集成式智能灌浆系统

摘要

集成式智能灌浆系统。用送浆泵将智能制浆系统配制的浓浆液输送到储浆罐和n台智能灌浆单元,用网络与中央服务器连接。制浆系统内有水、水泥、沙和添加剂的自动配浆管路、在线式浆液比重计、液位检测及制浆单片机。每台智能灌浆单元内有含－体式配浆罐、灌浆传感器、灌浆泵、阀门的灌浆箱和含单片机、键盘、显示器、灌浆记录仪、网络控制器、变频器、报警器的智能箱。用先配浓浆,后在接口高度集成的配浆罐中稀释,实时测出罐内浆液密度，浓度恒定；且管路少，易实现集成智能灌浆。程控配浆高效准确,比重计实时监测。集成两箱便于更换位工作面和维护。灌浆泵可控节能,管路压力超限报警、调阀门，避免大坝抬动和事故。用网络实时远程监控。用于水电站灌浆施工。

权利要求

1.集成式智能灌浆系统，包括:制浆桶(1n),其特征是：

一.设配制浓浆液的智能制浆系统(3F)和n台智能灌浆单元(5F),均通过网络(2F)与中央服务器(1F)通信连接；并设与智能制浆系统连通的储浆罐(4F),用浓浆输送管路(8F)将储浆罐、送浆泵(7F)、n台智能灌浆单元连通；并设自来水管路(6F)向智能制浆系统和n台智能灌浆单元供水；

二.每台智能灌浆单元包括:

1)设中间由配电柜连接的灌浆箱(19)和智能箱(18)；两箱外的抬动传感器(9)的电信号线(9a)穿过智能箱引入箱体内；

2)灌浆箱内有:①如下的－体式配浆罐(1):罐体壁上开装有浓浆电磁阀(1.3)的浓浆接口、装有清水电磁阀(1.4)的两相对的清水接口；上、下方分别开装有浆液高位压力传感器(1.1)和低位压力传感器(1.2)的压力接口；罐体底部有出浆接口(1.6)、上部有回浆接口(1.7)；②经与出浆接口连通的浆液管道(2)顺次连通灌浆泵(3)、进浆流量传感器(4)、穿出灌浆箱外的灌浆孔(8)、再通过浆液管道穿入灌浆箱内的回浆流量传感器(5)、压力传感器(6)、高压电动阀门(7),最后通过上部回浆接口(1.7)与罐体连通；

3)智能箱内有:单片机控制系统(14)、键盘(15)、显示器(16)、灌浆记录仪(10)、打印机(11)、网络控制器(12)、变频器(13)、声光报警器(20)；其中单片机控制系统从外向内顺次设光耦隔离电路、A/D转换电路和单片机；其中灌浆记录仪内增设连接单片机数据交换接口(14.1G)的记录仪通信端口(10.2)；其中单片机设有网络通信端口(14.1D),通过光耦隔离电路连接到网络控制器(12),再经网络(2F)与中央服务器通信；

4)灌浆管路压力自控系统:在三相交流电源(17)和灌浆泵驱动电机(3.1)输入端(3.1a)间增设变频器(13),变频器内设与单片机通信端口(14.1C)通信连接的变频器通信端口(13.1),并顺次连接控制回路(13.2)、主电路(13.3)；

5)控制线及连接:上述罐内高位和低位压力、进浆和回浆流量、压力、抬动六个传感器分别引出的高位和低位压力、进浆和回浆流量、压力、抬动的六个电信号输出端(1.1a、

1.2a、4a、5a、6a、9a)均通过光耦隔离电路,经A/D转换电路与单片机传感器电信号输入接口(14.1A)连接；单片机控制信号输出接口(14.1B)通过光耦隔离电路分别与上述浓浆和清水电磁阀的控制线、高压电动阀门电源端、声光报警器电源端(1.3a、1.4a、7a、20a)连接；

三.智能制浆系统包括:

