CN111270728A

CN111270728A - 重力式恒压供水方法

Info

Publication number: CN111270728A
Application number: CN202010068378.0A
Authority: CN
Inventors: 卢亮
Original assignee: Chongqing Dianjiang Water Co Ltd
Current assignee: Chongqing Dianjiang Water Co Ltd
Priority date: 2020-01-21
Filing date: 2020-01-21
Publication date: 2020-06-12
Anticipated expiration: 2040-01-21
Also published as: CN111270728B

Abstract

本发明提供的一种重力式恒压供水方法，包括，S1、排除离线异常数据:对远传信号进行预处理，排除离线异常数据，确保远传信号可靠，S2、消除数据抖动：防止频繁的误操作，S3、建立中继点，缩短延时，实现模糊控制：根据取水量变化的情况，生成相应的调节系数，使系统可以快速调整中继点水头，S4、优化电动阀控制，实现线性调流：解决电动阀的灵敏度问题，解决电动阀非线性调流问题。有效解决了重力式供水系统中存在的压力大幅波动和水锤现象，管网压力在设定阈限内小幅波动，明显趋于平稳。在满足用户取水压力的前提下，有效保证了管网运行的稳定性，对延长管网及阀门使用寿命有积极作用。

Description

重力式恒压供水方法

技术领域

本发明涉及给排水自来水供水领域，具体涉及一种重力式恒压供水方法。

背景技术

在城市自来水供水中，经常会使用到重力式供水，通过重力作用，从水库至水厂再到城区进行阶梯式供水。重力式供水的优点是节能，缺点是压力不稳定，容易产生水锤现象，对管网及阀门产生破坏性影响。尤其是一些城区老旧管线主要分布在内环，多为PE材质，由于年久内壁内壁被冲刷变薄，承压能力大幅降低。而按实际要求，内环管网水头压力一般应控制在0.48MPa～0.52MPa区间。但是在实际生产中很难将压力稳定控制在要求范围内。

一直以来重力式供水，仅仅依靠人工对基准点的压力表进行视频观察，凭经验和感觉手动调节阀门开启度，来实现对城区管网压力的控制。然而，受值守人员个人经验、职业素质、责任心等因素影响，给县城供水保障工作带来巨大不确定性，重力式供水恒压工作亟待提档升级。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的问题是提供一种重力式恒压供水方法，实现重力式供水的自动恒压，提高自动调节系统运行的稳定性，切实保障城区供水工作。

针对现有技术中的缺陷，本发明提供的重力式恒压供水方法，本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：本发明提供的一种重力式恒压供水方法，包括，

S1、排除离线异常数据:通过设置一个基准点多个备份点的压力数据检测，一个基准点多个备份点分别进行信号监测和识别，通过采集模块进行数据采集，通过控制系统检测到基准点设备离线后，启用一个备份点设备读数，从而排除离线的异常数据，确保远传信号可靠；

S2、消除数据抖动：通过对数值进行波动幅度判断，前后超过预定值的视作无效并过滤，不传入控制系统，校验结果符合条件的才传入控制系统，作为系统压力的基准读数；

S3、建立中继点，缩短延时，实现模糊控制：在与基准点在同一海拔高度，并靠近水厂的位置设置中继点，通过中继点快速动态调节基准点的水头高度；

S4、优化控制电动阀，实现线性调流：将电动阀的开启度区分为多个区间，控制系统输出调节指令时，先进行开启度的区间判定，输出变量根据对应区间乘以调节区间系数i，再将指令发送至电动阀，通过调节区间系数的对应换算，在不同开启度对应的流量变化区间，细分电动阀的调流量程，改变电动阀的阀门开启度，使电动阀能线性调节流量。

进一步，根据管网布局，在各个区域设置对应的压力监测点，并将其中一个压力监测点设置为基准点，其余压力监测点设置为备份点，将所有压力监测点的压力数据分别通过压力远传模块传到水厂的数据采集系统，并通过控制系统进行数据处理。

进一步，在采集压力数据的同时，每一个压力远传模块各自同时向控制系统发送一个初始值为0的变量A，作为离线校验变量，在控制系统创建与压力检测点相对应的计数变量C做为各自的计数器，在每一个压力监测点设置一个相对应的变量A和变量C，并设置一个判定故障的时间定值B，当C值小于10时则逐秒自加1；在远传模块正常工作时，控制系统接收到A变量值后，将A的值赋值给相对应的C，如果C值一直小于B值，则通讯正常；如果C值大于B值，则相应的设备离线或数据接收失败。

进一步，采集正常情况下基准点的压力读数P,赋值到控制系统基准压力变量Ps，采集夜间管网流量相对较小时段的各监测点数据，算出各备份点与基准点压力值的绝对差值D，并将绝对差值作为补偿值；当控制系统检测到基准点设备离线时，立即顺序启动备份点设备读数，将备份点压力读数Pb进行压差补偿Pb＝P+D，并将Pb值赋值控制系统基准压力变量Ps，并依次类推其余备份点。

