CN109268246A - 基于大数据特征参数的智能水泵控制系统及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于大数据的特征参数智能水泵控制系统及其使用方法，该系统包括：电控机构和与所述电控机构连接的供水机构；电控机构能够控制所述供水机构安全高效地向用户供水；电控机构包括：水泵运行模式智能选择模块、水泵数据管理模块、水泵运行实时监测模块和水泵系统控制模块；水泵运行实时监测模块与所述水泵数据管理模块连接，并能够向所述水泵数据管理模块发送水泵运行实时监测数据。本发明提供的智能水泵控制系统及其使用方法不仅能够自动运行，安全系数高，可适应各种供水环境，而且还能够实时监控管道内水压，调节电机转速，改变电机工作频率，确保水泵工作压力恒定，控制流程合理的水泵控制系统，杜绝因人工操作失误而带来的事故。

Description

基于大数据特征参数的智能水泵控制系统及其使用方法

技术领域

本发明属于水泵控制技术领域，尤其涉及一种基于大数据特征参数的智能水泵控制系统及其使用方法。

背景技术

我国地域广阔，在西部山区等地域，受地理位置等因素的限制，水池与水泵房的距离较远，时常出现水压不稳停水等现象，使得偏远地区人民用水质量得不到保证。水泵控制系统承担着保证良好电网兼容性以及实现最大能源利用等重要任务，传统的水泵控制主要依赖于已有的操作规程和人工操作，广泛的存在下列问题：不适应现代化泵站的要求，对人工操作的依赖程度过大；操作人员的劳动强度过大，操作流程很繁琐；不能及时的启动或停止水泵，实时性很差；因为人为因素，导致安全隐患很大；设备的运行状态需要操作人员逐个检查，使得调试、检修设备复杂；不利于降低泵站的运行成本，资源浪费严重。

近年来，水泵控制多以自动信息采集单元为主，运用霍尔传感器等器件实时监测管道内压力，水泵转速等值，但需要人为的设定上增压，下增压模式，并且水泵的安装高度需人工测量。若操作人员误把上增压模式设为下增压模式，会使误设置为下增压模式，会使管道发生爆管，反之，若操作人员把下增压模式误设置为上增压模式，会使管道内压力过小，水流速度达不到要求，且传统水泵控制系统采用PID控制，不具备自适应特性。针对于上述技术中存在的缺陷，很有必要研发出一款自动设定上增压、下增压模式的智能水泵。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对现有存在的技术问题，本发明提供一种基于大数据特征参数的智能水泵控制系统及其使用方法，解决了现有技术中的水泵控制系统不能够自动设定上增压或下增压模式的问题。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种基于大数据的特征参数智能水泵控制系统，包括：电控机构和与所述电控机构连接的供水机构；

