CN111691524A - 一种大流量排水监控管理系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于排水技术领域，公开了一种大流量排水监控管理系统及其工作方法，所述的系统包括监控与管理平台、主控单元、检测单元、排水管路单元、供电单元以及若干水泵控制单元，主控单元分别与监控与管理平台、检测单元以及若干水泵控制单元通信连接，若干水泵控制单元通过排水管路单元与市政管网连接，检测单元设置于排水管路单元的内部，供电单元分别与主控单元、检测单元以及若干水泵控制单元电性连接。本发明解决了现有技术存在的需要人工进行控制排水以及对排水量无法进行精确统计的问题。

Description

一种大流量排水监控管理系统及其工作方法

技术领域

本发明属于排水技术领域，具体涉及一种大流量排水监控管理系统及其工作方法。

背景技术

目前，随着我国经济水平不断地提高，相应的排水系统和设施的管理越来越受到人们的重视，排水系统是重要的基础设施，对防止水污染、排涝以及防洪方面发挥了重要的作用。

但是现有的排水系统通常需要人工进行控制，并且是采用在水泵和管道上安装传感器或外接设备来实现监控排水设备的瞬时排水量、累计排水量、电流、电压、功率、转数、工作时间等工况数据，目前的对移动排水设置进行参数监测的操作过程繁琐，外接设备工作的稳定性差，数据反馈延时，既浪费人力物力，也降低了工作效率，无法对排水工作进行实时的监控，并且在特定的对排水量规定的情况下，尤其是大流量排水工作时，对排水量无法进行精确的统计。

发明内容

本发明旨在于至少在一定程度上解决上述技术问题之一。

为此，本发明目的在于提供一种大流量排水监控管理系统及其工作方法，解决了现有技术存在的需要人工进行控制排水以及对排水量无法进行精确统计的问题。

本发明所采用的技术方案为：

一种大流量排水监控管理系统，包括监控与管理平台、主控单元、检测单元、排水管路单元、供电单元以及若干水泵控制单元，主控单元分别与监控与管理平台、检测单元以及若干水泵控制单元通信连接，若干水泵控制单元通过排水管路单元与市政管网连接，检测单元设置于排水管路单元的内部，供电单元分别与主控单元、检测单元以及若干水泵控制单元电性连接。

进一步地，水泵控制单元包括依次通信连接的水泵、变频器、处理模块、控制模块以及定位模块，控制模块与主控单元通信连接，水泵的出水端通过排水管路单元与市政管网连接；

供电单元分别与水泵、变频器、处理模块、控制模块以及定位模块电性连接。

进一步地，主控单元包括微处理器、通讯模块、A/D转换器以及蜂鸣器，微处理器分别与水泵控制单元、通讯模块、A/D转换器以及蜂鸣器通信连接，通讯模块与监控与管理平台通信连接，A/D转换器与检测单元通信连接；

供电单元分别与微处理器、通讯模块、A/D转换器以及蜂鸣器电性连接。

进一步地，排水管路单元包括排水主管以及若干排水支管，排水支管总数量与水泵控制单元总数量相同，且排水支管的输入端分别一一对应的与水泵控制单元的水泵出水端固定连接，排水主管的输入端分别与若干排水支管的输出端固定连接，且其输出端与市政管网连接。

进一步地，检测单元包括均与主控单元通信连接且均与供电单元电性连接的第一流量传感器、第一水位传感器以及第二流量传感器，第一流量传感器和第一水位传感器均位于排水主管内部，第二流量传感器位于排水支管内部。

