CN105807801A - 一种城市供水管网dma分区优化运行控制系统 - Google Patents

一种城市供水管网dma分区优化运行控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及自来水供水运行控制技术领域，一种城市供水管网DMA分区优化运行控制系统，包括自来水母管、第1、2…N‑1、N自来水支管、自来水母管恒压闭环控制单元、第1、2…N‑1、N支管网末端最不利点压力监测单元及公有云平台实时数据采集中继单元，所述自来水母管恒压闭环控制单元，包括DMA分区优化控制器、变频器、多功能电表、数据传输单元DTU、安装在自来水母管上的DMA分区调压泵、母管压力传感器及母管流量传感器，所述第1、2…N‑1、N支管网末端最不利点压力监测单元、数据传输单元DTU分别通过GPRS/3G/4G将采集的数据上传至公有云平台实时数据采集中继单元。本发明可根据当前城市供水管网流量需求的大小，动态调节管网工作压力，降低供水系统的运行电耗，降低管道的泄漏量。

Description

一种城市供水管网DMA分区优化运行控制系统
技术领域
本发明涉及一种城市供水管网DMA分区优化运行控制系统，属于自来水供水运行控制技术领域。
背景技术
在城市自来水系统的生产运行中，水厂外输泵、管网中加压泵的运行控制是保障城市供水管网压力平衡和负荷调节的关键。管网压力不足将导致末端用户断水，但当管网运行于过高压力条件下时，一方面会增加运行电耗和爆管风险；另一方面在有泄漏孔隙的管道中，管网压力高将导致泄漏量大幅度增加。对城市供水系统非收益水费影响最大的是供水管网末端的微小泄漏，该类泄漏由于末端管网管径小、管网拓扑复杂而不易探查排除。因此，实现城市供水管网末端的优化运行——保障末端最不利点于最小管网压力条件下运行，是减少当前管道泄漏量的最佳办法。
发明内容
为了克服已有技术存在的问题，本发明目的是提供一种城市供水管网DMA分区优化运行控制系统。该系统可根据当前城市供水管网流量需求的大小，动态调节管网工作压力，不但可以降低供水系统的运行电耗，还可以降低管道的泄漏量，降低城市供水系统的非收益水费，提高城市供水的经济效益和资源效益。
为了实现上述发明目的，解决已有技术中所存在的问题，本发明采取的技术方案是：一种城市供水管网DMA分区优化运行控制系统，包括自来水母管、第1、2…N-1、N自来水支管、自来水母管恒压闭环控制单元、第1、2…N-1、N支管网末端最不利点压力监测单元及公有云平台实时数据采集中继单元，所述自来水母管恒压闭环控制单元，包括DMA分区优化控制器、变频器、多功能电表、数据传输单元DTU、安装在自来水母管上的DMA分区调压泵、母管压力传感器及母管流量传感器，其中，所述DMA分区调压泵与变频器相连，所述变频器及多功能电表均通过三相电供电总开关分别与电力线A、B、C三相连接；所述母管流量传感器、母管压力传感器分别通过一条24V开关电源线和一条接地线与24V开关电源相连，所述DMA分区优化控制器分别与24V开关电源及母管压力传感器相连，所述24V开关电源通过二相电供电总开关分别与电力线A、B、C、N三相四线中任意一相及N线连接，所述DMA分区优化控制器通过4路RS-485接口分别与变频器、多功能电表、母管流量传感器和数据传输单元DTU连接，所述数据传输单元DTU通过GPRS/3G/4G将数据上传至公有云平台实时数据采集中继单元；所述第1、2…N-1、N支管网末端最不利点压力监测单元，包括安装在第1、2…N-1、N自来水支管末端的第1、2…N-1、N支管压力传感器及通过无线传输方式相连的第1、2…N-1、N支管物联网数据采集传输单元，并通过GPRS/3G/4G将采集的压力数据上传至公有云平台实时数据采集中继单元。
所述一种城市供水管网DMA分区优化运行控制系统，DMA分区优化控制器，包括微处理器MCU，线性光耦隔离电路1、2，光电隔离电路1、2、3、4，RS-485接口1、2、3、4，多路选择器MUX，TFT液晶显示器，薄膜键盘，电流/电压转换电路1、2…N-1、N及模拟量采集通道；所述电流/电压转换电路1、2…N-1、N，多路选择器MUX，模拟量采集通道及线性光耦隔离电路1通过导线依次连接，所述线性光耦隔离电路1还通过导线与微处理器MCU中的A/D端口相连；所述多路选择器MUX还通过导线与线性光耦隔离电路2相连；所述线性光耦隔离电路2通过导线与微处理器MCU的引脚Px相连；所述微处理器MCU中的引脚Py、Pz分别通过导线与TFT液晶显示器相连，所述微处理器MCU中的引脚PM通过导线与薄膜键盘相连；所述微处理器MCU中的串口UART1、UART2、UART3和UART4分别通过光电隔离电路1、2、3、4与RS-485接口1、2、3、4相连。
本发明有益效果是：一种城市供水管网DMA分区优化运行控制系统，包括自来水母管、第1、2…N-1、N自来水支管、自来水母管恒压闭环控制单元、第1、2…N-1、N支管网末端最不利点压力监测单元及公有云平台实时数据采集中继单元，所述自来水母管恒压闭环控制单元，包括DMA分区优化控制器、变频器、多功能电表、数据传输单元DTU、安装在自来水母管上的DMA分区调压泵、母管压力传感器及母管流量传感器，其中，所述DMA分区调压泵与变频器相连，所述变频器及多功能电表均通过三相电供电总开关分别与电力线A、B、C三相连接；所述母管流量传感器、母管压力传感器分别通过一条24V开关电源线和一条接地线与24V开关电源相连，所述DMA分区优化控制器分别与24V开关电源及母管压力传感器相连，所述24V开关电源通过二相电供电总开关分别与电力线A、B、C、N三相四线中任意一相及N线连接，所述DMA分区优化控制器通过4路RS-485接口分别与变频器、多功能电表、母管流量传感器和数据传输单元DTU连接，所述数据传输单元DTU通过GPRS/3G/4G将数据上传至公有云平台实时数据采集中继单元；所述第1、2…N-1、N支管网末端最不利点压力监测单元，包括安装在第1、2…N-1、N自来水支管末端的第1、2…N-1、N支管压力传感器及通过无线传输方式相连的第1、2…N-1、N支管物联网数据采集传输单元，并通过GPRS/3G/4G将采集的压力数据上传至公有云平台实时数据采集中继单元。与已有技术相比，本发明可根据当前城市供水管网流量需求的大小，动态调节管网工作压力，不但可以降低供水系统的运行电耗，还可以降低管道的泄漏量，降低城市供水系统的非收益水费，提高城市供水的经济效益和资源效益。
