基于互联网的污水流量跟踪协调优化控制方法及其系统.pdf

本发明公开了基于互联网的污水流量跟踪协调优化控制方法及其系统。利用互联网将分布于城市的排水系统中多座相关排水泵站和中央控制单元连接起来，在广地域综合协调优化排放控制下，不仅使整个排水系统实现效率最优、能耗最小的方式运行，且能保障系统在降雨、突发涌流等异常情况下实现污水全程不溢出管理及最佳节电、节资排放控制；泵站采用后备现场自动切换控制，可以避免在网络中断、检修或中央控制单元发生故障时，因全局协调控制命令缺失而造成排水系统失控现象，同时，实现了泵站安全排水无人值守。

1.  基于互联网的污水流量跟踪协调优化控制方法，其特征是由多座排水泵站测取泵站液位和实时排水量，通过互联网传送到中央控制单元，中央控制单元辨识多座排水泵站的实时数据，并协调优化相应排水流量，输出协调控制指令至多座排水泵站，实现网络优化调度排水、流量预测跟踪控制；当某座泵站和中央控制平台因网络联结故障导致协调控制指令异常时，泵站现场控制器发出报警信号并自动切换至现场控制模式，转入单座泵站排水自主优化控制。

2.  用于实现权利要求1所述的污水流量跟踪协调优化控制方法的系统，其特征是包括通过互联网连接的中央控制单元和多座排水泵站，中央控制单元包括多路输入/输出模块、控制单元和数据存储器，各排水泵站具有超声波液位传感器(1)、电磁流量计(2)、现场工控机(3)、数据采集控制卡(4)、PLC(5)、变频器(6)和机泵群(7)，超声波液位传感器(1)的一路信号输出端分别接数据采集控制卡(4)和PLC(5)的第一个AI口，另一路信号输出端分别接数据采集控制卡(4)和PLC(5)的com口，电磁流量计(2)的一路信号输出端分别与数据采集控制卡(4)和PLC(5)的第二个AI口相连，另一路信号输出端分别与数据采集控制卡(4)和PLC(5)的com口相连，数据采集控制卡(4)通过PCI线与现场工控机(3)的PCI槽相连，PLC(5)与现场工控机(3)的232串口相连，数据采集控制卡(4)与PLC(5)的数字模拟口对应连接，变频器(6)的两个输入端分别与PLC(5)的AO口和com口相连，变频器(6)的输出端与污水提升机泵(7)相连。

