CN112099425A - 一种智慧泵房系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及泵房技术领域，具体地说，涉及一种智慧泵房系统。其包括用户使用终端、云控中心层和检测和控制设备层，检测和控制设备层将泵房内的检测数据上传至云控中心层，云控中心层用于向用户使用终端传输数据。该智慧泵房系统中，设置检测和控制设备层，泵房内数据采集及自动侦测，通过网络上传监控中心，通过网络接收并执行监控中心指令，设置云控中心层，实现所有接入该系统某一区域或城市内所有符合标准的泵房，定时接收泵房测控系统上传环境参数和设备参数交由平台分析和决策，根据检测参数和节能智能模型自动实现对设备自动控制，设置用户使用终端，只需安装相应APP，就能实现随时随地查看泵房环境和设备参数监控泵房状态和设备。

Description

一种智慧泵房系统

技术领域

本发明涉及泵房技术领域，具体地说，涉及一种智慧泵房系统。

背景技术

泵房是指安装水泵、动力机及其辅助设备的厂房。它是泵站建筑物的主体工程。自来水处理一次供水大部分实现有效的监控管理，部分实现了智慧水务系统，但是作为二次供水泵房“最后一公里”的管理，是缺失的，尤其是使用年限较长的泵房系统。存在的如下典型问题：供水设施陈旧、泵房现场环境差、跑冒滴漏严重、点检走过场、人员出入随意和维保频繁，现场维保时间长。

发明内容

本发明的目的在于提供一种智慧泵房系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种智慧泵房系统，包括用户使用终端、云控中心层和检测和控制设备层，所述检测和控制设备层将泵房内的检测数据上传至云控中心层，所述云控中心层用于向用户使用终端传输数据；所述用户使用终端包括PC控制单元、APP提醒单元和短信提醒单元，所述PC控制单元用于控制使用终端接入互联网，所述APP提醒单元用于在APP内提醒信息，所述短信提醒单元用于通过短信进行信息提醒；所述云控中心层包括互联网单元和云计算单元，所述互联网单元用于对数据进行网络传输，所述云计算单元用于对数据进行储存和处理分析；所述检测和控制设备层包括监控摄像单元、智能终端单元、PLC控制单元、环境参数检测单元、设备参数检测单元和供水设备单元。

作为优选，所述用户使用终端支持PC和笔记本用户通过互联网接入。

作为优选，所述云控中心层基于物联网大数据建设。

作为优选，所述云计算单元的分析方法包括以下步骤：

S11、收集泵房内数据信息；

S12、建立数据库，将同一类型的数据信息位于同一子数据内；

S13、对数据库进行训练，生成判别器。

作为优选，所述数据库进行训练的方法包括如下步骤：

S21、建立生成器，将不合格的数据输入生成器G；

S22、映射样本，采用多层感知机的网络结构，用MLP的参数来表示可导映射G(z)，将输入空间映射到样本空间；

S23、建立判别器，将合格的数据以及生成器G映射的样本G(z)输入判别器D；

其中，判别器D的优化函数为：

生成器G的优化函数为：

生成对抗网络判别器D的优化过程，从不合格的数据中抽取m个样本，同时不合格数据中抽取m个噪声样本送入生成器G而生成数据

通过梯度上升法跟新迭代判别器D的参数，

以使得极大化

该过程在一次优化循环迭代中会重复n次，确保最大化价值函数。

生成对抗网络生成器G的优化过程，从不合格数据中另外抽取m噪声样本{z¹,z²,...z^m}通过梯度下降法，更新迭代生成器参数

以使得极大化

该过程在一次优化循环迭代中重复一次，可以避免更新太多使得JS散度上升。

作为优选，所述环境参数检测单元包括C0传感器、水位传感器、泵房温度传感器、管道水压传感器、水质参数检测仪。

作为优选，所述环境参数检测单元的检测方法包括如下步骤：

S31、数据采集，采集前端传感器数据；

S32、信号调理，将各个传感器的模拟输出分别进行信号变换，使之适应模/数转换器输入端对输入信号的要求；

S33、采样保持，将连续信号转化为断续的采样信号，再将断续的采样信号转化为连续信号；

S34、A/D转化，将模拟量信号转换为数字量信号；

S35、数据处理，对采样的数字信号进行处理。

作为优选，所述信号调理包括信号切换、信号变换、信号放大、校准、线性化和补偿等静态处理，其信号调理的公式为：

V_0-＝0……(式4)；

其中，R_x是MAX383的导通电阻，R_w是AQW21X的导通电阻，当R₇＝R₈，R_w＜R₂，由式(2)和式(3)得：

作为优选，所述采样保持包括信号采样步骤和采样信号转化为连续信号步骤，其中采样步骤用于将连续的信号离散化得到采样信号，利用单位脉冲序列函数可以描述采样信号为：

采样信号转化为连续信号步骤采用零阶保持器对采样信号转变成两个连续采样时刻之间保持常量的信号，即在t∈[nT，(n+1)T]，区间中，用零阶保持器的输出值一直保持为x(nT)。