1)自动配浆管路系统:在制浆桶内设置插入分别通入水、水泥粉、沙粒和化学添加剂的如下四根管路:①插入装有水管电磁阀(1A)的自来水管(1o),自来水管入口端与装有水流量传感器(1B)的自来水供水管路(1C)连通；②插入装有水泥电磁阀(2A)的水泥粉管(2o),水泥粉管入口与支撑有水泥电子秤(2B)的水泥漏斗(2C)连通；水泥漏斗上方为有水泥粉供料控制装置(2D)的水泥粉送料装置出料口(2E)；③插入装有沙粒电磁阀(3A)的沙粒管(3o),沙粒管入口与支撑有沙电子秤(3B)的沙漏斗(3C)连通；沙漏斗上方为有沙粒供料控制装置(3D)的沙粒管路送料装置出料口(3E)；④插入装有添加剂电磁阀(4A)的添加剂管(4o)；入口端与支撑有添加剂电子秤(4B)的添加剂漏斗(4C)连通；添加剂漏斗上方为有添加剂供料控制装置(4D)的添加剂送料装置出料口(4E)；在制浆桶底部开有与储浆罐连通的浓浆液排出口(1na)；

2)在线式水泥浆液比重计：在上述制浆桶上方，固定一个拉力传感器(5o)，拉力传感器下端以细线(6o)悬吊一个己知空气中重量的金属重物(7o)，且金属重物完全浸没于被测水泥浆液中，不接触其它物体；拉力传感器的电信号输出端为(5oa)；

3)在制浆桶上方固定一个液位检测装置(11o)，液位电信号输出端为(11oa)；

4)设制浆单片机控制系统(8o)、制浆键盘(9o)、制浆显示器(10o)；制浆单片机控制系统从外向内顺次设制浆光耦隔离电路、制浆A/D转换电路和制浆单片机；

5)控制线、通信端口及连接:上述水流量传感器(1B)、水泥电子秤(2B)、沙粒电子秤(3B)、添加剂电子秤(4B)、拉力传感器(5o)、液位检测装置(11o)的电信号输出端均经过制浆光耦隔离电路、制浆A/D转换电路与制浆单片机的制浆传感器电信号输入接口(8.4o)连接；同时制浆单片机控制信号输出端口(8.5o)通过制浆光耦隔离电路分别接如下7个制浆执行元件的电磁线圈:①水管电磁阀(1A)、②水泥电磁阀(2A)、③水泥粉供料控制装置(2D)、④沙粒电磁阀(3A)、⑤沙粒供料控制装置(3D)、⑥添加剂电磁阀(4A)、⑦添加剂供料控制装置(4D)；制浆单片机的制浆通信端口(8.6o)通过制浆光耦隔离电路连接到网络(2F)实现与中央服务器的通信。

2.按权利要求1所述集成式智能灌浆系统，其特征是：中央服务器为用于设置灌浆参数、遥控启停制浆和灌浆设备、监控子系统、整理成果表的可编程计算机。

3.按权利要求1所述集成式智能灌浆系统，其特征是：所述灌浆箱和智能箱两箱体采用在配电柜处用螺栓连接的可拆卸连接结构。

4.按权利要求1所述集成式智能灌浆系统，其特征是：单片机通信端口(14.1C)、单片机数据交换接口(14.1G)和记录仪通信端口(10.2)均采用RS485总线通信；单片机网络通信端口(14.1D)和制浆通信端口(8.6o)采用以太网传输。

5.按权利要求1所述集成式智能灌浆系统，其特征是所述水泥、或沙粒、或化学添加剂各种送料装置均采用送料管路或螺旋输送机；供料控制装置分别采用在送料装置出料口处的供料电磁阀或螺旋输送机电控开关(2D、3D、4D)。

6.按权利要求1所述集成式智能灌浆系统，其特征是：所述液位检测装置(11o)采用超声波液位检测装置。

说明书

集成式智能灌浆系统

[0001] (一)技术领域：本发明涉及一种具有全自动控制的智能灌浆检测记录系统。用于水电站灌浆工程中的工程计量和质量监控。属容量、流量测量类(G01F)。(二)背景技术：

[0002] 灌浆工程一般用在电站水坝施工中。灌浆是指向电站水坝的堤岸、地基等灌入水泥、沙浆等物质，以加强牢固性，提高防渗性能。因此，灌浆质量将决定电站水坝的整体质量。

[0003] 现有水电站的灌浆系统总布置图见图8所示:为了检测向灌浆孔6n内灌入的浆液流量、密度、压力、抬动等数值并进行记录，在灌浆管路2n中顺次设制浆桶1n、进浆流量传感器3n、密度传感器4n、灌浆泵5n、灌浆孔6n、抬动传感器7n、压力传感器8n、回浆流量传感器13n然后送回到制浆桶1n(也称搅拌槽)。五个传感器分别通过各传感器电信号线3.1n、
4.1n、7.1n、8.1n、13.1n与远处的灌浆记录仪9n传感器接头连接,将各传感器检测数据送到灌浆记录仪,再用打印机10n打印出灌浆施工记录表,供业主观看，使之了解和掌握灌浆施工质量。灌浆记录仪按需要可设报警器11n。压力传感器8n和回浆流量传感器13n间管路上设有高压电动阀门12n。

