CN107965447A - 一种基于历史数据的污水井流量控制方法 - Google Patents

一种基于历史数据的污水井流量控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于历史数据的污水井流量控制方法，其包括以下步骤：S001、控制器通过流量计获取污水流入速率，通过水位计获取污水井内的污水储量；S002、控制器根据进水速率预测值Qs以及上一个工作时段内的平均污水流入速率Q1确定需要启动的水泵数量M；S003、控制器启动优先值最小的M个水泵；S004、水泵工作一个工作时段后，重新计算每个水泵的优先值，然后跳转到步骤S002。本发明通过平均污水流入速率和进水速率预测值来动态控制每一阶段所启动的水泵数量，有效控制水井内的水位，确保整个处理系统的稳定，也使后续的各条处理线负载均衡，同时也确保了未来一段时间内的稳定性。本方案适用于所有的污水处理厂。

Description

一种基于历史数据的污水井流量控制方法
技术领域
本发明涉及污水流量控制领域，尤其是涉及一种基于历史数据的污水井流量控制方法。
背景技术
污水处理是环境治理中非常重要的一环。污水一般包括生活污水和生产污水。城市污水通常由污水处理厂进行净化处理。
污水通过管道进入污水处理厂后，先排入污水井(或称集水池)，然后通过水泵泵入到后续的处理池中进行处理。污水井主要起到收集污水的作用，可以减少流量变化给处理系统带来的冲击。
现有的污水井一般是依据处理池的需求来控制水泵的工作，或按固定顺序启动水泵，而无法平衡各水泵的工作时间，容易使某些水泵频繁启停或长时间工作，对水泵和整个系统的使用寿命有一定的不利影响，也无法较为稳定地控制污水井内的储水量。
发明内容
本发明主要是解决现有技术所存在的无法合理均衡各水泵工作量，不能稳定控制污水井内储水量的技术问题，提供一种可以合理分摊各水泵工作量和工作时间，提高水泵使用寿命，稳定储水量的基于历史数据的污水井流量控制方法。
本发明针对上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种基于历史数据的污水井流量控制方法，包括以下步骤：
S001、控制器通过流量计获取污水流入速率，控制器通过水位计获取污水井内的污水储量；
S002、控制器根据进水速率预测值Qs以及上一个工作时段内的平均污水流入速率Q1确定需要启动的水泵数量M；
S003、控制器启动优先值最小的M个水泵；
S004、水泵工作一个工作时段后，重新计算每个水泵的优先值，然后跳转到步骤S002。
整个系统包括设置在污水进口处的流量计、设置在水井内的水位计和若干个水泵，水泵的入口连接污水井底部，每个水泵的出口与一个污水处理池一一对应，水泵、流量计和水位计都与控制器电连接，控制器通过无线通信模块连接中心服务器，每个水泵的型号相同，每个污水处理池的处理能力也基本相同。通过平均污水流入速率和进水速率预测值来动态控制每一阶段所启动的水泵数量，而不是固定值，可以有效控制水井内的水位，确保整个处理系统的稳定，进而也使后续的各条处理线负载均衡，同时也确保了未来一段时间内的稳定性。
作为优选，步骤S002中，需要驱动的水泵数量由以下过程确定：
S201、计算污水流量弹性系数Ej，算法如下：
Ej为前第j年时污水流量弹性系数，Pj为前第j年在对应时段内的平均污水流量，对应时段为预测时段对应的历年的时间段，Gj为本地区前第j年的GDP数据；当年的GDP数据采用本地区最新的GDP目标数据；
S202、计算进水速率预测值Qs，算法如下：
s为有效年限，Ei为前第i年时污水流量弹性系数；
S203、计算推荐水泵工作数Mt，算法为：
K为每个水泵的排水速率，C为预测量比重，0<C<1,C为经验参数，由工作人员设定；
S203、如果井内当前污水储量在标准上限和标准下限内，则设定M为Mt；如果井内当前污水储量高于标准上限，则设定M为Mt和中的较大值；如果井内当前污水储量低于标准下限，则设定M为Mt和中的较小值，为上取整符号，为下取整符号。
GDP与人们的生活水平、工业产值密切相关，通过与GDP挂钩，可以获得较为准确的污水预测量，从而使污水井的储水量更为稳定。
作为优选，所述步骤S004中，每个水泵的优先值E计算方法为：
EL为本水泵上一次的优先值，L为降权比例，0≤L≤1，T为上一个工作时段时长，R为权重值。例如上一轮计算结束后第1号水泵的优先值为7，降权比例为0.8，上一阶段本水泵未工作，则重新计算得到第1号水泵的新优先值为7×0.8＝5.6。
降权比例L和权重值R都为经验参数，由工作人员依据历史经验设定。通过优先值可以动态调整各水泵的工作顺序，从而使各水泵合理分摊工作时间，降低检修频率和故障率。