进一步地，监控与管理平台包括显示器和分布式服务器，分布式服务器包括主服务器和若干子服务器，主服务器分别与主控单元、显示器和若干子服务器通信连接。

进一步地，通讯模块为无线通讯模块，无线通讯模块的发射端位于主控单元且与微处理器通信连接，无线通讯模块的接收端位于监控与管理平台。

进一步地，主控单元还包括显示屏，显示屏与微处理器通信连接。

一种大流量排水监控管理系统工作方法，系统包括监控与管理平台、主控单元、检测单元、排水管路单元、供电单元以及若干水泵控制单元，工作方法包括如下步骤：

S1：使用主控单元接收来自监控与管理平台发送的排水命令，并根据排水命令中的预设总排水量获取各个水泵控制单元的分解排水量；

S2：根据分解排水量即计算排水量，使用当前水泵控制单元的变频器控制水泵进行排水工作；

S3：遍历所有参与排水工作的水泵控制单元，使用水泵控制单元的处理模块采集当前水泵的工况参数和计算排水量，使用检测单元采集排水管路单元中当前水泵的实际排水量和实际总排水量，并将水泵工况参数、计算排水量、实际排水量和实际总排水量发送至监控与管理平台进行显示和存储；

S4：根据当前水泵的实际排水量和计算排水量对变频器的参数进行调节，判断实际总排水量是否到达预设总排水量，若是则结束方法，否则返回步骤S3。

进一步地，步骤S4中，调节公式为：

r＝r×{1+[(Q_s-Q_j)/Q_s]}

式中，r为当前水泵调节后的转速；Q_s为当前水泵的实际排水量；Q_j为当前水泵的计算排水量；

当前水泵的计算排水量的公式为：

Q_j＝Q_zj×(W/∑W)

式中，Q_j为当前水泵的计算排水量；Q_zj为预设总排水量；W为当前水泵的额定容量；∑W为所有水泵的总额定容量；

当前水泵的实际排水量的公式为：

式中，Q_s为当前水泵的实际排水量；q为当前排水支管的流量；t₀为采样起始时间；T为采样周期。

本发明的有益效果为：

1)本发明使用监控与管理平台对排水工作进行实时的监控，减少了人力投入；

2)在大流量排水任务的情况下，使用多个水泵控制单元进行排水，同时根据每个水泵控制单元的计算排水量以及检测单元的实际排水量和实际总排水量对水泵控制单元工作进行调节，精确控制排水任务，提高了实用性。

本发明的其他有益效果将在具体实施方式中进行详细说明。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是大流量排水监控管理系统结构框图；

图2是水泵控制单元结构框图；

图3是主控单元结构框图；

图4是排水管路单元结构示意图；

图5是大流量排水监控管理系统工作方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例来对本发明作进一步阐述。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明虽然是用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。本发明公开的功能细节仅用于描述本发明的示例实施例。然而，可用很多备选的形式来体现本发明，并且不应当理解为本发明限制在本发明阐述的实施例中。

应当理解，本发明使用的术语仅用于描述特定实施例，并不意在限制本发明的示例实施例。若术语“包括”、“包括了”、“包含”和/或“包含了”在本发明中被使用时，指定所声明的特征、整数、步骤、操作、单元和/或组件的存在性，并且不排除一个或多个其他特征、数量、步骤、操作、单元、组件和/或他们的组合存在性或增加。

应当理解，还应当注意到在一些备选实施例中，所出现的功能/动作可能与附图出现的顺序不同。例如，取决于所涉及的功能/动作，实际上可以实质上并发地执行，或者有时可以以相反的顺序来执行连续示出的两个图。

应当理解，在下面的描述中提供了特定的细节，以便于对示例实施例的完全理解。然而，本领域普通技术人员应当理解可以在没有这些特定细节的情况下实现示例实施例。例如可以在框图中示出系统，以避免用不必要的细节来使得示例不清楚。在其他实例中，可以不以不必要的细节来示出众所周知的过程、结构和技术，以避免使得示例实施例不清楚。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种大流量排水监控管理系统，包括监控与管理平台、主控单元、检测单元、排水管路单元、供电单元以及若干水泵控制单元，主控单元分别与监控与管理平台、检测单元以及若干水泵控制单元通信连接，若干水泵控制单元通过排水管路单元与市政管网连接，检测单元设置于排水管路单元的内部，供电单元分别与主控单元、检测单元以及若干水泵控制单元电性连接；