作为优选，所述设备参数检测单元包括水泵轴承温度检测、水泵工作电压检测、水泵工作电流检测、水泵工作功率检测、水泵工作转速检测和水泵老化程度检测。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、该智慧泵房系统中，设置检测和控制设备层，泵房内数据采集及自动侦测，通过网络上传监控中心，通过网络接收并执行监控中心指令。

2、该智慧泵房系统中，设置云控中心层，实现所有接入该系统某一区域或城市内所有符合标准的泵房，定时接收泵房测控系统上传环境参数和设备参数交由平台分析和决策，根据检测参数和节能智能模型自动实现对设备自动控制。

3、该智慧泵房系统中，设置用户使用终端，只需安装相应APP，就能实现随时随地查看泵房环境和设备参数监控泵房状态和设备。

附图说明

图1为本发明的整体系统框架图；

图2为本发明的云计算单元的分析方法流程图；

图3为本发明的数据库进行训练的方法流程图；

图4为本发明的环境参数检测单元的检测方法图；

图5为本发明的信号调理工作原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-图5所示，本发明提供一种技术方案：

本发明提供一种智慧泵房系统，包括用户使用终端、云控中心层和检测和控制设备层，检测和控制设备层将泵房内的检测数据上传至云控中心层，云控中心层用于向用户使用终端传输数据；用户使用终端包括PC控制单元、APP提醒单元和短信提醒单元，PC控制单元用于控制使用终端接入互联网，APP提醒单元用于在APP内提醒信息，短信提醒单元用于通过短信进行信息提醒；云控中心层包括互联网单元和云计算单元，互联网单元用于对数据进行网络传输，云计算单元用于对数据进行储存和处理分析；检测和控制设备层包括监控摄像单元、智能终端单元、PLC控制单元、环境参数检测单元、设备参数检测单元和供水设备单元。

该智慧泵房系统基于J2EE服务器方式实现，主要采用servlet技术实现与移动终端实现信号交互，J2EE服务器只需要在机房安装一台小型机作为服务器硬件，同时申请一个域名，即可实现全网点的信息共享，用户只需与服务器进行交互就可实现患者主索引、智能推荐就诊、挂号、检验报告查询、检验包括接收以及诊疗档案建立的功能，同时还具有向用户或网点反馈信息的功能。

