CN107035673A - 排水系统的智能控制设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种排水系统的智能控制设备，包括流量传感器、液位传感器、控制器和变频器；所述流量传感器和液位传感器分别设置在排水系统的排水管中，所述控制器分别连接所述流量传感器和液位传感器，所述控制器通过变频器连接排水泵的转速调节单元；所述流量传感器测量排水系统的当前流量；所述液位传感器测量排水系统的当前液位；所述控制器从所述流量传感器中读取当前流量，从所述液位传感器中读取当前液位，将所述当前流量与上一次流量进行比较，并将所述当前液位与上一次液位进行比较，根据比较结果控制变频器调节排水泵的转速，实现对排水系统的实时控制；其有效提高了对排水系统的控制效果。

Description

排水系统的智能控制设备

技术领域

本发明涉及智能控制技术领域，特别是涉及一种排水系统的智能控制设备。

背景技术

排水系统是城市建设过程中的一个重要内容，其排水状态对城市居民的生活影响很大。排水泵是排水系统的重要组成部分，其对排水系统的排水状态具有决定性作用。

目前，城市排水系统经常出现排水资源调度不合理、排水泵站监控设备智能化低等导致局部内涝或者排水资源浪费等现象，传统方案一般需要在出现上述局部内涝或者排水资源浪费等现象后，根据具体情况实现对排水系统的控制或调节，容易造成对排水系统的控制或调节的效果差。

发明内容

基于此，有必要针对传统方案容易使对排水系统的控制或调节的效果差的技术问题，提供一种排水系统的智能控制设备。

一种排水系统的智能控制设备，包括流量传感器、液位传感器、控制器和变频器；

所述流量传感器和液位传感器分别设置在排水系统的排水管中，所述控制器分别连接所述流量传感器和液位传感器，所述控制器通过变频器连接排水泵的转速调节单元；

所述流量传感器测量排水系统的当前流量；

所述液位传感器测量排水系统的当前液位；

所述控制器从所述流量传感器中读取当前流量，从所述液位传感器中读取当前液位，将所述当前流量与上一次流量进行比较，并将所述当前液位与上一次液位进行比较，根据比较结果控制变频器调节排水泵的转速。

上述排水系统的智能控制设备，可以分别利用流量传感器和液位传感器对排水系统的流量和液位进行实时监测，使控制器获取排水系统的当前流量和当前液位，以便将当前流量与上一次流量进行比较，将当前液位与上一次液位进行比较，根据比较结果控制变频器调节排水系统中排水泵的转速，实现对排水系统的实时控制，有效提高了相应的控制效果，还可以预防城市内由于排水系统控制不当导致的局部内涝或者排水资源浪费等现象的出现。

附图说明

图1为一个实施例的排水系统的智能控制设备结构示意图；

图2为一个实施例的控制器调节排水泵转速的流程图；

图3为一个实施例的知识数据库设置过程示意图；

图4为一个实施例的排水系统的智能控制设备结构示意图；

图5为一个实施例的开关控制单元结构示意图；

图6为一个实施例的数字量采集单元结构示意图；

图7为一个实施例的模拟量采集单元结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明提供的排水系统的智能控制设备的具体实施方式进行详细阐述。

参考图1所示，图1为一个实施例的排水系统的智能控制设备的结构示意图，包括流量传感器11、液位传感器12、控制器13和变频器14；

所述流量传感器11和液位传感器12分别设置在排水系统的排水管中，所述控制器13分别连接所述流量传感器11和液位传感器12，所述控制器13通过变频器14连接排水泵的转速调节单元21；

所述流量传感器11测量排水系统的当前流量；

所述液位传感器12测量排水系统的当前液位；

所述控制器13从所述流量传感器11中读取当前流量，从所述液位传感器12中读取当前液位，将所述当前流量与上一次流量进行比较，并将所述当前液位与上一次液位进行比较，根据比较结果控制变频器调节排水泵的转速。

具体地，上述流量传感器11可以设置在排水管或者排水渠的流量监测点处，液位传感器12可以设置在排水管或者排水渠的液位监测点处。上述流量监测点和液位监测点可以为排水系统中的同一监测点。