进一步，通过控制系统区分数据抖动和压力变化的区别，对逐秒采集的数据按模块时钟按以下方式进行顺序取模：

If($Second＝＝Ps％2)(P1＝Ps)

If($Second！＝Ps％2)(P2＝Ps)

然后通过指令If(Abs(P2–P1)<＝D)(P＝P2)对数值进行波动幅度判断，前后波动超过特定数值D的视作无效数值过滤，不传入控制系统，校验结果符合条件的数值才传入控制系统，作为系统压力的基准读数。

进一步，通过计算基准点的压力变化情况来生成相应的调节系数，使系统可以快速调整中继点水头；创建数据堆栈，按采样顺序多次计算斜率：k＝tan

通过k值来判断基准点水头上升的速度，斜率k与压力变化趋势关系为：k>0时，压力呈上升趋势；k<0时，压力呈下降趋势,k越大电动阀的调节区间系数取值越大。

进一步，控制系统输出调节指令时，先进行开启度的区间判定，输出变量根据对应区间乘以相应调节区间系数，再讲指令发送至电动阀，通过调节区间系数的对应换算，在不同开启度对应的流量变化区间，细分电动阀的调流量程，并固定控制模块指令步长值为X，输出指令时间T后，再执行一个步长值为Y的回调指令，则阀门实际开启调节度为：β＝i*X-i*Y，其中i为调节区间系数，X>Y。

进一步，将电动阀的开启度分为三个区间，0～40°设置为精密调节区间，40～70°为粗放调节区间，70～90°为无效行程区间，将精密调节区间的调节区间系数设置为a，将粗放调节区间调节区间系数设置为b，并使b>a，并从调节程序上屏蔽掉无效行程区间，在精密调节区间：阀门实际开启调节度为：β＝a*X-a*Y；在粗放调节区间：阀门实际开启调节度为：β＝b*X-b*Y。

由上述技术方案可知，本发明的有益效果：本发明提供一种重力式恒压供水方法，包括，S1、排除离线异常数据:对远传信号进行预处理，排除离线异常数据，确保远传信号可靠，S2、消除数据抖动：防止频繁的误操作，S3、建立中继点，缩短延时，实现模糊控制：根据取水量变化的情况，生成相应的调节系数，使系统可以快速调整中继点水头，S4、优化控制电动阀，实现线性调流：解决电动阀的电动装置灵敏度问题，解决电动阀非线性调流问题。有效解决了重力式供水系统中存在的压力大幅波动和水锤现象，管网压力在设定阈限内小幅波动，明显趋于平稳。在满足用户取水压力的前提下，有效保证了管网运行的稳定性，对延长管网及阀门使用寿命有积极作用。本发明基于物联网技术，实时动态精准采集多点压力数据，并通过分区分析和流量动态分析，锁定对管网压力具有代表性的基准压力点，简化了压力调节的复杂算法，平衡了整体管网的压力分布。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明提供的重力式恒压供水方法的布置图；

图2为本发明提供的重力式恒压供水方法的中继点的布置图；

图3为本发明提供的重力式恒压供水方法的斜率k与压力变化趋势关系图；

图4为本发明提供的重力式恒压供水方法的电动阀开启度与流量关系曲线图；

图5为人工调节下的压力变化曲线图；

图6为使用本发明提供的重力式恒压供水方法下的压力变化曲线图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

请参阅图1～6，本发明提供的一种重力式恒压供水方法，包括，

S3、建立中继点，缩短延时，实现模糊控制：在与基准点在同一海拔高度，并靠近水厂的位置设置中继点，通过中继点快速动态调节基准点的水头高度；为了最大程度对冲闭环信号反馈严重延时的影响，先将整个供水管网理解为一个巨型底部连通器，各个压力监测点去除海拔高差和沿途取水影响，则为理想等高水柱。具体的，基准点的压力，可等同理解为水厂出水下行DN630主管道的液位高度，顾将调节水厂至基准点水平距离h1的远程压力问题，转换为调节水厂至中继点的距离h2压力的问题，使得调节距离更小。水厂出水口水头接近0.75MPa，实际生产需要控制到0.45～0.5MPa之间，中继点可以用最短时间来平衡水头，使其达到使用需求。同时，在早晚供水高峰沿途取水的影响，中继点的最高水头可以达到0.75MPa，通过中继点，可以最大限度缩短延时使整个系统实现安全的闭环控制，同时还能快速的对水压进行动态调节。

作为对上述技术方案的进一步改进，根据管网布局，在各个区域设置对应的压力监测点，并将其中一个压力监测点设置为基准点，其余压力监测点设置为备份点，将所有压力监测点的压力数据分别通过压力远传模块传到水厂的数据采集系统，并通过控制系统进行数据处理。

