CN111119216A - 无线传输的基坑降水变频控制***及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及本发明涉及降低地下水位的控制领域，具体为一种无线传输的基坑降水变频控制***及其使用方法。一种无线传输的基坑降水变频控制***，包括基坑(1)、降水井(11)和观测井(12)，其特征是：还包括液位控制单元(2)和液位监测单元(3)，每口降水井(11)内都设有液位控制单元(2)；每口观测井(12)内都设有液位监测单元(3)。一种无线传输的基坑降水变频控制***的使用方法，a.布置；b.预设；c.排水；d.传输；e.控制；f.停机；g.重复。本发明施工便捷，传输可靠，控制精准。
Description
技术领域
本发明涉及降低地下水位的控制领域，具体为一种无线传输的基坑降水变频控制***及其使用方法。
背景技术
基础施工时，一般通过对降水井抽水，并结合观测井的水位情况，调整降水井水泵抽水速率，最终实现基坑整体的地下水位保持在设计值范围内。降水井中的水泵工作均需要接电缆获取供电。另外为了掌握基坑整体的地下水位情况，需要对降水井和观测井的水位进行实时监测，监测仪器也需要接电线，监测数据还需要通过信号线传输至网关和现场工控机。降水所需线缆长而繁多地布满施工现场，影响施工，且不安全，同时电线容易在施工中被砸断或压坏导致***故障。
降水井中水泵的运转一般通过开关电源控制，需要降水时开启开关，水位达到设计值时关掉开关。然而水位是随着基坑的开挖而时刻变化的，也是无法精确预测的，因此需要频繁的开启关闭，这种以开关电源控制的水泵，通过简单的启停往往无法应对随时变化的水位，对水位的控制也常常处于滞后的状态。开关电源控制的水泵常由于关闭不及时导致超抽水，无法达到合理控制的效果，或是有的降水井抽干水后，水泵继续空转造成烧坏的现象。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，提供一种施工便捷、传输可靠、控制精准的地下水控制设备，本发明公开了一种无线传输的基坑降水变频控制***及其使用方法。
本发明通过如下技术方案达到发明目的：
一种无线传输的基坑降水变频控制***，用于监测基坑，其特征是：还包括降水井和观测井，基坑内开挖至少五口降水井，基坑的外侧开挖多口观测井，各口观测井依次围绕在基坑外，其特征是：还包括液位控制单元和液位监测单元，
每口降水井内都设有液位控制单元，液位控制单元包括水泵、液位计、流量计、数据采集模块、无线传输模块和控制器，水泵的抽水口和液位计都设于降水井的液面下，水泵的排水口内设有流量计，水泵的排水口连接排水总管，液位控制单元的数据采集模块、无线传输模块和控制器封装成为一体共同构成液位控制微处理器，液位计和流量计都通过信号线连接数据采集模块，控制器通过信号线分别连接水泵、数据采集模块和无线传输模块，所述液位控制微处理器外设有防护罩，所述液位控制微处理器设于降水井的一侧；
每口观测井内都设有液位监测单元，液位监测单元包括液位计、数据采集模块、无线传输模块和控制器，液位计通过信号线连接数据采集模块，控制器通过信号线分别连接数据采集模块和无线传输模块，液位监测单元的数据采集模块、无线传输模块和控制器封装成为一体共同构成液位监测微处理器，所述液位监测微处理器外设有防护罩，所述液位监测微处理器设于观测井的一侧。
无线传输的基坑降水变频控制***，其特征是：水泵采用变频电机驱动。
无线传输的基坑降水变频控制***的使用方法，其特征是：按如下步骤依次实施：
a. 布置：在基坑内的各口降水井内布置液位控制单元，使水泵的抽水口和液位计都设于降水井的液面下，在水泵的排水口内设有流量计，使水泵的排水口连接排水总管，使液位计和流量计都通过信号线连接所述液位控制微处理器的数据采集模块，并将所述液位控制微处理器和水泵通过信号线连接，将所述液位控制微处理器设于降水井的一侧；
在基坑外的各口观测井内布置液位监测单元，使液位计通过信号线连接所述液位监测微处理器的数据采集模块，将所述液位监测微处理器设于观测井的一侧；
b. 预设：将各个液位控制单元的控制器和各个液位监测单元的控制器都通过各自的无线传输模块和总控电脑连接，按照设计文件规定的地下水位控制方法在所述的总控电脑上预先设定各项控制参数参数，控制参数包括：单次降水高度H，单位m、每小时降水速度v，单位m/hour、单个水泵每小时抽水量Q，单位m3/hour；