[0004] 现有上述灌浆系统中涉及在配浆的制浆桶1n中水泥浆液比重测量是采用人工进行:人工将制浆桶中配置好的水泥浆液取样一块放在固定体积的比重称上称出重量,便可获得这一槽水泥浆液的比重。这种人工测量存在如下问题:1)人工采样费工费时。2)比重称维护困难，每次称重后，必须清洗、晾干，十分麻烦。3)对水泥浆液的采集是断续的,一次取样代替这一槽水泥浆液的比重,不利于保证灌浆质量。

[0005] 现有上述灌浆系统中的配浆系统存在如下问题：现有制浆桶中浆液的配制全是人工进行。按灌浆工程质量的要求，不同地质结构、部位、灌浆孔深度均需要不同浓度的水泥浆液。人工配浆需要2至3人全程值守进行,且配浆过程需要不断地核对浆液浓度是否达到了要求，这样劳动强度大、效率低、成本高，费时费工，配比准确率得不到保证。

[0006] 现有上述灌浆系统中的涉及灌浆泵、高压电动阀门及管道等的加压系统存在如下问题：1)由于现有灌浆泵以恒定功率输出，不能调节,且一直以最大功率输出，而实际使用中大多数情况只需要很小的压力，为了减小管路压力到实际需要的压力大小，需要人工调节高压电动阀门开启的大小，使部分浆液通过回浆管路回到制浆桶，以减小压力,造成能量浪费。2)由于现有高压电动阀门必须由操作人员根据压力传感器8n处的压力表显示的压力进行实时调节,费时费工。3)在进行大压力灌浆时，由于管路上压力较大，有爆管的危险，危及操作人员人身安全。

[0007] 现有上述灌浆检测记录系统中的总体布置见图8,布置特点是:各传感器和灌浆设备布局分散，现场线路、管路混乱。灌浆所需的浆液在现场用水泥、砂、添加剂加入清水搅拌配置，配置过程中会有大量的混合物抛洒在现场，导致灌浆材料浪费，且严重污染工作面，影响灌浆施工。由于灌浆施工伴随在整个水电站的建设工程中，灌浆施工作业面涵盖了整个水电站各个角落，每当结 束一个灌浆孔6n的灌浆作业之后，需要挪动全套设备至下一个灌浆孔6n周围，需要重新安装、调试设备；需要设备、管路的拆卸、移动、安装,均导致费时费力、劳动强度大。且拆散移动设备中，容易造成设备损坏、丢失。(三)发明内容：

[0008] 本发明提供的集成式智能灌浆系统，其目的有如下六个:1)解决现有人工配浆效率低、配比不准确、劳动强度大、费时费工。2)解决现有配浆中水泥浆比重测量采用人工取样比重称称重方法,费时费工、比重称维护清洗困难、不连续采集、灌浆质量难保证。3)解决现有灌浆泵为大压力恆定功率输出造成的能量浪费、人工操作大压力高压电动阀门不安全易伤亡的问题。4)改变现有灌浆施工现场线路、管路混乱不堪的局面。5)减少对灌浆材料的浪费和对工作面的污染情况。6)解决更换灌浆孔时移动设备费时费力、劳动强度大和易损坏、丢失设备的问题。

[0009] 技术方案如下:

[0010] 集成式智能灌浆系统，包括:制浆桶1n,其特征是：

[0011] 一.设配制浓浆液的智能制浆系统3F和n台智能灌浆单元5F,均通过网络2F与中央服务器1F通信连接；并设与智能制浆系统连通的储浆罐4F,用浓浆输送管路8F将储浆罐、送浆泵7F、n台智能灌浆单元连通；并设自来水管路6F向智能制浆系统和n台智能灌浆单元供水；

[0012] 二.每台智能灌浆单元包括:

[0013] 1)设中间由配电柜连接的灌浆箱19和智能箱18；两箱外的抬动传感器9的电信号线9a穿过智能箱引入箱体内。2)灌浆箱内有:如下的－体式配浆罐1:罐体壁上开装有浓浆电磁阀1.3的浓浆接口、装有清水电磁阀1.4的两相对的清水接口；上、下方分别开装有浆液高位压力传感器1.1和低位压力传感器1.2的压力接口；罐体底部有出浆接口1.6、上部有回浆接口1.7；经与出浆接口连通的浆液管道2顺次连通灌浆泵3、进浆流量传感器4、穿出灌浆箱外的灌浆孔8、再通过浆液管道穿入灌浆箱内的回浆流量传感器5、压力传感器6、高压电动阀门7,最后通过上部回浆接口1.7与罐体连通。3)智能箱内有:单片机控制系统14、键盘15、显示器16、灌浆记录仪10、打印机11、网络控制器12、变频器13、声光报警器20；其中单片机控制系统从外向内顺次设光耦隔离电路、A/D转换电路和单片机；其中灌浆记录仪内增设连接单片机数据交换接口14.1G的记录仪通信端口10.2；其中单片机设有网络通信端口
14.1D,通过光耦隔离电路连接到网络控制器12,再经网络2F与中央服务器1F通信。4)灌浆管路压力自控系统:在三相交流电源17和灌浆泵驱动电机3.1输入端3.1a间增设变频器13,变频器内设与单片机通信端口14.1C通信连接的变频器通信端口13.1,并顺次连接控制回路13.2、主电路13.3。5)控制线及连接:上述罐内高位和低位压力、进浆和回浆流量、压力、抬动六个传感器分别引出的高位和低位压力、进浆和回浆流量、压力、抬动的六个电信号输出端1.1a、1.2a、4a、5a、6a、9a均通过光耦隔离电路,经A/D转换电路与 单片机传感器电信号输入接口14.1A连接；单片机控制信号输出接口14.1B通过光耦隔离电路分别与上述浓浆和清水电磁阀的控制线、高压电动阀门电源端、声光报警器电源端1.3a、1.4a、7a、20a连接。

[0014] 三.智能制浆系统包括:

[0015] 1)自动配浆管路系统:在制浆桶内设置插入分别通入水、水泥粉、沙粒和化学添加剂的如下四根管路:①插入装有水管电磁阀1A的自来水管1o,自来水管入口端与装有水流量传感器1B的自来水供水管路1C连通；②插入装有水泥电磁阀2A的水泥粉管2o,水泥粉管入口与支撑有水泥电子秤2B的水泥漏斗2C连通；水泥漏斗上方为有水泥粉供料控制装置2D的水泥粉送料装置出料口2E；③插入装有沙粒电磁阀3A的沙粒管3o,沙粒管入口与支撑有沙电子秤3B的沙漏斗3C连通；沙漏斗上方为有供料控制装置3D的沙粒管路送料装置出料口3E；④插入装有添加剂电磁阀4A的添加剂管4o；入口端与支撑有添加剂电子秤4B的添加剂漏斗4C连通；添加剂漏斗上方为有添加剂供料控制装置4D的添加剂送料装置出料口4E；在制浆桶底部开有与储浆罐连通的浓浆液排出口1na。2)在线式水泥浆液比重计：在上述制浆桶上方，固定一个拉力传感器5o，拉力传感器下端以细线6o悬吊一个己知空气中重量的金属重物7o，且金属重物完全浸没于被测水泥浆液中，不接触其它物体；拉力传感器的电信号输出端为5oa。3)在制浆桶上方固定一个液位检测装置11o，液位电信号输出端为11oa。4)设制浆单片机系统8o、制浆键盘9o、制浆显示器10o。制浆单片机系统从外向内顺次设制浆光耦隔离电路、制浆A/D转换电路和制浆单片机。5)控制线、通信端口及连接:上述水流量传感器1B、水泥电子秤2B、沙粒电子秤3B、添加剂电子秤4B、拉力传感器5o、液位检测装置11o的电信号输出端均经过制浆光耦隔离电路、制浆A/D转换电路与制浆单片机的制浆传感器电信号输入接口8.4o连接；同时制浆单片机控制信号输出端口8.5o通过制浆光耦隔离电路分别接如下7个制浆执行元件的电磁线圈:①水管电磁阀1A、②水泥电磁阀2A、③水泥粉供料控制装置2D、④沙粒电磁阀3A、⑤沙粒供料控制装置3D、⑥添加剂电磁阀4A、⑦添加剂供料控制装置4D；制浆单片机的制浆通信端口8.6o通过制浆光耦隔离电路连接到网络2F实现与中央服务器的通信。