作为对上述技术方案的进一步改进，在采集压力数据的同时，每一个压力远传模块各自同时向控制系统发送一个初始值为0的变量A，作为离线校验变量，在控制系统创建与压力检测点相对应的计数变量C做为各自的计数器，在每一个压力监测点设置一个相对应的变量A和变量C，并设置一个判定故障的时间定值B，当C值小于10时则逐秒自加1；在远传模块正常工作时，控制系统接收到A变量值后，将A的值赋值给相对应的C，如果C值一直小于B值，则通讯正常；如果C值大于B值，则相应的设备离线或数据接收失败。具体地将时间定值设置为10秒，可将出现故障超过10秒的设备迅速识别出来。

作为对上述技术方案的进一步改进，采集正常情况下基准点的压力读数P,赋值到控制系统基准压力变量Ps，采集夜间管网流量相对较小时段的各监测点数据，算出各备份点与基准点压力值的绝对差值D，并将绝对差值作为补偿值；当控制系统检测到基准点设备离线时，立即顺序启动备份点设备读数，将备份点压力读数Pb进行压差补偿Pb＝P+D，并将Pb值赋值控制系统基准压力变量Ps，并依次类推其余备份点。

作为对上述技术方案的进一步改进，通过控制系统区分数据抖动和压力变化的区别，对逐秒采集的数据按模块时钟按以下方式进行顺序取模：

If($Second＝＝Ps％2)(P1＝Ps)

If($Second！＝Ps％2)(P2＝Ps)

对系统时钟取模，当系统时钟秒为奇数时，数据传入P1，为偶数时，数据传入P2；然后通过指令If(Abs(P2–P1)<＝D)(P＝P2)对数值进行波动幅度判断，判断前后两秒数据差异，如果前后两秒数据相差小于等于D，说明压力波动是正常的，从而筛查出异常波动，前后波动超过特定数值D的视作无效数值过滤，不传入控制系统，校验结果符合条件的数值才传入控制系统，作为系统压力的基准读数。如果没有数据干扰或者受二供抽水启动瞬间的影响，把正常数据传入控制系统。

作为对上述技术方案的进一步改进，通过计算基准点的压力变化情况来生成相应的调节系数，使系统可以快速调整中继点水头；创建数据堆栈，按采样顺序多次计算斜率：

其中x轴为时间变化，y轴为水头数据；通过逐秒计算有效压力数值，来判断前后压力变化的趋势，通过k值来判断基准点水头上升的速度，斜率k与压力变化趋势关系为：k>0时，压力呈上升趋势；k<0时，压力呈下降趋势,k越大电动阀的调节区间系数取值越大。

影响基准点和中继点压力关系的有两个因素：一是出厂水流量，二是取水量。取水量增大时，基准点水头小于中继点水头，此时恒定基准点水头，需要出厂水用大流量调节。取水量减小时，基准点和中继点水头趋于一致，此时恒定基准点水头，需要出厂水用小流量微调。由于自来水供水系统的复杂性，取水量是不可知的。但取水量变化会直接影响基准点压力变化，所以可以通过算法计算基准点压力变化，来反推取水量的变化趋势和速度。再根据取水量变化的情况，生成相应的调节系数，使系统可以快速调整中继点水头。根据实测效果，通过中继点和快速调节算法，可以将250秒的超长延时缩减到50秒以内，使重力式恒压系统可以投入到实际运行中。

作为对上述技术方案的进一步改进，控制系统输出调节指令时，先进行开启度的区间判定，输出变量根据对应区间乘以相应调节区间系数，再讲指令发送至电动阀，通过调节区间系数的对应换算，在不同开启度对应的流量变化区间，细分电动阀的调流量程，并固定控制模块指令步长值为X，输出指令时间T后，再执行一个步长值为Y的回调指令，则阀门实际开启调节度为：β＝i*X-i*Y，其中i为调节区间系数，X>Y。具体地，由于电动阀的电动装置灵敏度有限，控制模块发出±4°以内的指令时，电动阀的电动装置无法执行操作，只有接收到5°及以上指令，电动阀的电动装置才能调节闸阀开启度。电动阀的电动装置从接收指令到完成操作，一般需要大约10秒时间，故根据电动阀的电动装置特性，固定控制模块指令步长值为8，输出指令15秒后，再执行一个步长值为6的回调指令，确保电动阀的电动装置能够执行操作的同时，将电动阀调节精度从5°提升到2°。

作为对上述技术方案的进一步改进，将电动阀的开启度分为三个区间，0～40°设置为精密调节区间，40～70°为粗放调节区间，70～90°为无效行程区间，将精密调节区间的调节区间系数设置为a，将粗放调节区间调节区间系数设置为b，并使b>a，并从调节程序上屏蔽掉无效行程区间，在精密调节区间：阀门实际开启调节度为：β＝a*X-a*Y；在粗放调节区间：阀门实际开启调节度为：β＝b*X-b*Y。