作为优选，当污水储量V大于警戒储量V0时，启动所有水泵工作，直至污水储量V小于安全储量V1。
安全储量小于警戒储量，一般为警戒储量的90％左右。上述步骤可以防止污水储量过大而溢出。
本发明带来的实质性效果是，动态调整水泵工作数量，使各水泵的负载得到均衡，延长设备使用寿命，降低故障率和检修频率，使污水井内的储水量稳定。
附图说明
图1是本发明的一种流程图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：本实施例的一种基于历史数据的污水井流量控制方法，如图1所示，包括以下步骤：
S001、控制器通过流量计获取污水流入速率，控制器通过水位计获取污水井内的污水储量；
S002、控制器根据进水速率预测值Qs以及上一个工作时段内的平均污水流入速率Q1确定需要启动的水泵数量M；
S003、控制器启动优先值最小的M个水泵；
S004、水泵工作一个工作时段后，重新计算每个水泵的优先值，然后跳转到步骤S002。
整个系统包括设置在污水进口处的流量计、设置在水井内的水位计和若干个水泵，水泵的入口连接污水井底部，每个水泵的出口与一个污水处理池一一对应，水泵、流量计和水位计都与控制器电连接，控制器通过无线通信模块连接中心服务器，每个水泵的型号相同，每个污水处理池的处理能力也基本相同。通过平均污水流入速率和进水速率预测值来动态控制每一阶段所启动的水泵数量，而不是固定值，可以有效控制水井内的水位，确保整个处理系统的稳定，进而也使后续的各条处理线负载均衡，同时也确保了未来一段时间内的稳定性。
步骤S002中，需要驱动的水泵数量由以下过程确定：
S201、计算污水流量弹性系数Ej，算法如下：
Ej为前第j年时污水流量弹性系数，Pj为前第j年在对应时段内的平均污水流量，对应时段为预测时段对应的历年的时间段，Gj为本地区前第j年的GDP数据；当年的GDP数据采用本地区最新的GDP目标数据；j是大于等于1的自然数。例如今年是2017年，E1为前第1年即2016年的污水流量弹性系数，E2为前第2年即2015年的污水流量弹性系数，以此类推；Pj和Gj同理；
S202、计算进水速率预测值Qs，算法如下：
s为有效年限，s由工作人员设定，s越大精确度越高但是计算速度越慢；Ei为前第i年时污水流量弹性系数；
S203、计算推荐水泵工作数Mt，算法为：
K为每个水泵的排水速率，C为预测量比重，0<C<1,C为经验参数，由工作人员设定；
S203、如果井内当前污水储量在标准上限和标准下限内，则设定M为Mt；如果井内当前污水储量高于标准上限，则设定M为Mt和中的较大值；如果井内当前污水储量低于标准下限，则设定M为Mt和中的较小值，为上取整符号，为下取整符号。
GDP与人们的生活水平、工业产值密切相关，通过与GDP挂钩，可以获得较为准确的污水预测量，从而使污水井的储水量更为稳定。
步骤S004中，每个水泵的优先值E计算方法为：
EL为本水泵上一次的优先值，L为降权比例，0≤L≤1，T为上一个工作时段时长，R为权重值。例如上一轮计算结束后第1号水泵的优先值为7，降权比例为0.8，上一阶段本水泵未工作，则重新计算得到第1号水泵的新优先值为7×0.8＝5.6。
降权比例L和权重值R都为经验参数，由工作人员依据历史经验设定。通过优先值可以动态调整各水泵的工作顺序，从而使各水泵合理分摊工作时间，降低检修频率和故障率。
当污水储量V大于警戒储量V0时，启动所有水泵工作，直至污水储量V小于安全储量V1。
安全储量小于警戒储量，一般为警戒储量的90％左右。上述步骤可以防止污水储量过大而溢出。
工作时段的时长T可以为固定值，也可以根据上一个工作时段内的平均污水流入速率Q1确定，例如工作时段的时长T由以下方式得到：
T0为标准工作时段时长，Q0为标准流量。当流量较大时，工作时段的时长缩短，提高调整速率；当流量较小时，工作时段的时长延长，从而提高污水井内储水量的稳定性。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了进水速率、弹性系数、污水储量等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (4)

1.一种基于历史数据的污水井流量控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S001、控制器通过流量计获取污水流入速率，控制器通过水位计获取污水井内的污水储量；
S002、控制器根据进水速率预测值Qs以及上一个工作时段内的平均污水流入速率Q1确定需要启动的水泵数量M；
S003、控制器启动优先值最小的M个水泵；
S004、水泵工作一个工作时段后，重新计算每个水泵的优先值，然后跳转到步骤S002。