[0016] 上述中央服务器可为用于设置灌浆参数、遥控启停制浆和灌浆设备、监控子系统、整理成果表的可编程计算机。上述灌浆箱和智能箱两箱体采用在配电柜处用螺栓连接的可拆卸连接结构。上述单片机通信端口14.1C、单片机数据交换接口14.1G和记录仪通信端口10.2均采用RS485总线通信；单片机网络通信端口14.1D和制浆通信端口8.6o采用以太网传输。上述水泥、或沙粒、或化学添加剂各种送料装置均可采用送料管路或螺旋输送机；供料控制装置分别可采用在送料装置出料口处的供料电磁阀或螺旋输送机电控开关2D、3D、4D。
上述液位检测装置11o可采用超声波液位检测装置。

[0017] 本发明有益效果：

[0018] 1)配浆部分采用先在智能制浆系统中配制浓浆液,然后在一体式配浆罐中稀释的两个系统,方便了浆液的输送、配制和集成自动化操作。2)智能制浆系统用制浆单片机编程控制原料配比、用量、排放速度等，实现配比准确、劳动强度小。且配制中用在线式水泥浆液比重计自动实时监测显示,响应速度快,保证浓浆液质量。3)一体式配浆罐可以实时检测罐内浆液体积、密度ρ,并实时加入浓浆或清水，使浓度保持恒定，不因回浆导致浆液浓度改变，保证了灌浆工程质量；且各种接囗高度集成于罐体，不仅极其方便连接控制系统，确保集成智能灌浆的实现；且减少管路连接、固定和搬移工作。4)每台智能灌浆单元采用集成式的灌浆箱和智能箱的效果:①便于灌浆施工更换灌浆作业部位时,将整个灌浆系统移动至目标施工部位。②灌浆箱内为强电、湿区,智能箱内为弱电、干区。强、弱电，干、湿分区，有利于保障人身安全和保护控制设备。③工作面整洁有序,并便于对灌浆系统维护。5)增设含变频器13的管路压力自控系统,使灌浆泵驱动电机电源的频率、电压可以按需设定，即灌浆泵输出功率可控调节,大大节约电能。管路压力实时高效自动调节,节省人工。当管路压力超限时声光报警装置自动报警、自动开启高压电动阀门泄压，避免因压力超限致使大坝坝基抬动,造成严重工程事故。单片机通过通信接口14.1C控制变频器，使操作人员远离高压管路；同时因设光耦隔离电路，使操作人员远离强电系统，保证人身安全。6)增设中央服务器、网络2F、网络控制器12、制浆通信接口8.6o等,使各子系统可以远程监控、操作。中央服务器使管理技术人员可实时遥控处理灌浆事务和制定新的灌浆方案。当中央服务器上设定灌浆工艺之后，自动分析灌浆报表和实时数据，控制智能灌浆单元进行下一步的灌浆参数。实现了高度自动化、智能化灌浆，使人员少、效率超前。7)本集成智能灌浆系统,以机械电子代替人工操作，避免了人为作弊的可能。8)设光耦隔离电路,避免单片机受外部干扰,使电路元件工作稳定。(四)附图说明

[0019] 图1本发明组成总示意框图。

[0020] 图2每台智能灌浆单元5F俯视图(打开上盖板),也是集成的智能灌浆单元两箱体结构俯视图。

[0021] 图3每台智能灌浆单元控制电路框图。

[0022] 图4－体式配浆罐1立体图。

[0023] 图5智能制浆系统3F中自动配浆管路组成示图。

[0024] 图6在线式水泥浆液比重计结构示意图。

[0025] 图7智能制浆系统3F中控制原理框图。

[0026] 图8现有水电站的灌浆检测记录系统总布置图。(五)具体实施方式

[0027] 本实施例集成式智能灌浆系统由以下部分组成,下面分别一一说明。

[0028] 一见图1,设配制浓浆液的智能制浆系统3F和n台智能灌浆单元5F(分别表示为5.1F、5.2F、5.nF),均通过以太网2F与中央服务器1F通信连接。并设与智能制浆系统连通的储浆罐4F,用浓浆输送管路8F将储浆罐、浓浆液送浆泵7F、n台智能灌浆单元5F连通,用以提供循环浓浆液。浓浆液送浆泵的驱动电机为7.1F。并设自来水管路6F向智能制浆系统3F和n台智能灌浆单元供水。智能制浆系统3F配置的浓浆液存储在储浆罐4F中，利用送浆泵7F将浓浆液送入浓浆输送管路8F。各个智能灌浆单元在需要浓浆液时，直接打开阀门即可获取浓浆液。储浆罐可以使智能制浆系统3F实时的进行配浆。当储浆罐中剩余浆液不足时，智能制浆系统可以立即启动，配置完成之后，再导出到储浆罐中。若没有储浆罐，则必须将智能制浆系统的制浆桶中的浆液用完才能再次配浆，且配浆过程中必须中断对智能灌浆单元的浓浆液输送。