具体地，将精密调节区间系数设置为0.86，将粗放调节区间系数设置为1.82，并从调节程序上屏蔽掉无效行程区间。控制系统输出调节指令时，先进行开启度的区间判定，输出变量根据对应区间乘以区间系数，再将指令发送至电动阀。通过区间系数的对应换算，在不同开启度对应的流量变化区间，细分电动阀的调流量程，改变阀门开启度，使普通电动阀初步具有线性流量调节功能：

在精密调节区间提高调节精度，运行一次调节子程序，运算模块先根据步进值8乘以系数0.86，得到6.88的输出值，回调步进值6乘以0.86得到5.16，实际控制系统输出调节值为1.72，阀门实际调节开启度约2°；

在粗放调节区间降低调节精度，运算模块先根据步进值8乘以系数1.82，得到14.56的输出值，回调步进值6乘以1.82得到10.92，实际控制系统输出调节值为3.64，阀门实际调节开启度约4°。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims

1.一种重力式恒压供水方法，其特征在于：包括，

S4、优化控制电动阀，实现线性调流：将电动阀的开启度区分为多个区间，控制系统输出调节指令时，先进行开启度的区间判定，输出变量根据对应区间乘以调节区间系数i，再将指令发送至电动阀，通过调节区间系数的对应换算，在不同开启度对应的流量变化区间，细分电动阀的调流行程，改变电动阀的阀门开启度，使电动阀能线性调节流量。

2.根据权利要求1所述的重力式恒压供水方法，其特征在于：根据管网布局，在各个区域设置对应的压力监测点，并将其中一个压力监测点设置为基准点，其余压力监测点设置为备份点，将所有压力监测点的压力数据分别通过压力远传模块传到水厂的数据采集系统，并通过控制系统进行数据处理。

3.根据权利要求2所述的重力式恒压供水方法，其特征在于：在采集压力数据的同时，每一个压力远传模块各自同时向控制系统发送一个初始值为0的变量A，作为离线校验变量，在控制系统创建与压力检测点相对应的计数变量C做为各自的计数器，在每一个压力监测点设置一个相对应的变量A和变量C，并设置一个判定故障的时间定值B，当C值小于10时则逐秒自加1；在远传模块正常工作时，控制系统接收到A变量值后，将A的值赋值给相对应的C，如果C值一直小于B值，则通讯正常；如果C值大于B值，则相应的设备离线或数据接收失败。

4.根据权利要求1所述的重力式恒压供水方法，其特征在于：采集正常情况下基准点的压力读数P,赋值到控制系统基准压力变量Ps，采集夜间管网流量相对较小时段的各监测点数据，算出各备份点与基准点压力值的绝对差值D，并将绝对差值作为补偿值；当控制系统检测到基准点设备离线时，立即顺序启动备份点设备读数，将备份点压力读数P_b进行压差补偿P_b＝P+D，并将P_b值赋值控制系统基准压力变量Ps，并依次类推其余备份点。

5.根据权利要求4所述的重力式恒压供水方法，其特征在于：通过控制系统区分数据抖动和压力变化的区别，对逐秒采集的数据按模块时钟按以下方式进行顺序取模：

If($Second＝＝Ps％2)(P1＝Ps)

If($Second！＝Ps％2)(P2＝Ps)

6.根据权利要求1所述的重力式恒压供水方法，其特征在于：通过计算基准点的压力变化情况来生成相应的调节系数，使系统可以快速调整中继点水头；创建数据堆栈，按采样顺序多次计算斜率：

7.根据权利要求6所述的重力式恒压供水方法，其特征在于：控制系统输出调节指令时，先进行开启度的区间判定，输出变量根据对应区间乘以相应调节区间系数，再讲指令发送至电动阀，通过调节区间系数的对应换算，在不同开启度对应的流量变化区间，细分电动阀的调流量程，并固定控制模块指令步长值为X，输出指令时间T后，再执行一个步长值为Y的回调指令，则阀门实际开启调节度为：β＝i*X-i*Y，其中i为调节区间系数，X>Y。

8.根据权利要求7所述的重力式恒压供水方法，其特征在于：将电动阀的开启度分为三个区间，0～40°设置为精密调节区间，40～70°为粗放调节区间，70～90°为无效行程区间，将精密调节区间的调节区间系数设置为a，将粗放调节区间调节区间系数设置为b，并使b>a，并从调节程序上屏蔽掉无效行程区间，在精密调节区间：阀门实际开启调节度为：β＝a*X-a*Y；在粗放调节区间：阀门实际开启调节度为：β＝b*X-b*Y。