给监测中心。控制中心1收到真空泵或传感器故障信息，则通过协调中心2点亮对应区域的设备状态指示灯24，设备信息显示屏25显示具体的故障信息，同时发短信给施工人员。
77.实施例2
78.为了进一步地提高整个多台变频式真空泵联控系统的通信质量，本实施例提供了另一种适用于大面积软地基处理的多台变频式真空泵联控系统，其与实施例1的区别在于，本实施例协调中心2、监测信息获取装置4、基于永磁同步电机的真空泵设备3还采用如下方式进行通信：
79.s21、同一区域的监测信息获取装置4将状态信息、基于永磁同步电机的真空泵设备3将工作信息发送至同一区域的协调中心2；
80.s22、协调中心2检查与控制中心1的通信质量，若通信质量在设定范围内，则协调中心2将状态信息、工作信息发送至控制中心1；若通信质量不在设定范围内，则执行步骤s3；
81.s23、协调中心2检查若干相邻的协调中心2的通信质量，将通信质量在设定范围内的相邻的协调中心2保存为高质量通信协调中心2；
82.s24、协调中心2从高质量通信协调中心2中选中通信质量最高且距离控制中心1最近的协调中心2，将自身的状态信息、工作信息发送给选中的协调中心2；
83.s25、选中的协调中心2将接收到的状态信息、工作信息与本区域的状态信息、工作信息进行压缩融合，检查与控制中心1的通信质量是否在设定范围内内，若在，则将状态信息、工作信息发送至控制中心1；
84.s26、若若通信质量不在设定范围内，则返回步骤s23。
85.通过上述步骤，能提高装置与控制中心的通信质量，进一步提高了整个系统的运行稳定性。
86.以上仅为本技术的较佳实施例，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。