[0029] 中央服务器1F为用于设置灌浆参数、遥控启停制浆和灌浆设备、监控子系统、整理成果表等的可编程计算机。

[0030] 二.每台智能灌浆单元5F包括如下:

[0031] 1)总体布置:见图2,设灌浆箱19和智能箱18,两箱体中间由智能箱配电柜18.1和灌浆箱配电柜19.1连接,且两箱做成用螺栓21连接的可拆卸结构。在两箱外的抬动传感器9的电信号线9a穿入智能箱引入箱体内。

[0032] 2)灌浆箱19内结构:见图2,灌浆箱底板上固定有如下－体式配浆罐1:见图4,罐体上开装有浓浆电磁阀1.3的浓浆接口、装有清水电磁阀1.4两相对的清水接口,也可在清水接口处装高压喷嘴,便于冲洗。罐体上方开装有高位压力传感器1.1的压力接口、下方开装有低位压力传感器1.2的压力接口；罐体底部有出浆接口1.6、上部有回浆接口1.7、顶部装搅拌电机1.5。见图2,经与出浆接口1.6连通的浆液管道2顺次连通灌浆泵3、进浆流量传感器4、穿出灌浆箱外的灌浆孔8、再通过浆液管道穿入灌浆箱内的回浆流量传感器5、压力传感器6、高压电动阀门7,最后通过上部回浆接口1.7与－体式配浆罐1罐体连通。

[0033] －体式配浆罐中浆液密度ρ、浆液液面高度H(见图4)、浆液体积V和浆液质量m，如下确定：

[0034] ρ＝(P2-P1)/gh

[0035] H＝P2/ρg＝P2h/(P2-P1)

[0036] V＝SH＝S P2h/(P2-P1)

[0037] m＝ρV＝(P2-P1)/gh*S P2h/(P2-P1)＝SP2/g

[0038] 上式中:P2-下方低位压力传感器1.2测出的深水处压力值。

[0039] P1-上方高位压力传感器1.1测出的浅水处压力值。

[0040] g-重力加速度。

[0041] h-两个压力传感器之间的高度差为h(见图4)。

[0042] S-－体式配浆罐截面积。

[0043] 3)智能箱18内有:见图2,见图3,智能箱内操作台上设有单片机控制系统14、键盘15、显示器16、灌浆记录仪10、打印机11、网络控制器12、变频器13、声光报警器20。其中,单片机控制系统14从外向内顺次设光耦隔离电路14.3、A/D转换电路14.2和单片机14.1。键盘和显示器分别通过键盘接口14.1E和显示器接口14.1F与单片机连接。键盘用于输入设置，显示器用于显示数据。其中,灌浆记录仪10内增设记录仪通信端口10.2,与单片机数据交换接口14.1G通信连接。灌浆记录仪内保留了原有的记录仪控制器10.1、连接打印机的打印机控制接口10.3、记录仪显示器10.4、记录仪键盘10.5。灌浆记录仪通过记录仪通信端口10.2获得各种传感器电信号数据，并控制打印机打印灌浆施工记录表。其中,单片机14.1设有网络通信端口14.1D,通过光耦隔离电路14.3连接到网络控制器12。图2中标记12a为网络控制器12网线。见图3,上述单片机通信端口14.1C、单片机数据交换接口14.1G和记录仪通信端口10.2均采用RS485总线通信。单片机网络通信端口14.1D采用以太网传输,经以太网2F实现与中央服务器1F的通信。

