CN103472792A - 一种智能排水系统 - Google Patents

Abstract

一种智能排水系统，其中的自动化单元从交互式平台获取工作规则对系统中的设备进行控制；所述交互式平台用于所述自动化单元、管网监控单元以及管网模型之间的数据的安全交互；所述管网模型根据系统中各设备参数与状态、基础数据以及管网的实时运行数据对系统的水文、水质以及水动力进行模拟仿真；所述管网监控单元通过智能采集终端获取管网的实时运行数据并输入仿真结果得到结果数据并将所述结果数据发送至交互式平台；所述交互式平台根据所述结果数据发送工作规则至所述系统的各设备。通过本发明提供的智能排水系统，可以提前获知排水系统运行的最大能力排水系统个环节之间的动态关联关系。

Description

一种智能排水系统

技术领域

    本发明涉及给排水领域，特别是一种实现动态系统监控、设备自动化监控、管网模型仿真分析为一体的智慧水务中的智能化运行监控排水系统。

背景技术

    现有排水系统分为多个环节，每个环节的运行都有相关性，目前现状基本属于：独立的管网监控单元，独立的静态管网模型分析，独立的自动化单元等。它们没有互联，更没有具有关联性分析后具有实际规则的智能化运行监控系统。

  管网监控单元是获取管网的实际运行状态，例如排水中的流量 水位等；管网模型是通过函数关系和现况基础数据等来分析仿真系统的各种能力和状态的，目前国内无动态实时仿真分析的，属于某种状态的静态分析；自动化单元是指电气设备的实际运行和自动化控制系统，例如供排水中的泵站的关开度等。

    现有的管网模型主要应用于仿真，就是利用现有的基础数据和历史数据对现况进行仿真模拟和校核，没有对系统的动态监测数据进行动态仿真，更无法将动态仿真的结果展示在实时监控系统上，仅仅为某种状态下的静态仿真。    

    目前的设备自动化运行是独立的简单条件控制，没有结合系统的实际状态进行同步。实际中 管网中的水的运行和泵站运行是脱节的，但是泵站运行是为了满足需求来运输水的。无论在 制水 输水 送水 配水 排水户排水 提水 处理水 排放水的环节中，各个环节实际控制中没有关联。 但是为了满足整个系统需求，应该是 每个环节都是关联联动的。

实际的目前现状运行下，不仅仅是产生了很大的浪费，例如在末端取水需求量小的情况下，上游环节仍然原有状态工作，设备寿命减少，管网损坏更大，而且易于引起管网漏损等，还有大量的电能被浪费。例如排水管网中的水量需要一定时间运输至泵站，但提升泵站仅仅按照泵站池的2个水位来简单工作，没有发挥出整个系统的最大优势，特别是在 防洪排涝时会产生可以避免的损失。

发明内容

本发明提供了一种智能排水系统，其包括自动化单元、交互式平台、管网模型、管网监控单元以及智能采集终端；

所述自动化单元获取系统中的设备参数与设备状态并发送至所述交互式平台，同时从所述交互式平台获取工作规则对系统中的设备进行控制；

所述交互式平台分别与所述自动化单元、管网监控单元以及管网模型连接，所述交互式平台用于所述自动化单元、管网监控单元以及管网模型之间的数据的安全交互；

所述管网模型根据系统中各设备参数与状态、基础数据以及管网的实时运行数据对系统的水文、水质以及水动力进行模拟仿真得到仿真状态；

所述管网监控单元通过智能采集终端获取管网实时的运行状态，并将管网的实时运行数据与仿真状态、内置规则进行对比运算得到结果数据并将所述结果数据发送至交互式平台；

所述交互式平台根据所述结果数据发送工作规则至系统中的各设备，所述各设备根据所述工作规则运行。

较佳地，所述设备参数与设备状态包括排水系统中提升泵站和污水厂泵站的数量，每台泵的开度，关停状态，每台泵的关停的水位设置参数依据，污水厂的加药设备，曝气机，污泥脱水机，风机，输送机，刮泥机的关停状态和工作规则参数。

较佳地，所述基础数据包括水力数据、水文数据 、水质数据。

较佳地，所述管网的实时数据包括管网中的水位数据、流量数据以及水质数据。

较佳地，所述内置规则包括系统状态的预设参数，系统的最大容忍限度，与时间相关联的系统运行数据。

较佳地，所述水文模拟为降雨径流模拟，其是利用降雨时间计算扣除洼地蓄水、下渗等径流损失后生成城市地表径流的降雨部分，包括输入降雨资料，计算径流损失，降雨过程和雨水口入流过程线。