所述电控机构能够控制所述供水机构安全高效地向用户供水；

所述电控机构包括：水泵运行模式智能选择模块、水泵数据管理模块、水泵运行实时监测模块和水泵系统控制模块；

所述水泵运行实时监测模块与所述水泵数据管理模块连接，并能够向所述水泵数据管理模块发送水泵运行实时监测数据；

所述数据管理模块分别与所述水泵运行模式智能选择模块和系统控制模块连接；

所述水泵运行模式智能选择模块能够控制所述供水机构采用上增压模式或下增压模式；

所述系统控制模块能够控制所述供水机构的运行水压安全平稳。

优选地，所述供水机构包括：水泵、入水管路、出水管路和设置在所述出水管路上的考克；

所述入水管路的一端置于供水水源中，另一端与所述水泵的进水口连接；

所述出水管路的一端与所述水泵的出水口连接，另一端延伸至用户采水处。

优选地，所述供水机构还包括：功率单元；

所述功率单元设置在所述水泵上，并用于控制所述水泵的功率；

所述系统控制模块能够通过所述功率单元用以调节所述水泵的功率。

优选地，所述水泵运行模式智能选择模块包括：管道故障判断单元、上增压判断单元和下增压判断单元；

所述水泵数据管理模块包括：水泵启动压力值选择单元、最优系统存储单元和水泵实时运行数据处理单元；

所述水泵运行实时监测模块包括：设置在水泵电机上的无速度传感器和位于出水管路管壁上的压力传感器；

所述速度传感器采用状态观测方法检测所述水泵的电机实时转速，压力传感器用于检测出水管道与水泵出水口处的水压P；

所述水泵系统控制模块采用模糊PID闭环自动控制方式，根据实时采集的水压P，输出与之对应的水泵的电机转速，以保障水压的稳定。

本方案还提供一种基于上述所述方案的水泵控制系统的使用方法，包括如下步骤：

S1、安装水泵控制系统；

S2、将供水机构内注满水，运行实时检测模块检测水泵出水口处的水压P_2v，并将检测到的水压P_2v发送给数据管理模块；

S3、水泵运行智能选择模块根据预设在数据管理模块内的特征参数水压P_1v和实时检测到的水压P_2v判定增压模式，并将判定增压模式发送给系统控制模块；

S4、系统控制模块根据S3中判定的增压模式启动并设置水泵运行工作。

优选地，在步骤S1之前所述方法还包括：

将水泵置于离地高度为0位置，由水泵运行实时监测模块检测并记录不同速度下管道内液体压力值P_1v，将检测到的大量数据P_1v制成表格存储在最优系统存储单元中。

优选地，所述步骤S3还包括：

根据水泵运行实时监测模块检测到的不同速度下管道内液体压力值P_2v，在实时运行数据处理单元中将P_2v值与P_1v进行比较，当P_2v与P_1v差距大于P_1v的5％时，水泵运行智能选择模块判定为上增压模式，当P_2v与P_1v差距小于P_1v的5％时，水泵运行智能选择模块判定为下增压模式。

优选地，所述方法还包括：

系统控制模块能够根据模糊PID闭环自动控制方式，实时调节所述水泵的电机转速，用以保障水压的稳定。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：本发明提供的一种基于大数据特征参数的智能水泵控制系统及其使用方法，不仅能够自动运行，安全系数高，可适应各种供水环境，而且还能够实时监控管道内水压，调节电机转速，改变电机工作频率，确保水泵工作压力恒定，控制流程合理的水泵控制系统，杜绝因人工操作带来的危害。

详细地，本发明提供的水泵控制系统根据不同的工作环境自动设定不同的工作模式，杜绝了因人工操作失误将下增压模式设定为下增压模式而导致水管压力过大而产生的爆管现象，以及因误把上增压模式设定为下增压模式而导致的水压过低现象。本发明可根据不同的工作要求设定不同的水泵工作压力值，以适应各种供水情况。通过控制模型所计算的水泵工作频率来调节电机的转速，使得水泵工作时管道内压力恒定，达到变频恒压控制目的。

其次，本发明水泵运行实时监测模块只需检测水泵内压力值，减少了检测元器件使用数量，降低了投入成本。

再次，本发明可以针对各种情形进行智能识别处理，满足多种供水环境要求，并且不需要重新设置控制方法，降低了供水成本。

综上，本发明可以灵活更改控水参数，控制流程简单合理。

附图说明

图1为本发明一种基于大数据特征参数的智能水泵控制系统的结构示意图；

图2为本发明一种基于大数据特征参数的智能水泵控制系统的方法流程示意图；

图3为本发明一种基于大数据特征参数的智能水泵控制系统中水泵安装在楼下上增压时给高处供水示意图；

图4为本发明一种基于大数据特征参数的智能水泵控制系统中水泵安装在楼上下增压时给低处供水示意图。

【附图标记说明】

1：浮球开关；2：水塔；3：考克；4：出水管路；5：水泵；6：入水管路；h1：最高出水口高度；h2：水泵距地高度；h3：最低出水口高度。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

本发明公开了一种基于大数据特征参数的智能水泵控制系统，包括以下组件:

本发明公开了一种基于大数据的特征参数智能水泵控制系统，包括：电控机构和与所述电控机构连接的供水机构；

所述电控机构能够控制所述供水机构安全高效地向用户供水；所述电控机构包括：水泵运行模式智能选择模块、水泵数据管理模块、水泵运行实时监测模块和水泵系统控制模块。

所述水泵运行实时监测模块与所述水泵数据管理模块连接，并能够向所述水泵数据管理模块发送水泵运行实时监测数据；所述数据管理模块分别与所述水泵运行模式智能选择模块和系统控制模块连接。

所述水泵运行模式智能选择模块能够控制所述供水机构采用上增压模式或下增压模式。

所述系统控制模块能够控制所述供水机构的运行水压安全平稳。

在此，应说明的是：本实施例中所述的电控机构能够设置在水泵上，或控制机房内，当然，这里的水泵运行实时监测模块设置在供水机构上。

详细地，本实施例中所述的供水机构包括：水泵、入水管路、出水管路和设置在所述出水管路上的考克；所述入水管路的一端置于供水水源中，另一端与所述水泵的进水口连接；所述出水管路的一端与所述水泵的出水口连接，另一端延伸至用户采水处。

应说明的是：本实施例中所述的供水机构还包括：功率单元；所述功率单元设置在所述水泵上，并用于控制所述水泵的功率；所述系统控制模块能够通过所述功率单元用以调节所述水泵的功率。

具体地，本实施例中所述的水泵运行模式智能选择模块包括：管道故障判断单元、上增压判断单元和下增压判断单元。

所述水泵数据管理模块包括：水泵启动压力值选择单元、最优系统存储单元和水泵实时运行数据处理单元；所述水泵运行实时监测模块包括：设置在水泵电机上的无速度传感器和位于出水管路管壁上的压力传感器。