[0044] 4)灌浆管路压力自控系统(分布在灌浆箱和智能箱):见图2、见图3,在三相交流电源17和灌浆泵驱动电机3.1输入端3.1a间增设变频器13,变频器内顺次设与单片机通信端口14.1c通信连接的变频器通信端口13.1、控制回路13.2、主电路13.3。上述压力传感器6的压力电信号输出端6a接单片机传感器电信号输入接口14.1A；单片机控制系统输出端口14.1B分别接高压电动阀门电源端7a和声光报警器电源端20a。单片机控制变频器的工作状态及设定变频器的工作参数.主电路一般包括整流滤波电路、IGBT等器件和电路。这里变频器选用380V-15KW通用变频器,因是市售产品,这里不再详述。灌浆压力自控系统工作过程：
操作人员通过键盘设定灌浆管路压力及限制值,单片机从压力传感器器6输出的电信号6a获得当前管路压力，并通过通信接口14.1C控制变频器13适当调整灌浆泵驱动电机3.1的输出功率，使灌浆压力达到设定值。当出现意外情况无法通过变频器调节时，单片机控制声光报警器20发出报警信息。当出现意外情况，管路压力超过设定的最大限制值，并且单片机系统无法控制压力下降时，单片机通过控制信号输出端口14.1B开启高压电动阀门7，被动降低压力，并控制声光报警器20发出报警信息。

[0045] 5)控制线及连接:见图2、见图3,上述罐体内高位压力传感器1.1、低位压力传感器1.2、进浆流量传感器4、回浆流量传感器5、压力传感器6、抬动传感器9的六个电信号输出端
1.1a、1.2a、4a、5a、6a、9a均通过光耦隔离电路,经A/D转换电路与单片机传感器电信号输入接口14.1A连接。单片机控制信号输出接口14.1B通过光耦隔离电路分别与上述浓浆电磁阀控制线1.3a、清水电磁阀的控制线1.4a、高压电动阀门电源端7a、声光报警器电源端20a连接。除抬动电信号输出端9a在智能箱内直接与单片机连接,其于控制线均通过配电柜连接。

[0046] 三.智能制浆系统3F包括:

[0047] 1)设如下的自动配浆管路系统:见图5,在制浆桶1n内设置插入分别通入水、水泥粉、沙粒和化学添加剂的如下四根管路:①插入装有水管电磁阀1A的自来水管1o,自来水管入口端与装有水流量传感器1B的自来水供水管路1C连通。②插入装有水泥电磁阀2A的水泥粉管2o,水泥粉管入口与支撑有水泥电子秤2B的水泥漏斗2C连通；水泥漏斗上方为有水泥粉供料控制装置2D的水泥粉送料装置出料口2E。③插入装有沙粒电磁阀3A的沙粒管3o,沙粒管入口与支撑有沙电子秤3B的沙漏斗3C连通；沙漏斗上方为有沙粒供料控制装置3D的沙粒管路送料装置出料口3E。④插入装有添加剂电磁阀4A的添加剂管4o；入口端与支撑有添加剂电子秤4B的添加剂漏斗4C连通；添加剂漏斗上方为有添加剂供料控制装置4D的添加剂送料装置出料口4E。上述水泥、或沙粒、或化学添加剂各种送料装置均采用送料管路；供料控制装置分别采用供料电磁阀2D、3D、4D。见图5,在制浆桶1n底部开有与储浆罐4F连通的浓浆液排出口1na。

[0048] 2)设如下的在线式水泥浆液比重计：见图6,在上述制浆桶1n上方，固定一个拉力传感器5o，拉力传感器下端以细线6o悬吊一个己知空气中重量的金属重物7o，且金属重物完全浸没于被测水泥浆液中，不接触其它物体；拉力传感器5o的电信号输出端为5oa。在线式水泥浆液比重计工作过程及测量原理如下:

[0049] 见图6，拉力传感器5o测量细线6o上产生的拉力F，这个拉力由金属重物7o的重力G和被测水泥浆液1m对金属重物的浮力F1合成。见图6、图7,拉力传感器电信号线输出端5oa将拉力F模拟电信号传给制浆光耦隔离电路8.3o，再通过制浆A/D转换8.2o，输出的拉力F数字信号输入到制浆单片机8.1o中，通过制浆单片机计算便可获得被测水泥浆液1m的比重值ρ。计算公式如下:

[0050] F1＝G－F 即浮力F1＝G－F＝ρg V

[0051] 上式中:G-事先测得的金属重物在空气中自身的重力。F-单片机读出的拉力传感器细线上产生的拉力。V-金属重物的体积。g-重力加速度。由此便获得被测水泥浆液1m的比重值ρ：ρ＝(G－F)/g V