c. 排水：所述总控电脑发出启动指令，液位控制单元的控制器接收启动指令后控制水泵的电机驱动水泵运转，将降水井内的地下水排至排水总管；
d. 传输：液位控制单元的控制器控制液位控制单元的数据采集模块按照指定频率采集液位计和流量计所测得的液位数据和流量数据，液位监测单元的控制器控制液位监测单元的数据采集模块按照指定频率采集液位计所测得的液位数据，各个控制器通过无线传输模块将液位数据和流量数据无线上传至所述总控电脑和云端，可在所述总控电脑进行查看与控制；
e. 控制：所述总控电脑将所有降水井和观测井的液位数据进行汇总和分析，对每个降水井和观测井的实时水位高度进行汇总，计算分析每小时降水速度、剩余降水高度并预估降水时间，结合基坑施工工序安排控制降水作业，各个液位控制单元的控制器通过基于周边节点信息的水位速率调整方法控制水泵电机的转速，从而驱使水泵始终以合理的抽水量抽水，降水速度的影响因素包括：水泵抽水能力、地表沉降监测数据、基坑施工工序等，合理的抽水量需要满足至少以下三个指标：水泵抽水功率不超过额定功率的80%；地表沉降监测数据不超过设计文件中的监测报警值；不低于基坑开挖前24小时降水至设计要求水位，控制器实时分析降水井与观测井液位的变化量，将液位数据通过无线传输模块上传至所述总控电脑；
f. 停机：当降水井的液位接近设计值时，液位控制单元的控制器根据降水井的液位数据和水泵的抽水流量数据，并结合相邻降水井的液位数据和抽水流量数据作对比，将液位状态固定在锁定范围内，用锁定范围值对应到预先设定的控制参数，从而精准控制水泵缓慢停机；
g. 重复：随着基坑的施工，所述总控电脑再次监测到某降水井需要降水时，按照步骤c～f再次实施降水。
本发明提出了一种无线传输的基坑降水变频控制***，具有无线传输数据的功能，并且采用基于周边节点信息的水位速率调整方法对水泵进行精确控制。具体来说，本发明具有如下有益效果：
1. 无线传输：
数据传输通过LoRa等无线通讯技术，实现现场的无线自组网控制，并由现场主控电脑，对每个降水点的水泵进行独立控制。
所有观测点均采用电池供电，所有降水点接水泵供电线缆，即现场预先为水泵工作而布设的220V市电，整套监测装置无需另外布设供电线缆。
通过上述方式将大幅提升数据传输的可靠性与现场施工的便捷性。
2. 变频控制：
对降水点水泵流量的控制采用基于周边节点信息的水位速率调整方法，对水位的控制能够无限接近设计值，一旦水位变化能够以平滑控制方式及时地缓慢启停，保持水位始终处于设计值范围内。防止水泵运转过冲引发超抽水以及空转现象。
此外，本发明还能够通过各个降水点及观测点的实时水位自动计算出各降水点的水泵运转速度，达到合理控制各点水位的目的。
与普通开关电源控制水泵的方式相比，本发明不仅能够保证设备的安全运行，还能够更加精准、智能的对水位进行控制。
附图说明
图1是本发明中基坑、降水井和观测井的布设示意图；
图2是本发明的结构示意图；
图3是本发明中液位控制单元的连接示意图；
图4是本发明中液位监测单元的连接示意图。
具体实施方式
以下通过具体实施例进一步说明本发明。
实施例1
一种无线传输的基坑降水变频控制***，用于监测基坑1，包括降水井11、观测井12、液位控制单元2和液位监测单元3，如图1～图4所示，具体结构是：
如图1所示：基坑1内开挖至少五口降水井11，基坑1的外侧开挖多口观测井12，各口观测井12依次围绕在基坑1外；
如图2所示：每口降水井11内都设有液位控制单元2，液位控制单元2如图3所示：液位控制单元2包括水泵21、液位计22、流量计23、数据采集模块24、无线传输模块25和控制器26，水泵21的抽水口和液位计22都设于降水井11的液面下，水泵21的排水口内设有流量计23，水泵21的排水口连接排水总管4，液位控制单元2的数据采集模块24、无线传输模块25和控制器26封装成为一体共同构成液位控制微处理器，液位计22和流量计23都通过信号线连接数据采集模块24，控制器26通过信号线分别连接水泵21、数据采集模块24和无线传输模块25，所述液位控制微处理器外设有防护罩，所述液位控制微处理器设于降水井11的一侧；
如图2所示：每口观测井12内都设有液位监测单元3，液位监测单元3如图4所示：液位监测单元3包括液位计22、数据采集模块24、无线传输模块25和控制器26，液位计22通过信号线连接数据采集模块24，控制器26通过信号线分别连接数据采集模块24和无线传输模块25，液位监测单元3的数据采集模块24、无线传输模块25和控制器26封装成为一体共同构成液位监测微处理器，所述液位监测微处理器外设有防护罩，所述液位监测微处理器设于观测井12的一侧。