    较佳地，所述水动力模拟是对管网汇流的计算，即管道中水流运动的演算由上游逐渐向下确定系统的流量过程线。

较佳地，所述水质模拟用于预测各种污染物组分从分散地方集结、冲洗到排水管道、污水处理厂和受纳水体的迁移过程，模拟排水系统特定位置处污染物浓度随时间的变化，进而用以改善系统性能，优化系统中污染物的滞留情况。

较佳地，所述工作规则具有优先级顺序。

通过本发明提供的智能排水系统，可以提起获知排水系统运行的最大能力，排水管道的实时运行情况，泵站的同步状态，污水厂的运行，溢水口等排水系统个环节之间的动态关联关系 ，并且可以找出他们的关系并建立系统最优的工作规则 ，而且可以对各种工作实施会产生的影响和后果，并且是实时的进行决策和可知结果的执行。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

图1为本发明实施例提供的智能排水系统组成原理图；

图2为本发明实施例提供的智能排水系统工作流程图。

具体实施例

本发明实施例提供了一种智能排水系统，如图1所示，其包括自动化单元1、交互式平台2、管网模型4、管网监控单元3以及智能采集终端5；

自动化单元1获取系统中的设备参数与设备状态并发送至交互式平台2，同时从交互式平台2获取工作规则对系统中的设备进行控制；

交互式平台2分别与自动化单元1、管网监控单元3以及管网模型4连接，交互式平台2用于自动化单元1、管网监控单元3以及管网模型4之间的数据的安全交互；

管网模型4根据管网中各设备参数与状态、基础数据以及管网的实时运行数据对系统的水文、水质以及水动力进行模拟仿真得到放置状态；

 管网监控单元3通过智能采集终端5获取管网实时的运行状态，并将管网的实时运行数据与所述仿真状态、内置规则进行对比运算得到结果数据并将所述结果数据发送至交互式平台2；

交互式平台2根据所述结果数据发送工作规则至系统中的各设备，所述各设备根据所述工作规则运行。

    本实施例中，设备参数与设备状态指的是：排水系统中提升泵站和污水厂泵站的数量，每台泵的开度.关停状态，每台泵的关停的水位设置参数依据。污水厂的加药设备.曝气机 污泥脱水机 风机 输送机 刮泥机等设备的关停状态和工作规则参数。

    智能采集终端5是指：布设在排水系统内（例如管网中）的监测设备，他们可以按照设定的工作规则去采集运行数据（例如 管网中的水位，流量，水质等），并按照规则上传到指定的位置供调用使用等。本实施例中，管网监控单元3完成对智能采集终端5的进行数据采集的工作规则的设置。

    自动化单元：将污水厂的电器设备的运行状态采集传输在一个平台上展示，并实现简单的预设条件自动化控制。将泵站运行状态采集并传输在一个平台上展示，并实现简单的格栅前后的2个水位做基本控制。

     交互式平台用于将不同的系统中相关关联的部分在不影响原有系统安全和保持原有系统独立的情况下增加的一个共有平台，它可以是独立存在，也可以嵌入在综合平台内，但它必须是独立的功能部分。一个独立的系统有其自身的运行规则，再增加外界的条件进行运行时，必须保持其的安全性，特别是对于动态分析后规则执行。

    增加交互式平台后，当动态分析出现预计外的紊乱时，通过该平台就过滤而且使原有系统自动恢复到原有状态，大大降低增加外界规则而带来的风险，而且自动化单元、 管网模型、管网监控、智能采集终端完全还处于独立的工作。在此交互式部分增加了安全等级的自动恢复功能，当数据或规则违反预设的规则部分，系统将根据优先等级自动启动相应恢复功能。

    管网模型的基础数据有：水力数据，水文数据，水质数据；

    水力数据包括排水管网的口径、埋深、坐标、泵站的坐标、泵的坐标和功率，泵站的控制规则等，铰点的坐标、排放口、蓄水池的坐标和尺寸等。    水文数据：汇水区的分割和数据，地表径流系数，历史降雨数据 ，雨量计等；

    水质数据：污染物的数据，土地利用等各项数据等；

    本实施例仅举几个常用的水力数据进行说明，对于其它水力数据本实施例在此不一一列举；在本实施例提供的管网模型中，已经建立各个参数之间的属性和关联，有内置的函数和规则，只需要将这些属性的参数输入到模型中，模型就会按照设定的规则进行运算得到仿真状态。

    管网模型的核心能力为模拟

(1)水文模拟，水文模拟也可视为降雨径流模拟，它是利用降雨时间计算扣除洼地蓄水、下渗等径流损失后生成城市地表径流的降雨部分，包括输入降雨资料，计算径流损失，降雨过程和雨水口入流过程线。