基于互联网的污水流量跟踪协调优化控制方法及其系统
技术领域
本发明涉及一种污水排放流量跟踪协调优化控制方法及其系统，尤其是基于互联网用于城市排水泵站间流量跟踪的协调优化控制方法及其系统。
背景技术
城市排水泵站是广地域分布的高能耗系统，目前的基本控制方式为：各级泵站及机组由人工操作独立控制运行的。当发生降雨、突发涌流等情况会引起区间管网水位突变，极易发生污水溢出污染事故；同时，由于链接泵站间的机泵因各自运行工况及参数协调性差，综合效率低、耗能大，难做到城市排水泵站系统流量跟踪协调优化排放的高效节能。
发明内容
本发明的目的是为实现城市污水排放系统的污水流量跟踪协调优化排放控制，达到高效节能、提高综合经济效益而提供一种基于互联网的污水流量跟踪协调优化控制方法及其系统。
本发明的基于互联网的污水流量跟踪协调优化控制方法，其特征是由多座排水泵站测取泵站液位和实时排水量，通过互联网传送到中央控制单元，中央控制单元辨识多座排水泵站的实时数据，并协调优化相应排水流量，输出协调控制指令至多座相关排水泵站，实现网络优化调度排水、流量预测跟踪控制；当某座泵站和中央控制平台因网络联结故障导致协调控制指令异常时，泵站现场控制器发出报警信号并自动切换至现场控制模式，转入单座泵站排水自主优化控制。
用于实现上述污水流量跟踪协调优化控制方法的系统，包括通过互联网连接的中央控制单元和多座排水泵站，中央控制单元包括多路输入/输出模块、控制单元和数据存储器，各排水泵站具有超声波液位传感器、电磁流量计、现场工控机、数据采集控制卡、PLC(可编程逻辑控制器)、变频器和机泵群，超声波液位传感器的一路信号输出端分别接数据采集控制卡和PLC5的第一个AI口，另一路信号输出端分别接数据采集控制卡和PLC的com口，电磁流量计的一路信号输出端分别与数据采集控制卡和PLC的第二个AI口相连，另一路信号输出端分别与数据采集控制卡和PLC的com口相连，数据采集控制卡通过PCI线与现场工控机的PCI槽相连，PLC与现场工控机的232串口相连，数据采集控制卡与PLC的数字模拟口对应连接，变频器的两个输入端分别与PLC的AO口和com口相连，变频器的输出端与污水提升机泵相连。
使用时，超声波液位传感器悬于进水池上方，电磁流量计置于机泵出水口，由各泵站现场工控机、PLC和数据采集控制卡进行实时数据的循环采样，数据采集控制卡数据由现场工控机通过网络传送至远程中央控制单元，控制单元通过多路输入/输出模块接收各泵站的动态信息，并由存储器存储各泵站的实时信号，控制单元协调优化多座泵站的排水流量并发出控制数据包传送至相应泵站，现场工控机将接收到的远程协调控制信号或现场控制信号输出给变频器，变频器输出控制机泵电压，从而实现机泵转速控制，进一步控制排水流量。
本发明的优点：
利用互联网将分布于城市的排水系统中多座相关排水泵站和中央控制单元连接起来，在广地域综合协调优化排放控制下，不仅使整座排水系统实现效率最优、能耗最小的方式运行，且能保障系统在降雨、突发涌流等异常情况下实现污水全程不溢出管理及最佳节电、节资排放控制；泵站采用后备现场自动切换控制，可以避免在网络中断、检修或中央控制单元发生故障时，因全局协调控制命令缺失而造成排水系统失控现象，同时，实现了泵站安全排水无人值守。
附图说明
图1是基于互联网的污水流量跟踪协调优化控制系统示意图。
图2是单座排水泵站示意图。
具体实施方式
参照图1，基于互联网的污水流量跟踪协调优化控制系统，包括通过互联网internet连接的中央控制单元A和多座排水泵站B，图例中给出了5座泵站，中央控制单元包括多路输入/输出模块、控制单元和数据存储器，各排水泵站如图2所示，具有超声波液位传感器1、电磁流量计2、现场工控机3、数据采集控制卡4、PLC(可编程逻辑控制器)5、变频器6和机泵群7，超声波液位传感器1的一路信号输出端分别接数据采集控制卡4和PLC 5的第一个AI口，另一路信号输出端分别接数据采集控制卡4和PLC 5的com口，电磁流量计2的一路信号输出端分别与数据采集控制卡4和PLC 5的第二个AI口相连，另一路信号输出端分别与数据采集控制卡4和PLC 5的com口相连，数据采集控制卡4通过PCI线与现场工控机3的PCI槽相连，PLC 5与现场工控机3的232串口相连，数据采集控制卡4与PLC 5的数字模拟口对应连接，变频器6的两个输入端分别与PLC 5的AO口和com口相连，变频器6的输出端与污水提升机泵7相连。
系统工作时，各排水泵站测取泵站液位和实时排水量，通过互联网传送到中央控制单元，控制单元通过多路输入/输出模块接收各泵站的动态信息，并由存储器存储各泵站的实时信号，经中央控制单元辨识多座排水泵站的实时数据，由机泵效率能耗模型和模糊控制算法计算，协调优化多座排水流量，输出协调控制指令至多座排水泵站，实现网络调度排水流量预测跟踪控制；当某座泵站网络或中央控制平台故障导致协调控制指令异常时，泵站现场工控机发出报警信号，同时由PLC自动切换至现场控制，实现PLC控制单座泵站排水流量的自主优化控制。
参照图1控制过程举例：
当基于网络进行全局协调控制时，中央控制单元检测到排水泵站1出现洪峰，则增大排水泵站1的污水排出量，同时提前改变排水泵站2机泵状态，增大污水排出量使泵站内污水容纳能力变大；若检测到此时排水泵站3的水位较高，而排水泵站4的水位较低时，为避免排水泵站3和排水泵站2区域的污水溢出，可调剂排水泵站2排出的污水送往排水泵站4方向，从而实现污水全程不溢出管理及最佳节电、节资排放控制；若排水泵站2由于网络联结或中央控制平台故障导致协调控制指令异常，排水泵站2便自动切换至现场控制模式，根据此时排水泵站2的扬程和流量，高效自主调节排放流量，直至协调控制指令恢复正常，则立即自动切换至协调控制模式，执行区域全局排水系统的污水流量跟踪协调优化高效排水。