本实施例中：水泵21采用变频电机驱动。
本实施例使用时，按如下步骤依次实施：
a. 布置：在基坑1内的各口降水井11内布置液位控制单元2，使水泵21的抽水口和液位计22都设于降水井11的液面下，在水泵21的排水口内设有流量计23，使水泵21的排水口连接排水总管4，使液位计22和流量计23都通过信号线连接所述液位控制微处理器的数据采集模块24，并将所述液位控制微处理器和水泵21通过信号线连接，将所述液位控制微处理器设于降水井11的一侧；
在基坑1外的各口观测井12内布置液位监测单元3，使液位计22通过信号线连接所述液位监测微处理器的数据采集模块24，将所述液位监测微处理器设于观测井12的一侧；
b. 预设：将各个液位控制单元2的控制器26和各个液位监测单元3的控制器26都通过各自的无线传输模块25和总控电脑连接，按照设计文件规定的地下水位控制方法在所述的总控电脑上预先设定各项控制参数，控制参数包括：单次降水高度H，单位m、每小时降水速度v，单位m/hour、单个水泵每小时抽水量Q，单位m3/hour；
c. 排水：所述总控电脑发出启动指令，液位控制单元2的控制器26接收启动指令后控制水泵21的电机驱动水泵21运转，将降水井11内的地下水排至排水总管4；
d. 传输：液位控制单元2的控制器26控制液位控制单元2的数据采集模块24按照指定频率采集液位计22和流量计23所测得的液位数据和流量数据，液位监测单元3的控制器26控制液位监测单元3的数据采集模块24按照指定频率采集液位计22所测得的液位数据，各个控制器26通过无线传输模块25将液位数据和流量数据无线上传至所述总控电脑和云端，可在所述总控电脑进行查看与控制；
e. 控制：所述总控电脑将所有降水井11和观测井12的液位数据进行汇总和分析，对每个降水井11和观测井12的实时水位高度进行汇总，计算分析每小时降水速度、剩余降水高度并预估降水时间，结合基坑施工工序安排控制降水作业，各个液位控制单元2的控制器26通过基于周边节点信息的水位速率调整方法控制水泵21电机的转速，从而驱使水泵21始终以合理的抽水量抽水，具体地说：
将基坑1中的降水井11进行分组，设每五个降水井11为一组，选取其中心的降水井11，取中心的降水井11周围相邻的四个降水井11共同作为一个测控组，对每组降水井11设置单次降水高度H及每小时抽水量Q，当该组降水井11的平均降水位达到设计值80%H时，关停中心的降水井11的水泵21，其余四个降水井11的每小时水泵21抽水量调整为50%Q；当该组降水井11的中心的降水井11水位达到设计值90%H时，其余四个降水井11的每小时水泵21抽水量调整为30%Q；
降水速度的影响因素包括：水泵抽水能力、地表沉降监测数据、基坑施工工序等，合理的抽水量需要满足至少以下三个指标：水泵抽水功率不超过额定功率的80%；地表沉降监测数据不超过设计文件中的监测报警值；不低于基坑开挖前24小时降水至设计要求水位，控制器26实时分析降水井11与观测井12液位的变化量，将液位数据通过无线传输模块25上传至所述总控电脑；
f. 停机：当降水井11的液位接近设计值时，液位控制单元2的控制器26根据降水井11的液位数据和水泵21的抽水流量数据，并结合相邻降水井11的液位数据和抽水流量数据作对比，将液位状态固定在锁定范围内，用锁定范围值对应到预先设定的控制参数，从而精准控制水泵21缓慢停机；
以单次降水高度H和单个水泵21每小时抽水量Q为水泵21控制目标，当降水完成80%H时，调整水泵21抽水量至50%Q，当降水完成90%H时，调整水泵21抽水量至30%Q；
g. 重复：随着基坑1的施工，所述总控电脑再次监测到某降水井11需要降水时，按照步骤c～f再次实施降水。
Claims (3)
1.一种无线传输的基坑降水变频控制***，用于监测基坑(1)，其特征是：还包括降水井(11)和观测井(12)，基坑(1)内开挖至少五口降水井(11)，基坑(1)的外侧开挖多口观测井(12)，各口观测井(12)依次围绕在基坑(1)外，其特征是：还包括液位控制单元(2)和液位监测单元(3)，