本发明提供的排水系统的智能控制设备，可以分别利用流量传感器11和液位传感器12对排水系统的流量和液位进行实时监测，使控制器12获取排水系统的当前流量和当前液位，以便将当前流量与流量传感器11发送的上一次流量进行比较，将当前液位与液位传感器12发送的上一次液位进行比较，根据比较结果控制变频器14调节排水系统中排水泵的转速，实现对排水系统的实时控制，有效提高了相应的控制效果，还可以预防城市内由于排水系统控制不当导致的局部内涝或者排水资源浪费等现象的出现。

在一个实施例中，上述控制器可以比较当前流量与上一次流量的大小关系，以及比较所述当前液位与上一次液位的大小关系，在所述当前流量大于上一次流量或者当前液位大于上一次液位时，进一步判断所述当前流量与排水系统的流量上限之间的大小关系，以及所述当前液位与排水系统的液位上限之间的大小关系，在所述当前流量大于流量上限或者所述当前液位大于液位上限时，控制变频器调大排水泵的转速，直至排水泵的运行功率增大至排水泵的额定功率，在所述当前流量小于流量上限或者所述当前液位小于液位上限时，根据当前流量与上一次流量的差值或者当前液位与上一次液位的差值调大排水泵的转速，并在排水泵的运行功率增大至额定功率时，保持排水泵的转速不变。

上述根据当前流量与上一次流量的差值或者当前液位与上一次液位的差值调大排水泵的转速的过程具体可以包括：根据当前流量与上一次流量的差值或者当前液位与上一次液位的差值分别计算流量增加比例或者液位增加比例，按照流量增加比例或者液位增加比例确定排水泵转速的增大比例，根据上述增大比例调大排水泵的转速。

本实施例中，控制器在采集到当前流量和当前液位后，可以对上述当前流量和当前液位进行相应的存储，以便后续需要使用该次流量和液位数据时，进行相应的读取和使用。控制器还可以获取并记录排水系统的流量上限、流量下限、液位上限、液位下限、额定功率和最小功率(最小排水功率)等排水系统的排水性能数据，在需要使用时，进行相应的读取和使用。

作为一个实施例，在所述当前流量小于上一次流量或者当前液位小于上一次液位时，进一步判断所述当前流量与排水系统的流量下限之间的大小关系，以及所述当前液位与排水系统的液位下限之间的大小关系，在所述当前流量小于流量下限或者所述当前液位小于液位下限时，控制变频器调小排水泵的转速，直至排水泵的运行功率降低至排水泵的最小功率，在所述当前流量大于流量下限或者所述当前液位大于液位下限时，根据上一次流量与当前流量的差值或者上一次液位与当前液位与的差值调小排水泵的转速，并在排水泵的运行功率减小至最小功率时，保持排水泵的转速不变。

上述根据上一次流量与当前流量的差值或者上一次液位与当前液位与的差值调小排水泵的转速的过程具体可以包括：根据上一次流量与当前流量的差值或者上一次液位与当前液位的差值分别计算流量减小比例或者液位减小比例，按照流量减小比例或者液位减小比例确定排水泵转速的减小比例，根据上述减小比例调小排水泵的转速。

作为一个实施例，上述控制器读取当前流量和当前液位，以调节排水泵转速的过程可以参考图2所示，如图2所示，上述过程可以包括：

S81，读取排水系统的当前流量和当前液位；

S82，比较当前流量与上一次流量的大小关系，以及比较所述当前液位与上一次液位的大小关系；

S83，若当前流量与上一次流量的大小相等，当前液位与上一次液位的大小相等，则保持排水泵的转速不变，维持排水泵的当前功率；

S84，在所述当前流量大于流量上限或者所述当前液位大于液位上限时，判断所述当前流量与排水系统的流量上限之间的大小关系，以及所述当前液位与排水系统的液位上限之间的大小关系；

S85，在所述当前流量大于流量上限或者所述当前液位大于液位上限时，控制变频器调大排水泵的转速，直至排水泵的运行功率增大至排水泵的额定功率；

S86，在所述当前流量小于流量上限或者所述当前液位小于液位上限时，根据当前流量与上一次流量的差值或者当前液位与上一次液位的差值调大排水泵的转速，并在排水泵的运行功率增大至额定功率时，保持排水泵的转速不变；

S87，当前流量小于上一次流量或者当前液位小于上一次液位时，进一步判断所述当前流量与排水系统的流量下限之间的大小关系，以及所述当前液位与排水系统的液位下限之间的大小关系；

S88，在所述当前流量小于流量下限或者所述当前液位小于液位下限时，控制变频器调小排水泵的转速，直至排水泵的运行功率降低至排水泵的最小功率；

S89，在所述当前流量大于流量下限或者所述当前液位大于液位下限时，根据上一次流量与当前流量的差值或者上一次液位与当前液位与的差值调小排水泵的转速，并在排水泵的运行功率减小至最小功率时，保持排水泵的转速不变。.