附图说明
图1是本发明系统的总体结构框图。
图2是本发明系统中的自来水母管恒压闭环控制单元电气原理图。
图3是本发明系统中的DMA分区优化控制器结构框图。
图4是本发明系统中的模拟量采集通道电路图。
图5是本发明系统中的RS-485通讯接口电路图。
图6是本发明系统中的DMA分区优化控制器MCU软件运行流程图。
图7是本发明系统中的公有云平台实时数据采集中继单元组成框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1、2、3所示，一种城市供水管网DMA分区优化运行控制系统，包括自来水母管、第1、2…N-1、N自来水支管、自来水母管恒压闭环控制单元、第1、2…N-1、N支管网末端最不利点压力监测单元及公有云平台实时数据采集中继单元，所述自来水母管恒压闭环控制单元，包括DMA分区优化控制器、变频器、多功能电表、数据传输单元DTU、安装在自来水母管上的DMA分区调压泵、母管压力传感器及母管流量传感器，其中，所述DMA分区调压泵与变频器相连，所述变频器及多功能电表均通过三相电供电总开关分别与电力线A、B、C三相连接；所述母管流量传感器、母管压力传感器分别通过一条24V开关电源线和一条接地线与24V开关电源相连，所述DMA分区优化控制器分别与24V开关电源及母管压力传感器相连，所述24V开关电源通过二相电供电总开关分别与电力线A、B、C、N三相四线中任意一相及N线连接，所述DMA分区优化控制器通过4路RS-485接口分别与变频器、多功能电表、母管流量传感器和数据传输单元DTU连接，所述数据传输单元DTU通过GPRS/3G/4G将数据上传至公有云平台实时数据采集中继单元；所述第1、2…N-1、N支管网末端最不利点压力监测单元，包括安装在第1、2…N-1、N自来水支管末端的第1、2…N-1、N支管压力传感器及通过无线传输方式相连的第1、2…N-1、N支管物联网数据采集传输单元，并通过GPRS/3G/4G将采集的压力数据上传至公有云平台实时数据采集中继单元。
所述DMA分区优化控制器，包括微处理器MCU、线性光耦隔离电路1、2，光电隔离电路1、2、3、4，RS-485接口1、2、3、4，多路选择器MUX、TFT液晶显示器、薄膜键盘、电流/电压转换电路1、2…N-1、N及模拟量采集通道，所述电流/电压转换电路1、2…N-1、N、多路选择器MUX、模拟量采集通道及线性光耦隔离电路1通过导线依次连接，所述线性光耦隔离电路1还通过导线与微处理器MCU中的A/D端口相连，所述多路选择器MUX还通过导线与线性光耦隔离电路2相连，所述线性光耦隔离电路2通过导线与微处理器MCU的引脚Px相连；所述微处理器MCU中的引脚Py、Pz分别通过导线与TFT液晶显示器相连，所述微处理器MCU中的引脚PM通过导线与薄膜键盘相连；所述微处理器MCU中的串口UART1、UART2、UART3和UART4分别通过光电隔离电路1、2、3、4与RS-485接口1、2、3、4相连。DMA分区优化控制器中的微处理器MCU通过其模拟量采集通道采集母管压力传感器(4～20mA)数据，微处理器MCU通过RS-485接口3采集母管流量传感器的数据，微处理器MCU通过RS-485接口1实现对变频器的调频控制，进而实现基于母管压力反馈的DMA分区恒压闭环控制。微处理器MCU通过RS-485接口2采集多功能电表的电气运行数据，即包括电能、母线电压、母线电流、有功功率、无功功率、功率因数等，并上传至运行于公有云平台实时数据采集中继单元。多功能电表的电机保护输出与电气控制系统结合实现对泵电机的电气运行保护，即包括过流、短路、过压、缺相、三相不平衡保护等。微处理器MCU通过RS-485接口4连接DTU(GPRS/3G/4G)，实现与公有云平台管网末端最不利点压力数据中继采集以及运行数据交互，将DMA分区的运行数据、电气数据、管网模型数据上传至运行于公有云平台实时数据采集中继单元。城市自来水调度监控系统通过运行于公有云平台实时数据采集中继单元实时获取各DMA分区的运行与监控数据。
所述公有云平台实时数据采集中继单元，包括(1)监控对象组态配置模块，用于添加/删减DMA分区、添加/删减DMA分区管网末端最不利点压力监测点、设置DMA分区优化控制器通讯参数、设置管网末端最不利点压力监测节点通讯参数、设置DMA分区优化控制器通讯协议、设置管网末端压力监测点通讯协议、配置DMA分区优化控制器测量数据点表、配置管网末端压力监测点数据电表、转储数据库选择。(2)通讯处理模块，对接收来自管网末端最不利点压力监测单元的数据进行处理。(3)协议解析模块，完成接收数据协议解析和下行命令的解析，并对发送数据协议进行封包。(4)数据转储模块，通过数据库访问接口程序进行数据转储，将数据库中长时间不用而又具有参考价值的历史数据进行转储，提高当前数据库的访问性能。分为三种模式，第一种是在数据转储后将数据从原表中删除，第二种是数据转储后保留原表中数据，第三种将数据直接删除，不进行转储，此种情况针对无参考价值的历史数据，可以通过监控对象组态配置模块选择转储数据库。(5)数据组织发送模块，对数据库进行访问、发送数据组织。
城市供水管网DMA分区优化运行控制系统的运行方式如下：DMA分区母管恒压闭环控制单元通过运行公有云平台实时数据采集中继单元实时获取管网末端最不利点压力数据，结合对DMA分区母管压力、母管流量的实时监测数据动态学习并修正DMA分区管网供水模型，并由该模型获取DMA分区的当前恒压运行设定值，实现DMA分区的优化、节能、降漏运行闭环控制。