本实施例中，用户使用终端支持PC和笔记本用户通过互联网接入。

云控中心层基于物联网大数据建设。

云计算单元的分析方法包括以下步骤：

S11、收集泵房内数据信息；

S12、建立数据库，将同一类型的数据信息位于同一子数据内；

S13、对数据库进行训练，生成判别器。

数据库进行训练的方法包括如下步骤：

S21、建立生成器，将不合格的数据输入生成器G；

S22、映射样本，采用多层感知机的网络结构，用MLP的参数来表示可导映射G(z)，将输入空间映射到样本空间；

S23、建立判别器，将合格的数据以及生成器G映射的样本G(z)输入判别器D；

其中，判别器D的优化函数为：

其中，生成器G的优化函数为：

其中，生成对抗网络判别器D的优化过程，从不合格的数据中抽取m个样本，同时不合格数据中抽取m个噪声样本送入生成器G而生成数据

通过梯度上升法跟新迭代判别器D的参数，

以使得极大化

该过程在一次优化循环迭代中会重复n次，确保最大化价值函数。

其中，生成对抗网络生成器G的优化过程，从不合格数据中另外抽取m噪声样本{z¹,z²,...z^m}通过梯度下降法，更新迭代生成器参数

以使得极大化

该过程在一次优化循环迭代中重复一次，可以避免更新太多使得JS散度上升。

值得说明的是，环境参数检测单元包括C0传感器、水位传感器、泵房温度传感器、管道水压传感器、水质参数检测仪。

具体的，环境参数检测单元的检测方法包括如下步骤：

S31、数据采集，采集前端传感器数据；

S32、信号调理，将各个传感器的模拟输出分别进行信号变换，使之适应模/数转换器输入端对输入信号的要求；

S33、采样保持，将连续信号转化为断续的采样信号，再将断续的采样信号转化为连续信号；

S34、A/D转化，将模拟量信号转换为数字量信号；

S35、数据处理，对采样的数字信号进行处理。

再进一步的，信号调理包括信号切换、信号变换、信号放大、校准、线性化和补偿等静态处理，其原理如图5所示，图中传感器信号由J-IN端口接入，然后根据信号类型选择开关S1-S5，在J-OUT端口得到调理好的信号送到A/D转换模块，其中：DGND、VDD表示传感器侧数字电源；AGND、V+5和V-5表示传感器侧模拟电源，其信号调理的公式为：

V_0-＝0……(式4)；

其中，R_x是MAX383的导通电阻，R_w是AQW21X的导通电阻，当R₇＝R₈，R_w＜R₂，由式(2)和式(3)得：

具体的，采样保持包括信号采样步骤和采样信号转化为连续信号步骤，其中采样步骤用于将连续的信号离散化得到采样信号，利用单位脉冲序列函数可以描述采样信号为：

值得说明的是，采样信号转化为连续信号步骤采用零阶保持器对采样信号转变成两个连续采样时刻之间保持常量的信号，即在t∈[nT，(n+1)T]，区间中，用零阶保持器的输出值一直保持为x(nT)。

此外，设备参数检测单元包括水泵轴承温度检测、水泵工作电压检测、水泵工作电流检测、水泵工作功率检测、水泵工作转速检测和水泵老化程度检测。

再进一步的，检测和控制设备层泵房内的检测和控制设备，泵房内数据采集及自动侦测，通过网络上传监控中心，通过网络接收并执行监控中心指令。

具体的，云控中心层实现所有接入该系统某一区域或城市内所有符合标准的泵房，定时接收泵房测控系统上传环境参数和设备参数交由平台分析和决策。根据检测参数和节能智能模型自动实现对设备自动控制。

值得说明的是，用户使用终端手机和移动PAD等用户通过移动互联网接入，只需安装相应APP，就能实现随时随地查看泵房环境和设备参数监控泵房状态和设备。

进一步的，智慧泵房系统包括泵房出入管理、水质检测、供电安全、排涝防淹系统和防潮通风，泵房出入管理用于泵房门禁管理、泵房内360度监控无死角，保障泵房反恐安全；水质检测用于安装智慧水质分析检测系统，实时检测、分析及资讯上传保存保障用水安全；供电安全安装智慧电表，实时检测泵房用电设备、通过通讯上传分析及诊断保障用电安全；排涝防淹系统用于泵房内智能传感及排污系统联控，传感防止暴雨、水管、水箱破损导致泵房受淹，保障泵房安全；防潮通风具体为温湿度检测系统及智能通风系统保障泵房设备正常运行环境及空气质量良好。

值得说明的是，智慧泵房系统内的泵体采用高效电机，IE5标准，相比传统异步电机损耗降低60％，节电率＞10％；效率可高达到955％，比现行1E2标准电机提升89％以上；转子无线圈，轴承温度低，运行稳定，可靠性强；比传统异步电机体积减小1/3；重量减轻40％；标准外壳易用性强。

以75kW-IE5的磁阻电机(效率933％)为例：

按照平均工业用电08元/kWh计算，工作时间设定为:16小时庆30天/月，相比较目前广泛应用的IE2异步电机(效率881％)，同步磁阻电机节能分析如下：

输入功率差＝P*100/1E2％-P*100/IE5％

一年省电＝输入功率差*16*30*12*08-236854元，预计可在半年电机投入收回成本；电机使用20年，可获得节电收益236854/2+236854*19＝4618653元。

本实施例中，智慧泵房省电节能：

延长轴承使用寿命，提高整机效率，采用轴冷技术解决了供水设备在变频工作时产生的各种不良问题。经过与常规水泵(国家标准)的对比测试。轴冷高效变频泵比常规水泵电流低。电机使用寿命比普通电机延长一倍以上，噪音低于常规水泵10dB。

水力效率达到欧洲能效标准MEI07，通过三维CFD模拟优化，水力效率达到欧洲能效标准MEI07(MEI07为世界一流水泵水力效率)。

高效运行，效率曲线平缓，水泵电机的设计，使电机在运行过程中，无论是低频还是高频，且负载率在20％-120％之间均处于高效运行状态。效率曲线平缓，避免了普通电机效率曲线出现驼峰、高效区范围小的缺点，特别适用于变频调速。