控制器可以重复执行上述过程，实现对排水泵转速的实时调节，从而实现对排水系统的相关控制。在控制器调节排水泵转速，实现对排水系统的控制的过程中，执行各个步骤时，还可以结合设备的点检情况以及相关的专家经验，以提高相应的控制效果。

在一个实施例中，上述控制器可以设置知识数据库，获取排水系统在点检过程中产生的设备状态信息，以及针对所述设备状态信息采用的运维策略，将所述设备状态信息和运维策略对应存储在所述知识数据库中，并在获取到排水系统的当前设备状态时，从所述知识数据库识别所述当前运行状态对应的运维策略，根据所识别的运维策略控制所述排水系统运行。

上述排水系统在点检过程中产生的设备状态信息可以包括点检情况反馈信息。具体地，点检情况反馈信息可以指排水在线监控系统管理人员根据日常点检情况输入的设备状态信息，运维情况的信息。上述知识数据库还可以存储针对排水系统的专家经验知识和在线监测数据，上述专家经验知识可以指来源于领域专家的经验知识，其中最主要的部分就是根据以往流量、液位、天气预报降水量、设备情况以及排水管网在某一液位高度下排水所用时间的经验控制排水泵情况。

作为一个实施例，上述知识数据库(专家系统知识库)的设置过程可以参考图3所示。专家经验知识、点检情况反馈信息(图示点检情况)和在线监测报警信息(图示在线监测数据)是图3中所示专家系统知识库中的重要知识来源，控制器在获取到当前流量和当前液位等排水系统实时状态数据后，可以参照上述专家系统知识库确定排水泵智能控制算法生成相应的排水泵智能控制建议，以进行相应的排水系统控制，同时排水泵智能控制建议要反馈回知识数据库，以便完成知识库的动态更新。

在一个实施例中，参考图4所示，上述排水系统的智能控制设备还可以包括开关控制单元30，所述开关控制单元30连接在所述控制器13和排水系统的阀门22之间；

所述开关控制单元30用于在控制器13的控制下控制所述阀门22开启。

作为一个实施例，参考图5所示，所述开关控制单元可以包括第一电阻31、第二电阻32、三极管33、第一二极管34、第二二极管35、开关36以及继电器37；可选地，上述第一二极管34可以为光敏二极管；

所述第一电阻31连接在控制器和三极管33的基极之间，三极管33的发射极接地，三极管33的集电极连接第一二极管34的负极，所述第一二极管34的负极通过第二二极管35连接继电器37的一端，第一二极管34的负极还连接继电器37的另一端(输出端)，第一二极管34的正极通过第二电阻32连接继电器37的一端，所述开关36与阀门并联；

在所述控制器输出高电平至第一电阻31时，所述三极管33导通，继电器37控制开关36断开，阀门打开，排水系统运行。

可选的，上述第一电阻31的电阻值可以为10kΩ(千欧)，第二电阻32的电阻值可以为10kΩ。

上述开关控制单元可以实现对排水系统阀门的控制，有效完善了排水系统控制设备的控制功能。

在一个实施例中，参考图4所示，上述排水系统的智能控制设备还可以包括数字量采集单元40，所述数字量采集单元40连接在控制器13和排水系统的开停监测点之间；

所述数字量采集单元40用于监测排水系统的开信息或关信息，以供控制器13采集，使控制器13对排水系统的开关信息进行获取，加强对排水系统的监控。

作为一个实施例，参考图6所示，上述数字量采集单元可以包括电位传感器41、第三电阻42、第四电阻43、第一瞬间电压抑制器44、第一电容45、光电隔离器46、和施密特触发器47；