每口降水井(11)内都设有液位控制单元(2)，液位控制单元(2)包括水泵(21)、液位计(22)、流量计(23)、数据采集模块(24)、无线传输模块(25)和控制器(26)，水泵(21)的抽水口和液位计(22)都设于降水井(11)的液面下，水泵(21)的排水口内设有流量计(23)，水泵(21)的排水口连接排水总管(4)，液位控制单元(2)的数据采集模块(24)、无线传输模块(25)和控制器(26)封装成为一体共同构成液位控制微处理器，液位计(22)和流量计(23)都通过信号线连接数据采集模块(24)，控制器(26)通过信号线分别连接水泵(21)、数据采集模块(24)和无线传输模块(25)，所述液位控制微处理器外设有防护罩，所述液位控制微处理器设于降水井(11)的一侧；
每口观测井(12)内都设有液位监测单元(3)，液位监测单元(3)包括液位计(22)、数据采集模块(24)、无线传输模块(25)和控制器(26)，液位计(22)通过信号线连接数据采集模块(24)，控制器(26)通过信号线分别连接数据采集模块(24)和无线传输模块(25)，液位监测单元(3)的数据采集模块(24)、无线传输模块(25)和控制器(26)封装成为一体共同构成液位监测微处理器，所述液位监测微处理器外设有防护罩，所述液位监测微处理器设于观测井(12)的一侧。
2.如权利要求1所述的无线传输的基坑降水变频控制***，其特征是：水泵(21)采用变频电机驱动。
3.如权利要求1或2所述的无线传输的基坑降水变频控制***的使用方法，其特征是：按如下步骤依次实施：
① 布置：在基坑(1)内的各口降水井(11)内布置液位控制单元(2)，使水泵(21)的抽水口和液位计(22)都设于降水井(11)的液面下，在水泵(21)的排水口内设有流量计(23)，使水泵(21)的排水口连接排水总管(4)，使液位计(22)和流量计(23)都通过信号线连接所述液位控制微处理器的数据采集模块(24)，将所述液位控制微处理器和水泵(21)通过信号线连接，将所述液位控制微处理器设于降水井(11)的一侧；
在基坑(1)外的各口观测井(12)内布置液位监测单元(3)，使液位计(22)通过信号线连接所述液位监测微处理器的数据采集模块(24)，将所述液位监测微处理器设于观测井(12)的一侧；
② 预设：将各个液位控制单元(2)的控制器(26)和各个液位监测单元(3)的控制器(26)都通过各自的无线传输模块(25)和总控电脑连接，按照地下水位控制方法在所述的总控电脑上预先设定各项控制参数，控制参数包括：单次降水高度、每小时降水速度、单个水泵每小时抽水量；
③ 排水：所述总控电脑发出启动指令，液位控制单元(2)的控制器(26)接收启动指令后控制水泵(21)的电机驱动水泵(21)运转，将降水井(11)内的地下水排至排水总管(4)；
④ 传输：液位控制单元(2)的控制器(26)控制液位控制单元(2)的数据采集模块(24)按照指定频率采集液位计(22)和流量计(23)所测得的液位数据和流量数据，液位监测单元(3)的控制器(26)控制液位监测单元(3)的数据采集模块(24)按照指定频率采集液位计(22)所测得的液位数据，各个控制器(26)通过无线传输模块(25)将液位数据和流量数据无线上传至所述总控电脑和云端；
⑤ 控制：所述总控电脑将所有降水井(11)和观测井(12)的液位数据进行汇总和分析，对每个降水井(11)和观测井(12)的实时水位高度进行汇总，计算分析每小时降水速度、剩余降水高度并预估降水时间，结合基坑施工工序安排控制降水作业，各个液位控制单元(2)的控制器(26)通过基于周边节点信息的水位速率调整方法控制水泵(21)电机的转速，从而驱使水泵(21)始终以合理的抽水量抽水，控制器(26)实时分析降水井(11)和观测井(12)液位的变化量，将液位数据通过无线传输模块(25)上传至所述总控电脑；
⑥ 停机：当降水井(11)的液位接近设计值时，液位控制单元(2)的控制器(26)根据降水井(11)的液位数据和水泵(21)的抽水流量数据，并结合相邻降水井(11)的液位数据和抽水流量数据作对比，将液位状态固定在锁定范围内，用锁定范围值对应到预先设定的控制参数，从而精准控制水泵(21)缓慢停机；
以单次降水高度H和单个水泵每小时抽水量Q为水泵控制目标，当降水完成80%H时，调整水泵抽水量至50%Q，当降水完成90%H时，调整水泵抽水量至30%Q；
⑦ 重复：随着基坑(1)的施工，所述总控电脑再次监测到某降水井(11)需要降水时，按照步骤③～⑥再次实施降水。
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