所述速度传感器采用状态观测方法检测所述水泵的电机实时转速，压力传感器用于检测出水管道与水泵出水口处的水压P。

所述水泵系统控制模块采用模糊PID闭环自动控制方式，根据实时采集的水压P，输出与之对应的水泵的电机转速，以保障水压的稳定。

本实施例还公开了一种基于大数据特征参数的智能水泵控制系统的使用方法，包括如下步骤：

S1、安装水泵控制系统。

应说明的是：本步骤为按照相应的施工环境安装本实施例中提供的基于大数据特征参数的智能水泵控制系统的过程。

S2、将供水机构内注满水，运行实时检测模块检测水泵出水口处的水压P_2v，并将检测到的水压P_2v发送给数据管理模块。

S3、水泵运行智能选择模块根据预设在数据管理模块内的特征参数水压P_1v和实时检测到的水压P_2v判定增压模式，并将判定增压模式发送给系统控制模块。

S4、系统控制模块根据S3中判定的增压模式启动并设置水泵运行工作。

应说明的是：本实施例中公开的使用方法在步骤S1之前所述方法还包括：

将水泵置于离地高度为0位置，由水泵运行实时监测模块检测并记录不同速度下管道内液体压力值P_1v，将检测到的大量数据P_1v制成表格存储在最优系统存储单元中。

应说明的是：本实施例中公开的使用方法中所述步骤S3还包括：

根据水泵运行实时监测模块检测到的不同速度下管道内液体压力值P_2v，在实时运行数据处理单元中将P_2v值与P_1v进行比较，当P_2v与P_1v差距大于P_1v的5％时，水泵运行智能选择模块判定为上增压模式，当P_2v与P_1v差距小于P_1v的5％时，水泵运行智能选择模块判定为下增压模式。

这里的5％P_1v为本实施例中的参数阀值。作为判断选择上增压模式或下增压模式的依据。

应说明的是：本实施例中公开的使用方法中所述方法还包括：

系统控制模块能够根据模糊PID闭环自动控制方式，实时调节所述水泵的电机转速，用以保障水压的稳定。

如图1和图2所示，水泵运行模式智能选择模块包括管道故障判断单元，上增压判断单元下增压判断单元。水泵数据管理模块包括水泵启动压力值选择单元，最优系统存储单元和水泵实时运行数据处理单元。水泵运行实时监测模块包括无速度传感器和压力传感器，所述无速度传感器采用状态观测方法检测电机实时转速，压力传感器用于检测管道内液体的压力。水泵系统控制模块采用模糊PID闭环自动控制方式，根据实时采集的管道液体压力值，输出与之对应的电机转速，保证管道内液体压力值稳定。

基于大数据的特征参数的收集和存储过程：

当水泵管道内以清水为介质，水温20摄氏度，在1.013×10⁵Pa标准大气压下情况下运行时，将水泵置于不同的高度下，并以固定的转速运行，由水泵运行实时监测模块记录每个高度下管道内液体压力值P_1h，将检测的大量数据P_1h制成表格存储在最优系统存储单元中，作为第一个特征参数。

水泵置于离地高度为0位置，由水泵运行实时监测模块记录不同速度下管道内液体压力值P_1v，将检测的大量数据P_1v制成表格存储在最优系统存储单元中，作为第二个特征参数。

水泵工作压力值的设定：水泵工作压力值＝水泵出口位置至供水最高位置的垂直高度+供水系数。其中，上增压的供水系数范围为0.9kgf/cm²-1.0kgf/cm²，下增压的供水系数范围为1.5kgf/cm²-1.6kgf/cm²。

初次通电时，使用时间继电器延时一段时间，防止在电路接通瞬间因电流过大而对电路元器件产生危害。此后由水泵运行模式智能选择模块判定上增压或下增压模式。

上增压和下增压模式的判断：将水泵置于距地高度为0位置，根据水泵运行实时监测模块记录不同速度下管道内液体压力值P_2v，实时运行数据处理单元中将P_2v值与P_1v进行比较，当P_2v与P_1v差距大于P_1v的5％时，水泵运行智能选择模块判定为上增压模式，当P_2v与P_1v差距小于P_1v的5％时，水泵运行智能选择模块判定为下增压模式。

如图3所示，上增压模式实施例。

上增压模式时，水泵从水井里抽水，由入水口6处将水向上增压，经由出水口4向自来水管道输送水。图中的浮球开关1的作用为：控制水泵的启动、停止及低水位停机保护。图中3考克的作用为：当水泵出现不正常情况时，关闭考克，便于拆卸水泵，还可以调节管道压力，以便达到更好的用水效果。