所述电位传感器41设置在排水系统的开停监测点处，所述电位传感器41通过第三电阻31连接光电隔离器46的第一端，所述光电隔离器46的第一端通过所述第一瞬间电压抑制器44接地，所述光电隔离器46的第一端还通过第一电容45连接光电隔离器46的第二端，所述光电隔离器46的第三端通过施密特触发器47连接控制器，所述光电隔离器47的第三端还通过第四电阻43接地。

上述第一瞬间电压抑制器44可以有效阻挡雷电等瞬间大电流的流入，为上述数字量采集单元提供了安全的工作环境。可选地，上述第三电阻31的电阻值可以为3kΩ，第一电容45的电容值可以为0.1μF(微法拉)，第四电阻43的电阻值可以为3kΩ；数字量采集单元中，电源端点VIC可以接入3V(伏特)或者5V电压，电源端点VDD的电压可以为数字量采集单元的工作电压。

在一个实施例中，参考图4所示，上述排水系统的智能控制设备还可以包括两个模拟量采集单元(第一模拟量采集单元15和第二模拟量采集单元16)，其中一个模拟量采集单元(第一模拟量采集单元15)连接在流量传感器11和控制器13之间，另一个模拟量采集单元(第二模拟量采集单元16)连接在液位传感器12和控制器13之间。

上述模拟量采集单元可以将相应传感器(流量传感器11和液位传感器12)采集的模拟量传输至控制器13，有利于保证控制器13获取相应测量量的稳定性。

作为一个实施例，参考图7所示，上述模拟量采集单元可以包括第二瞬间电压抑制器51、第五电阻52、第六电阻53、第七电阻54、跳线55和第二电容56；

所述第二瞬间电压抑制器51连接在地端和传感器(流量传感器或者液位传感器)之间，所述第五电阻52连接在传感器和跳线55的第一端之间，所述跳线55的第二端依次通过第六电阻53和第七电阻54连接传感器，所述跳线55的第二端通过第六电阻53连接控制器，所述跳线55的第二端还通过第二电容56连接控制器；具体地，上述第六电阻53和第二电容56可以通过相同的数据通道连接控制器。

上述模拟量采集单元可以连接在流量传感器11和控制器13之间，或者液位传感器12和控制器13之间，以便控制器可以更为稳定的获取流量传感器和液位传感器分别采集的测量数据(如流量、液位等)。为了进一步提高控制器获取上述测量数据效果，上述第六电阻53、第七电阻54的电阻值可以分别为10kΩ，第二电容56的相关属性参数可以包括10μF/10V。

作为一个实施例，上述控制器还可以连接电源，上述电源可以为直流电源，还可以为包括交流至直流转换模块的交流电源。上述控制器可以选用ARM芯片，其可以包括数据存储、智能控制、输入/输出接口等多个模块。控制器还可以与相关通信单元(如数据线或者无线通信模块等)连接外部的数据中心，将其对排水系统的控制信息发送至上述数据中心。控制器的数据存储模块可以保存控制器连接的输入/输出接口采集的数据，根据客户需求，其存储上述数据的间隔可以设置为1分钟、5分钟、10分钟、15分钟、30分钟、1小时等，根据上述间隔存储其采集的数据，以便形成历史数据供排水系统的控制使用。控制器的智能控制模块可以根据控制器输入/输出接口的数据，通过智能控制算法实现对排水系统的智能控制。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种排水系统的智能控制设备，其特征在于，包括流量传感器、液位传感器、控制器和变频器；

所述流量传感器和液位传感器分别设置在排水系统的排水管中，所述控制器分别连接所述流量传感器和液位传感器，所述控制器通过变频器连接排水泵的转速调节单元；

所述流量传感器测量排水系统的当前流量；

所述液位传感器测量排水系统的当前液位；

所述控制器从所述流量传感器中读取当前流量，从所述液位传感器中读取当前液位，将所述当前流量与上一次流量进行比较，并将所述当前液位与上一次液位进行比较，根据比较结果控制变频器调节排水泵的转速。