2.根据权利要求1所述的一种基于历史数据的污水井流量控制方法，其特征在于，步骤S002中，需要驱动的水泵数量由以下过程确定：
S201、计算污水流量弹性系数Ej，算法如下：
<mrow> <msub> <mi>E</mi> <mi>j</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>j</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>P</mi> <mi>j</mi> </msub> </mrow> <msub> <mi>P</mi> <mi>j</mi> </msub> </mfrac> <mo>&amp;times;</mo> <mfrac> <msub> <mi>G</mi> <mi>j</mi> </msub> <mrow> <msub> <mi>G</mi> <mrow> <mi>j</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>G</mi> <mi>j</mi> </msub> </mrow> </mfrac> </mrow>
Ej为前第j年时污水流量弹性系数，Pj为前第j年在对应时段内的平均污水流量，对应时段为预测时段对应的历年的时间段，Gj为本地区前第j年的GDP数据；当年的GDP数据采用本地区最新的GDP目标数据；
S202、计算进水速率预测值Qs，算法如下：
<mrow> <msub> <mi>Q</mi> <mi>s</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msubsup> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mrow> <mi>j</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>s</mi> </msubsup> <mo>&amp;lsqb;</mo> <msub> <mi>P</mi> <mi>j</mi> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msubsup> <mi>&amp;Pi;</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>j</mi> </msubsup> <msub> <mi>E</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>&amp;rsqb;</mo> </mrow> <mi>s</mi> </mfrac> </mrow>
s为有效年限，Ei为前第i年时污水流量弹性系数；
S203、计算推荐水泵工作数Mt，算法为：
<mrow> <msub> <mi>M</mi> <mi>t</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mi>C</mi> <mo>&amp;times;</mo> <msub> <mi>Q</mi> <mi>s</mi> </msub> <mo>+</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <mi>C</mi> <mo>)</mo> </mrow> <msub> <mi>Q</mi> <mn>1</mn> </msub> </mrow> <mrow> <mn>2</mn> <mi>K</mi> </mrow> </mfrac> </mrow>
K为每个水泵的排水速率，C为预测量比重；
S203、如果井内当前污水储量在标准上限和标准下限内，则设定M为Mt；如果井内当前污水储量高于标准上限，则设定M为Mt和中的较大值；如果井内当前污水储量低于标准下限，则设定M为Mt和中的较小值，为上取整符号，为下取整符号。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于历史数据的污水井流量控制方法，其特征在于，所述步骤S004中，每个水泵的优先值E计算方法为：
EL为本水泵上一次的优先值，L为降权比例，0≤L≤1，T为上一个工作时段时长，R为权重值。
4.根据权利要求1所述的一种基于历史数据的污水井流量控制方法，其特征在于，当污水储量V大于警戒储量V0时，启动所有水泵工作，直至污水储量V小于安全储量V1。
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