始终在高效区间运行，采用独特的水力设计。扬程不变。流量在10％-100％变化范围内始终在高效区间运行。即使进口压力发生50％变化，扬程不变，流量仍在10％-100％变化范围内始终在高效区间运行。

上位系统通过远程实时监控整个小区的各个泵房运行状况，可以提供远程实时监控泵房状态，现场实时影像，水质分析，能耗分析(耗水、耗电)，泵房环境监测，电机状态记录，设备维保提醒，刷卡记录，报警信息记录与查询，自动抄表等功能。

泵房系统负责对本地泵房控制，通过对水压的监测实现稳定恒压供水可以提供设备动态运行指示、监控主要系统参数，支持手动自动切换、远程本地切换、状态指示、参数设置、水压曲线实时显示、报警及解决方法提醒、维保提醒、门禁系统及用户权限等功能。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种智慧泵房系统，包括用户使用终端、云控中心层和检测和控制设备层，其特征在于：所述检测和控制设备层将泵房内的检测数据上传至云控中心层，所述云控中心层用于向用户使用终端传输数据；所述用户使用终端包括PC控制单元、APP提醒单元和短信提醒单元，所述PC控制单元用于控制使用终端接入互联网，所述APP提醒单元用于在APP内提醒信息，所述短信提醒单元用于通过短信进行信息提醒；所述云控中心层包括互联网单元和云计算单元，所述互联网单元用于对数据进行网络传输，所述云计算单元用于对数据进行储存和处理分析；所述检测和控制设备层包括监控摄像单元、智能终端单元、PLC控制单元、环境参数检测单元、设备参数检测单元和供水设备单元。

2.根据权利要求1所述的智慧泵房系统，其特征在于：所述用户使用终端支持PC和笔记本用户通过互联网接入。

3.根据权利要求1所述的智慧泵房系统，其特征在于：所述云控中心层基于物联网大数据建设。

4.根据权利要求1所述的智慧泵房系统，其特征在于：所述云计算单元的分析方法包括以下步骤：

S11、收集泵房内数据信息；

S12、建立数据库，将同一类型的数据信息位于同一子数据内；

S13、对数据库进行训练，生成判别器。

5.根据权利要求4所述的智慧泵房系统，其特征在于：所述数据库进行训练的方法包括如下步骤：

S21、建立生成器，将不合格的数据输入生成器G；

S22、映射样本，采用多层感知机的网络结构，用MLP的参数来表示可导映射G(z)，将输入空间映射到样本空间；

S23、建立判别器，将合格的数据以及生成器G映射的样本G(z)输入判别器D。

6.根据权利要求1所述的智慧泵房系统，其特征在于：所述环境参数检测单元包括C0传感器、水位传感器、泵房温度传感器、管道水压传感器、水质参数检测仪。

7.根据权利要求6所述的智慧泵房系统，其特征在于：所述环境参数检测单元的检测方法包括如下步骤：

S31、数据采集，采集前端传感器数据；

S32、信号调理，将各个传感器的模拟输出分别进行信号变换，使之适应模/数转换器输入端对输入信号的要求；

S33、采样保持，将连续信号转化为断续的采样信号，再将断续的采样信号转化为连续信号；

S34、A/D转化，将模拟量信号转换为数字量信号；

S35、数据处理，对采样的数字信号进行处理。

8.根据权利要求7所述的智慧泵房系统，其特征在于：所述信号调理包括信号切换、信号变换、信号放大、校准、线性化和补偿等静态处理，其信号调理的公式为：

V_0-＝0……(式4)；

其中，R_x是MAX383的导通电阻，R_w是AQW21X的导通电阻，当R₇＝R₈，R_w＜R₂，由式(2)和式(3)得：

9.根据权利要求7所述的智慧泵房系统，其特征在于：所述采样保持包括信号采样步骤和采样信号转化为连续信号步骤，其中采样步骤用于将连续的信号离散化得到采样信号，利用单位脉冲序列函数可以描述采样信号为：

采样信号转化为连续信号步骤采用零阶保持器对采样信号转变成两个连续采样时刻之间保持常量的信号，即在t∈[nT，(n+1)T]，区间中，用零阶保持器的输出值一直保持为x(nT)。

10.根据权利要求1所述的智慧泵房系统，其特征在于：所述设备参数检测单元包括水泵轴承温度检测、水泵工作电压检测、水泵工作电流检测、水泵工作功率检测、水泵工作转速检测和水泵老化程度检测。

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