2.根据权利要求1所述的排水系统的智能控制设备，其特征在于，所述控制器比较当前流量与上一次流量的大小关系，以及比较所述当前液位与上一次液位的大小关系，在所述当前流量大于上一次流量或者当前液位大于上一次液位时，进一步判断所述当前流量与排水系统的流量上限之间的大小关系，以及所述当前液位与排水系统的液位上限之间的大小关系，在所述当前流量大于流量上限或者所述当前液位大于液位上限时，控制变频器调大排水泵的转速，直至排水泵的运行功率增大至排水泵的额定功率，在所述当前流量小于流量上限或者所述当前液位小于液位上限时，根据当前流量与上一次流量的差值或者当前液位与上一次液位的差值调大排水泵的转速，并在排水泵的运行功率增大至额定功率时，保持排水泵的转速不变。

3.根据权利要求2所述的排水系统的智能控制设备，其特征在于，在所述当前流量小于上一次流量或者当前液位小于上一次液位时，进一步判断所述当前流量与排水系统的流量下限之间的大小关系，以及所述当前液位与排水系统的液位下限之间的大小关系，在所述当前流量小于流量下限或者所述当前液位小于液位下限时，控制变频器调小排水泵的转速，直至排水泵的运行功率降低至排水泵的最小功率，在所述当前流量大于流量下限或者所述当前液位大于液位下限时，根据上一次流量与当前流量的差值或者上一次液位与当前液位与的差值调小排水泵的转速，并在排水泵的运行功率减小至最小功率时，保持排水泵的转速不变。

4.根据权利要求1所述的排水系统的智能控制设备，其特征在于，所述控制器设置知识数据库，获取排水系统在点检过程中产生的设备状态信息，以及针对所述设备状态信息采用的运维策略，将所述设备状态信息和运维策略对应存储在所述知识数据库中，并在获取到排水系统的当前设备状态时，从所述知识数据库识别所述当前运行状态对应的运维策略，根据所识别的运维策略控制所述排水系统运行。

5.根据权利要求1至4任一项所述的排水系统的智能控制设备，其特征在于，还包括开关控制单元，所述开关控制单元连接在所述控制器和排水系统的阀门之间；

所述开关控制单元用于在控制器的控制下控制所述阀门开启。

6.根据权利要求5所述的排水系统的智能控制设备，其特征在于，所述开关控制单元包括第一电阻、第二电阻、三极管、第一二极管、第二二极管、开关以及继电器；

所述第一电阻连接在控制器和三极管的基极之间，三极管的发射极接地，三极管的集电极连接第一二极管的负极，所述第一二极管的负极通过第二二极管连接继电器的一端，第一二极管的负极还连接继电器的另一端，第一二极管的正极通过第二电阻连接继电器的一端，所述开关与阀门并联；

在所述控制器输出高电平至第一电阻时，所述三极管导通，继电器控制阀门打开，排水系统运行。

7.根据权利要求1至4任一项所述的排水系统的智能控制设备，其特征在于，还包括数字量采集单元，所述数字量采集单元连接在控制器和排水系统的开停监测点之间；

所述数字量采集单元用于监测排水系统的开信息或关信息。

8.根据权利要求7所述的排水系统的智能控制设备，其特征在于，所述数字量采集单元包括电位传感器、第三电阻、第四电阻、第一瞬间电压抑制器、第一电容、光电隔离器、和施密特触发器；

所述电位传感器设置在排水系统的开停监测点处，所述电位传感器通过第三电阻连接光电隔离器的第一端，所述光电隔离器的第一端通过所述第一瞬间电压抑制器接地，所述光电隔离器的第一端还通过第一电容连接光电隔离器的第二端，所述光电隔离器的第三端通过施密特触发器连接控制器，所述光电隔离器的第三端还通过第四电阻接地。

9.根据权利要求1至4任一项所述的排水系统的智能控制设备，其特征在于，还包括两个模拟量采集单元，其中一个模拟量采集单元连接在流量传感器和控制器之间，另一个模拟量采集单元连接在液位传感器和控制器之间。

10.根据权利要求9所述的排水系统的智能控制设备，其特征在于，所述模拟量采集单元包括第二瞬间电压抑制器、第五电阻、第六电阻、第七电阻、跳线和第二电容；

所述第二瞬间电压抑制器连接在地端和传感器之间，所述第五电阻连接在传感器和跳线的第一端之间，所述跳线的第二端依次通过第六电阻和第七电阻连接传感器，所述跳线的第二端通过第六电阻连接控制器，所述跳线的第二端还通过第二电容连接控制器。