[0052] 3)见图5,在制浆桶上方固定一个液位检测装置11o，液位电信号输出端为11oa。

[0053] 4)见图7,设制浆单片机控制系统8o、制浆键盘9o、制浆显示器10o。制浆单片机控制系统8o从外向内顺次设制浆光耦隔离电路8.3o、制浆A/D转换电路8.2o和制浆单片机8.1o。制浆键盘9o和制浆显示器10o分别通过制浆键盘接口8.7o和制浆显示器接口8.8o与制浆单片机连接。

[0054] 5)制浆控制线、通信端口及连接:见图5,图7,上述水流量传感器1B、水泥电子秤2B、沙粒电子秤3B、添加剂电子秤4B四个制浆传感器、拉力传感器5o、液位检测装置11o的共六个电信号输出端1B、2B、3B、4B、5oa、11oa等均经过制浆光耦隔离电路、制浆A/D转换电路与制浆单片机的制浆传感器电信号输入接口8.4o连接；同时制浆单片机控制信号输出端口
8.5o通过制浆光耦隔离电路分别接如下7个制浆执行元件的电磁线圈:①水管电磁阀1A、②水泥电磁阀2A、③水泥粉供料控制装置2D、④沙粒电磁阀3A、⑤沙粒供料控制装置3D、⑥添加剂电磁阀4A、⑦添加剂供料控制装置 4D。见图7,制浆通信端口8.6o采用以太网传输,通过制浆光耦隔离电路连接到以太网2F实现与中央服务器1F的通信。

[0055] 智能制浆系统3F工作过程:1)用制浆键盘9o设置浓浆液浓度和配比信息。2)制浆单片机系统自动控制水泥电磁阀2A、水泥供料电磁阀2D，再配合水泥电子秤2B输出的重量信息，实现控制输入制浆桶内的水泥灰重量。同理，单片机控制系统检测沙粒电子秤3B和添加剂电子秤4B输出的重量信息，控制沙粒电磁阀3A、沙粒供料电磁阀3D、添加剂电磁阀4A、添加剂供料电磁阀4D的开关时间，使配比达到要求。同时制浆单片机系统根据在线式水泥浆液比重计反馈的密度信息调节自来水管电磁阀1A，使浓浆液浓度达到要求。

[0056] 本发明集成式智能灌浆系统工作过程:

[0057] 1)在中央服务器1F上设置某一智能灌浆单元5.1F的灌浆参数，并启动灌浆。

[0058] 2)中央服务器通过网络2F，向智能制浆系统3F下发制浆命令，同时向智能灌浆单元下发灌浆命令。

[0059] 3)智能制浆系统通过液位检测装置11o输出的液位电信号11oa检测当前浓浆浆液量是否足够若浆液量不足，则启动配浆程序，保证浆液量足够。

[0060] 4)智能制浆系统3F配置的浓浆液经制浆桶1n底部开浓浆液排出口1na(见图5)输出到储浆罐4F中，送浆泵7F启动，使浓浆液在浓浆输送管路8F中循环。

[0061] 5)智能灌浆单元打开浓浆电磁阀和清水电磁阀，将浓浆稀释成灌浆参数中指定的要求。

[0062] 6)关闭浓浆电磁阀和清水电磁阀，停止浆液的稀释。

[0063] 7)浆液稀释完成，智能灌浆单元启动灌浆泵，将浆液注入到灌浆孔中，直到灌浆数据达到灌浆参数中指定的灌浆结束条件。

[0064] 8)停止灌浆。

[0065] 9)智能灌浆单元向中央服务器反馈灌浆完成情况。

[0066] 10)智能灌浆单元打开清水电磁阀,清洗一体式配浆罐1和浆液管道2。

[0067] 11)当灌浆过程持续了一定时间，或者所有的智能灌浆单元都完成了各自的灌浆任务，中央服务器会向所有节点发出管路清洗命令；

[0068] 12)正在稀释浓浆的智能灌浆单元将关闭浓浆和清水电磁阀，暂停稀释过程。

[0069] 13)智能制浆系统打开水管电磁阀1A注入大量清水，清洗制浆桶，清洗后的废水流入储浆罐4F，清洗储浆罐和浓浆输送管路8F。

[0070] 14)设备清洗完成，智能制浆系统向中央服务器反馈清洗结果。

[0071] 15)中央服务器向各节点发送清洗结束命令，各节点继续执行此前的任务。