使用监控与管理平台对排水任务进行实时的在线监控与管理，减小了人力资源投入，当需要进行规定排水量任务的时候，监控与管理平台发出排水命令，其中包括了排水工作开始信号和需要排水的预设总排水量，主控单元接收到排水命令，将预设总排水量分解至多个水泵控制单元进行排水，若干的水泵控制单元承担大流量的排水任务，减小了每个水泵的工作量，同时采集水泵控制单元的计算排水量以及位于排水管路单元的检测单元的实际排水量和实际总排水量，能够精确的获取实际的排水量，然后使用主控单元获取误差信号，根据误差信号对每个水泵控制单元的水泵工作进行调节，对排水工作进行精确的控制。

作为优选，如图2所示，水泵控制单元包括依次通信连接的水泵、变频器、处理模块、控制模块以及定位模块，控制模块与主控单元通信连接，水泵的出水端通过排水管路单元与市政管网连接；变频器用于采集水泵任意时刻的电流值、电压值和转速，其将采集到的水泵任意时刻的电流值、电压值和转速转发给处理模块，处理模块通过采集的水泵的电压值和电流值，计算出水泵任意时刻的功率和瞬时排水量，水泵的转速通过变频器直接设定，水泵的工作时间由变频器记录，处理模块通过累加工作时间内的瞬时排水量得到水泵的实际排水量，并将采集和计算的参数传送给控制模块，控制模块用于采集和调整水泵的工况参数，并将其发送至主控单元的微处理器，再由微处理器发送至监控与管理平台，根据水泵控制单元的瞬时排水量、累计排水量、电流、电压、功率、转数、工作时间等工况数据对其进行实时监控，操作过程简洁，针对水泵运行参数的采集无需在水泵上安装传感器或外接设备，稳定性好，能及时发现排水设备工作状况的异常，及时维修排水设备，简化了操作过程，节约了成本，同时，操作人员还能实时掌握设备的工作状况，提醒及时对设备进行保养维护，延长设备寿命；

定位模块为GPS定位模块，其具体型号为SKG12XR，是一款BDS/GPS双系统厘米级导航定位模块，能够同时支持BDSB1、GPSL1两个频点，内置RTK算法，具有高灵敏度、抗干扰、高性能等特点，当水泵发生故障或需要进行巡检时，便于对其进行定位，提高了巡检和维修效率；

供电单元分别与水泵、变频器、处理模块、控制模块以及定位模块电性连接。

作为优选，如图3所示，主控单元包括具体型号为STM32F103的微处理器、通讯模块、A/D转换器以及蜂鸣器，微处理器分别与水泵控制单元、通讯模块、A/D转换器以及蜂鸣器通信连接，通讯模块与监控与管理平台通信连接，A/D转换器与检测单元通信连接；

微处理器对监控与管理平台发出的排水命令进行分析和处理，分解至多个水泵控制单元，实现对水泵控制单元的控制，并接收和发送水泵控制单元的瞬时排水量、累计排水量、电流、电压、功率、转数、工作时间等工况数据，当发生故障时通过蜂鸣器进行报警，A/D转换器将检测单元采集到的模拟信号转换为微处理器能够识别的数字信号；

STM32F103系列微处理器是首款基于ARMv7-M体系结构的32位标准RISC(精简指令集)处理器，提供很高的代码效率，在通常8位和16位系统的存储空间上发挥了ARM内核的高性能，该系列微处理器工作频率为72MHz，内置高达128K字节的Flash存储器和20K字节的SRAM，具有丰富的通用I/O端口；作为嵌入式ARM处理器，它为实现MCU的需要提供了低成本的平台、缩减的引脚数目、降低的系统功耗，同时提供了卓越的计算性能和先进的中断响应系统；

供电单元分别与微处理器、通讯模块、A/D转换器以及蜂鸣器电性连接。

作为优选，如图4所示，排水管路单元包括排水主管以及若干排水支管，排水支管总数量与水泵控制单元总数量相同，且排水支管的输入端分别一一对应的与水泵控制单元的水泵出水端固定连接，排水主管的输入端分别与若干排水支管的输出端固定连接，且其输出端与市政管网连接。

作为优选，检测单元包括均与主控单元通信连接且均与供电单元电性连接的第一流量传感器、第一水位传感器以及第二流量传感器，第一流量传感器和第一水位传感器均位于排水主管内部，第二流量传感器位于排水支管内部。