(2)水动力模拟，用于新建排水系统的设计和对现有系统的分析。对于新建系统的设计，确定特定条件下，排水系统各项物理特性，保证系统今后的合理运行；对现有系统的分析模拟，重点解决如何降低管道过载和地面洪水的程度，调整管道的流量和充满度等问题，模型中主要以管网汇流计算为主，即管道中水流运动的演算，由上游逐渐向下确定系统的流量过程线。

(3)水质模拟，预测各种污染物组分从分散地方集结、冲洗到排水管道、污水处理厂和受纳水体的迁移过程，模拟排水系统特定位置处污染物浓度随时间的变化，进而用以改善系统性能，优化系统中污染物的滞留情况。

如图2所示，本实施例提供的智能排水系统工作流程为:

自动化的数据传输在交互式平台上，管网模型从交互式平台上获取自动化的数据，然后同时从管网监控单元中获取已设置的监测点的实时数据；然后通过管网模型运算仿真出现有设备状态下现在和未来整个系统的运行，然后把参数传输给管网监控单元去展示，同时管网监控单元中将仿真状态和实时数据与内置规则（本实施例中内置规则指：系统中各种状态的预设参数，系统的最大容忍限度，与时间相关联的对应的系统运行数据等，这里对于内置规则不做一一列举，本实施例仅举例说明）进行对比和运算，确认仿真的系统运行是否满足实际需求，根据差异等级，发送结果数据，该结果数据是对比运算得到，此结果数据是整个系统中共用属性识别的数据，可进行报警给管理者，可发送结果数据到交互式平台给自动化设备根据优先等级执行新的工作规则；在执行过程中，根据智能采集终端采集的数据或管网根据新的运行状态进行仿真，与内置规则对比计算后，管网监控单元会发送结果数据给交互式平台给自动化设备按照新的工作规则运行。整个系统形成了闭合的智慧循环系统。     通过本发明提供的智能排水系统，可以提起获知排水系统运行的最大能力，排水管道的实时运行情况，泵站的同步状态，污水厂的运行，溢水口等排水系统个环节之间的动态关联关系 ，并且可以找出他们的关系并建立系统最优的工作规则 ，而且可以对各种工作实施会产生的影响和后果，并且是实时的进行决策和可知结果的执行。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (9)

1.一种智能排水系统，其特征在于，包括自动化单元、交互式平台、管网模型、管网监控单元以及智能采集终端；

所述自动化单元获取系统中的设备参数与设备状态并发送至所述交互式平台，同时从所述交互式平台获取工作规则对系统中的设备进行控制；

所述交互式平台分别与所述自动化单元、管网监控单元以及管网模型连接，所述交互式平台用于所述自动化单元、管网监控单元以及管网模型之间的数据的安全交互；

    所述管网模型根据系统中各设备参数与状态、基础数据以及管网的实时运行数据对系统的水文、水质以及水动力进行模拟仿真得到仿真状态；

所述管网监控单元通过智能采集终端获取管网实时的运行状态，并将管网的实时运行数据与仿真状态、内置规则进行对比运算得到结果数据并将所述结果数据发送至交互式平台；

所述交互式平台根据所述结果数据发送工作规则至系统中的各设备，所述各设备根据所述工作规则运行。

2.如权利要求1所述的智能排水系统，其特征在于，所述设备参数与设备状态包括排水系统中提升泵站和污水厂泵站的数量，每台泵的开度，关停状态，每台泵的关停的水位设置参数依据，污水厂的加药设备，曝气机，污泥脱水机，风机，输送机，刮泥机的关停状态和工作规则参数。

3.如权利要求1所述的智能排水系统，其特征在于，所述基础数据包括水力数据、水文数据 、水质数据。

4.如权利要求1所述的智能排水系统，其特征在于，所述管网的实时数据包括管网中的水位数据、流量数据以及水质数据。

5.如权利要求1所述的智能排水系统，其特征在于，所述内置规则包括系统状态的预设参数，系统的最大容忍限度，与时间相关联的系统运行数据。

6.如权利要求１所述的智能排水系统，其特征在于，所述水文模拟为降雨径流模拟，其是利用降雨时间计算扣除洼地蓄水、下渗等径流损失后生成城市地表径流的降雨部分，包括输入降雨资料，计算径流损失，降雨过程和雨水口入流过程线。

7. 如权利要求1所述的智能排水系统，其特征在于，所述水动力模拟是对管网汇流的计算，即管道中水流运动的演算由上游逐渐向下确定系统的流量过程线。

8.如权利要求1所述的智能排水系统，其特征在于，所述水质模拟用于预测各种污染物组分从分散地方集结、冲洗到排水管道、污水处理厂和受纳水体的迁移过程，模拟排水系统特定位置处污染物浓度随时间的变化，进而用以改善系统性能，优化系统中污染物的滞留情况。

9.如权利要求１所述的智能排水系统，其特征在于，所述工作规则具有优先级顺序。

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