上增压时水泵上限压力KG＝(水泵最高扬程P-最高出水口高度h1)x 0.1KG-0.5KG。

如图4所示，下增压实施例。

下增压时，水泵5从水塔2中抽水，由入水口6向出水口4下增压输水。下增压时水泵上线压力KG＝h2x 0.1+0.5KG。

水泵启动判定：将水泵以固定转速运行，把水泵置于不同的高度，并实时监测管道内液体压力值P_2h，在同等速度下，当P_1h和P_2h相等时，此时管道内液体压力值设为水泵最佳压力值，将最佳压力值的70％定义为水泵启动压力值，存储在水泵启动压力值选择单元中。当管道内实时监测的液体压力值小于水泵启动压力值时泵启动工作。

水泵启动工作并达到最佳压力值的过程要求压力平稳的变化。水泵工作状态的控制方法为：采用模糊PID控制方法，模糊PID是一种智能PID算法，通过模糊逻辑算法整定出来PID三个参数，具有自适应的特性，PID三个参数会应外界环境变化自动调节，以保证控制系统的稳定性，而传统的PID三个参数设定后是不变，不具备自适应的特性。控制模块根据反馈的压力值控制电机频率，调节电机转速，保持水泵工作压力恒定。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理，这些描述只是为了解释本发明的原理，不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于大数据的特征参数智能水泵控制系统，其特征在于，

包括：电控机构和与所述电控机构连接的供水机构；

所述电控机构能够控制所述供水机构安全高效地向用户供水；

所述电控机构包括：水泵运行模式智能选择模块、水泵数据管理模块、水泵运行实时监测模块和水泵系统控制模块；

所述水泵运行实时监测模块与所述水泵数据管理模块连接，并能够向所述水泵数据管理模块发送水泵运行实时监测数据；

所述数据管理模块分别与所述水泵运行模式智能选择模块和系统控制模块连接；

所述水泵运行模式智能选择模块能够控制所述供水机构采用上增压模式或下增压模式；

所述系统控制模块能够控制所述供水机构的运行水压安全平稳。

2.根据权利要求1所述的水泵控制系统，其特征在于，

所述供水机构包括：水泵、入水管路、出水管路和设置在所述出水管路上的考克；

所述入水管路的一端置于供水水源中，另一端与所述水泵的进水口连接；

所述出水管路的一端与所述水泵的出水口连接，另一端延伸至用户采水处。

3.根据权利要求2所述的水泵控制系统，其特征在于，

所述供水机构还包括：功率单元；

所述功率单元设置在所述水泵上，并用于控制所述水泵的功率；

所述系统控制模块能够通过所述功率单元用以调节所述水泵的功率。

4.根据权利要求3所述的水泵控制系统，其特征在于，

所述水泵运行模式智能选择模块包括：管道故障判断单元、上增压判断单元和下增压判断单元；

所述水泵数据管理模块包括：水泵启动压力值选择单元、最优系统存储单元和水泵实时运行数据处理单元；

所述水泵运行实时监测模块包括：设置在水泵电机上的无速度传感器和位于出水管路管壁上的压力传感器；

所述速度传感器采用状态观测方法检测所述水泵的电机实时转速，压力传感器用于检测出水管道与水泵出水口处的水压P；

所述水泵系统控制模块采用模糊PID闭环自动控制方式，根据实时采集的水压P，输出与之对应的水泵的电机转速，以保障水压的稳定。

5.一种基于权利要求1-4任一项所述的水泵控制系统的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、安装水泵控制系统；

S2、将供水机构内注满水，运行实时检测模块检测水泵出水口处的水压P_2v，并将检测到的水压P_2v发送给数据管理模块；

S3、水泵运行智能选择模块根据预设在数据管理模块内的特征参数水压P_1v和实时检测到的水压P_2v判定增压模式，并将判定增压模式发送给系统控制模块；

S4、系统控制模块根据S3中判定的增压模式启动并设置水泵运行工作。

6.根据权利要求5所述的使用方法，其特征在于，

在步骤S1之前所述方法还包括：

将水泵置于离地高度为0位置，由水泵运行实时监测模块检测并记录不同速度下管道内液体压力值P_1v，将检测到的大量数据P_1v制成表格存储在最优系统存储单元中。

7.根据权利要求6所述的使用方法，其特征在于，

所述步骤S3还包括：

根据水泵运行实时监测模块检测到的不同速度下管道内液体压力值P_2v，在实时运行数据处理单元中将P_2v值与P_1v进行比较，当P_2v与P_1v差距大于P_1v的5％时，水泵运行智能选择模块判定为上增压模式，当P_2v与P_1v差距小于P_1v的5％时，水泵运行智能选择模块判定为下增压模式。

8.根据权利要求7所述的使用方法，其特征在于，

所述方法还包括：

系统控制模块能够根据模糊PID闭环自动控制方式，实时调节所述水泵的电机转速，用以保障水压的稳定。