作为优选，监控与管理平台包括显示器和分布式服务器，分布式服务器包括主服务器和若干子服务器，主服务器分别与主控单元、显示器和若干子服务器通信连接。

作为优选，通讯模块为无线通讯模块，其具体型号为CZ80DTD，其是一种点对点无线远传装置是一款为了实现无需布线远传模拟量而精心设计的工业级产品，其终端利用无线网络技术，采用点对点的方式实现对模拟量通过无线的形式远传至终点再以模拟量的形式输出，供给后端系统、采集器或其他二次显示仪表，CZ80DTD由无线发射端和无线接收端组成，发射端采集数据(如4-20mA)，接收端接收数据并还原数据(如4-20mA)，CZ80DTD模拟量点对点无线传输具有零调试、高精度(0.15％)、上电自动连接，不用外部网络或电台等特点，无线通讯模块的发射端位于主控单元且与微处理器通信连接，无线通讯模块的接收端位于监控与管理平台。

作为优选，主控单元还包括显示屏，显示屏与微处理器通信连接，便于实地工作时，对当前排水情况进行掌控。

一种大流量排水监控管理系统工作方法，系统包括监控与管理平台、主控单元、检测单元、排水管路单元、供电单元以及若干水泵控制单元，如图5所示，工作方法包括如下步骤：

S1：使用主控单元接收来自监控与管理平台发送的排水命令，并根据排水命令中的预设总排水量获取各个水泵控制单元的分解排水量；

排水命令包括了排水工作开始信号和需要排水的预设总排水量，使用主控单元的微处理器将预设总排水量进行分解并发送至各个水泵控制单元的控制模块，经过处理模块的处理并设定变频器的电流、电压、功率、转数、工作时间等工况数据；

S2：根据分解排水量即计算排水量，使用当前水泵控制单元的变频器控制水泵进行排水工作；

变频器根据处理模块设定的工况数据控制水泵进行排水工作，每个水泵控制单元的变频器和水泵型号不同，其工况数据也不同，为了统一工作，一般选用相同型号的变频器和水泵，由于将大流量的排水任务进行分解至若干变频器和水泵，减小了每个变频器和水泵的工作量，并且便于对实际总排水量的控制；

S3：遍历所有参与排水工作的水泵控制单元，使用水泵控制单元的处理模块采集当前水泵的工况参数和计算排水量，使用检测单元采集排水管路单元中当前水泵的实际排水量和实际总排水量，并将水泵工况参数、计算排水量、实际排水量和实际总排水量发送至监控与管理平台进行显示和存储；

根据处理模块采集的当前水泵的计算排水量，又根据检测单元采集的排水管路单元中当前水泵的实际排水量和实际总排水量，避免了仅仅在水泵和发电机组安装传感器或外界设备来实现监控排水所造成的监控数据不准确的情况，提高了方法和系统的实用性和准确度；

S4：根据当前水泵的实际排水量和计算排水量对变频器的参数进行调节，判断实际总排水量是否到达预设总排水量，若是则结束方法，否则返回步骤S3；

步骤S4中，调节公式为：

r＝r×{1+[(Q_s-Q_j)/Q_s]}

式中，r为当前水泵调节后的转速；Q_s为当前水泵的实际排水量；Q_j为当前水泵的计算排水量；

当前水泵的计算排水量的公式为：

Q_j＝Q_zj×(W/∑W)

式中，Q_j为当前水泵的计算排水量；Q_zj为预设总排水量；W为当前水泵的额定容量；∑W为所有水泵的总额定容量；

当前水泵的实际排水量的公式为：

式中，Q_s为当前水泵的实际排水量；q为当前排水支管的流量；t₀为采样起始时间；T为采样周期。

以上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精神和范围。

本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。

Claims (10)

1.一种大流量排水监控管理系统，其特征在于：包括监控与管理平台、主控单元、检测单元、排水管路单元、供电单元以及若干水泵控制单元，所述的主控单元分别与监控与管理平台、检测单元以及若干水泵控制单元通信连接，若干所述的水泵控制单元通过排水管路单元与市政管网连接，所述的检测单元设置于排水管路单元的内部，所述的供电单元分别与主控单元、检测单元以及若干水泵控制单元电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种大流量排水监控管理系统，其特征在于：所述的水泵控制单元包括依次通信连接的水泵、变频器、处理模块、控制模块以及定位模块，所述的控制模块与主控单元通信连接，所述的水泵的出水端通过排水管路单元与市政管网连接；