Claims (2)

1.一种城市供水管网DMA分区优化运行控制系统，包括自来水母管、第1、2…N-1、N自来水支管、自来水母管恒压闭环控制单元、第1、2…N-1、N支管网末端最不利点压力监测单元及公有云平台实时数据采集中继单元，其特征在于：所述自来水母管恒压闭环控制单元，包括DMA分区优化控制器、变频器、多功能电表、数据传输单元DTU、安装在自来水母管上的DMA分区调压泵、母管压力传感器及母管流量传感器，其中，所述DMA分区调压泵与变频器相连，所述变频器及多功能电表均通过三相电供电总开关分别与电力线A、B、C三相连接；所述母管流量传感器、母管压力传感器分别通过一条24V开关电源线和一条接地线与24V开关电源相连，所述DMA分区优化控制器分别与24V开关电源及母管压力传感器相连，所述24V开关电源通过二相电供电总开关分别与电力线A、B、C、N三相四线中任意一相及N线连接，所述DMA分区优化控制器通过4路RS-485接口分别与变频器、多功能电表、母管流量传感器和数据传输单元DTU连接，所述数据传输单元DTU通过GPRS/3G/4G将数据上传至公有云平台实时数据采集中继单元；所述第1、2…N-1、N支管网末端最不利点压力监测单元，包括安装在第1、2…N-1、N自来水支管末端的第1、2…N-1、N支管压力传感器及通过无线传输方式相连的第1、2…N-1、N支管物联网数据采集传输单元，并通过GPRS/3G/4G将采集的压力数据上传至公有云平台实时数据采集中继单元。
2.根据权利要求1所述一种城市供水管网DMA分区优化运行控制系统，其特征在于：所述DMA分区优化控制器，包括微处理器MCU、线性光耦隔离电路1、2，光电隔离电路1、2、3、4，RS-485接口1、2、3、4，多路选择器MUX、TFT液晶显示器、薄膜键盘、电流/电压转换电路1、2…N-1、N及模拟量采集通道，所述电流/电压转换电路1、2…N-1、N、多路选择器MUX、模拟量采集通道及线性光耦隔离电路1通过导线依次连接，所述线性光耦隔离电路1还通过导线与微处理器MCU中的A/D端口相连，所述多路选择器MUX还通过导线与线性光耦隔离电路2相连，所述线性光耦隔离电路2通过导线与微处理器MCU的引脚Px相连；所述微处理器MCU中的引脚Py、Pz分别通过导线与TFT液晶显示器相连，所述微处理器MCU中的引脚PM通过导线与薄膜键盘相连；所述微处理器MCU中的串口UART1、UART2、UART3和UART4分别通过光电隔离电路1、2、3、4与RS-485接口1、2、3、4相连。
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