所述的供电单元分别与水泵、变频器、处理模块、控制模块以及定位模块电性连接。

3.根据权利要求1所述的一种大流量排水监控管理系统，其特征在于：所述的主控单元包括微处理器、通讯模块、A/D转换器以及蜂鸣器，所述的微处理器分别与水泵控制单元、通讯模块、A/D转换器以及蜂鸣器通信连接，所述的通讯模块与监控与管理平台通信连接，所述的A/D转换器与检测单元通信连接；

所述的供电单元分别与微处理器、通讯模块、A/D转换器以及蜂鸣器电性连接。

4.根据权利要求1所述的一种大流量排水监控管理系统，其特征在于：所述的排水管路单元包括排水主管以及若干排水支管，所述的排水支管总数量与水泵控制单元总数量相同，且排水支管的输入端分别一一对应的与水泵控制单元的水泵出水端固定连接，所述的排水主管的输入端分别与若干排水支管的输出端固定连接，且其输出端与市政管网连接。

5.根据权利要求4所述的一种大流量排水监控管理系统，其特征在于：所述的检测单元包括均与主控单元通信连接且均与供电单元电性连接的第一流量传感器、第一水位传感器以及第二流量传感器，所述的第一流量传感器和第一水位传感器均位于排水主管内部，所述的第二流量传感器位于排水支管内部。

6.根据权利要求1所述的一种大流量排水监控管理系统，其特征在于：所述的监控与管理平台包括显示器和分布式服务器，所述的分布式服务器包括主服务器和若干子服务器，所述的主服务器分别与主控单元、显示器和若干子服务器通信连接。

7.根据权利要求3所述的一种大流量排水监控管理系统，其特征在于：所述的通讯模块为无线通讯模块，无线通讯模块的发射端位于主控单元且与微处理器通信连接，无线通讯模块的接收端位于监控与管理平台。

8.根据权利要求3所述的一种大流量排水监控管理系统，其特征在于：所述的主控单元还包括显示屏，所述的显示屏与微处理器通信连接。

9.一种大流量排水监控管理系统工作方法，其特征在于：所述的系统包括监控与管理平台、主控单元、检测单元、排水管路单元、供电单元以及若干水泵控制单元，所述的工作方法包括如下步骤：

S1：使用主控单元接收来自监控与管理平台发送的排水命令，并根据排水命令中的预设总排水量获取各个水泵控制单元的分解排水量；

S2：根据分解排水量即计算排水量，使用当前水泵控制单元的变频器控制水泵进行排水工作；

S3：遍历所有参与排水工作的水泵控制单元，使用水泵控制单元的处理模块采集当前水泵的工况参数和计算排水量，使用检测单元采集排水管路单元中当前水泵的实际排水量和实际总排水量，并将水泵工况参数、计算排水量、实际排水量和实际总排水量发送至监控与管理平台进行显示和存储；

S4：根据当前水泵的实际排水量和计算排水量对变频器的参数进行调节，判断实际总排水量是否到达预设总排水量，若是则结束方法，否则返回步骤S3。

10.根据权利要求9所述的一种大流量排水监控管理系统工作方法，其特征在于：所述的步骤S4中，调节公式为：

r＝r×{1+[(Q_s-Q_j)/Q_s]}

式中，r为当前水泵调节后的转速；Q_s为当前水泵的实际排水量；Q_j为当前水泵的计算排水量；

所述的当前水泵的计算排水量的公式为：

Q_j＝Q_zj×(W/∑W)

式中，Q_j为当前水泵的计算排水量；Q_zj为预设总排水量；W为当前水泵的额定容量；∑W为所有水泵的总额定容量；

所述的当前水泵的实际排水量的公式为：

式中，Q_s为当前水泵的实际排水量；q为当前排水支管的流量；t₀为采样起始时间；T为采样周期。

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