CN112482497B - 基于数据模型的可判断供水异常的智慧泵房 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于数据模型的可判断供水异常的智慧泵房它包括二次供水设备；数据采集模块，所述数据采集模块通过Modbus RTU协议从二次供水设备获取设备运行信息；通过网口Modbus TCP获取进水流量、泵运行频率，出水口压力、烟雾报警、水淹报警信息；数据处理模块，将数据采集模块采集的信息通过数学建模，分析和加工，得到结果，将结果上传到中心服务器，中心服务器通过决策，下发命令到数据采集模块，完成命令执行；数据传输模块。本智慧泵房通过收集单个泵房的数据，通过数学模型做一定加工，再上传到中心服务器，从而实现整个城市的智慧供水目的，可以根据数学模型迅速的作出是否出现一般漏水还是爆管的判断。

Description

基于数据模型的可判断供水异常的智慧泵房

技术领域

本发明涉及二次供水领域，尤其涉及基于数据模型的可判断供水异常的智慧泵房。

背景技术

二次供水是指单位或个人将城市公共供水或自建设施供水经储存、加压，通过管道再供用户或自用的形式，因此，二次供水是高层供水的唯一选择方式，一般设在地上或地下室，传统二次供水泵房需工作人员经常对设备进行检查，在产生故障时，若无工作人员，则不能及时发现，易导致供水瘫痪；随着经济的不断发展，城镇化建设的不断加快，城市中高层建筑的数量也不断增加，小区加压设施管理问题也日益突出，在实际管理过程中难免出现管理维护人员不足，故障反馈周期较长，泵房设备故障率较高等问题。

现有的二次供水泵房主体设备为增压泵和变频器，以前只是简单实现无负压供水和数据上传，设备根本没有计算能力。目前国家住建部倡导建设的智慧泵房，主要通过增加检测和监视等设备，达到安全供水。在实际使用中，小区存在供水异常情况，所谓的供水异常是指突发的水流量增多，比如水管爆管，或者水管的水被引至浇灌花园非正常使用等等，现有办法是靠人工经验观察进水流量、泵运行频率和出水口压力的突发变化来判断，但这种判断方法滞后，往往发现时已经造成了水资源的大量浪费，中国发明专利公开号CN106502283A公开了小区泵房爆管自动检测系统，当小区泵房发生爆管时，安装在泵房地面上的水位检测仪检测到液位超过设定液位，输出一个报警开关量信号给供水控制器，供水控制器接收到报警开关量信号，立即停止供水设备，并关闭进水管道上的进水电动阀，能有效避免水资源的浪费以及泵房内电气设备被浸泡。但该系统依赖于水位检测仪来检测液位信号，局限性大，只能在泵房使用，且智能化程度低，因此寻求一种能够自动及时的判断供水是否异常的二次供水泵房是急需解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有的小区供水异常没有一种规范的方法能够及时发现，为此提供一种基于数据模型的可判断供水异常的智慧泵房。

基于数据模型的可判断供水异常的智慧泵房，它包括由带Modbus通讯的控制器、变频器和泵阀构成的二次供水设备；

通过PLC采集烟雾报警、水淹报警、进水流量、泵运行频率和出水口压力等信号的数据采集模块，所述数据采集模块通过Modbus RTU协议从二次供水设备获取设备运行信息；通过网口Modbus TCP获取进水流量、泵运行频率，出水口压力、烟雾报警、水淹报警信息；

数据处理模块，将数据采集模块采集的信息通过数学建模，分析和加工，得到结果，将结果上传到中心服务器，中心服务器通过决策，下发命令到数据采集模块，完成命令执行；

数据传输模块，将数据处理模块处理的信息通过4G模块上网，写入中心服务器中的MQTT服务器，MQTT服务器下发指令到数据传输模块。

上述方案中所述数学建模的过程如下：假定居民楼有n户居民，第n户居民的水表读数为V_居n，假定泵房供水压力设定值P_设定，t₁时刻进口压力P_进t1、出口压力P_出t1、进口流量F_进t1、累计流量V_进t1，

t₂时刻进口压力P_进t2、出口压力P_出t2、进口流量F_进t2、累计流量V_进t2，

在[t1,t2]时间段内：

实际泵房供水量＝V_进t2-V_进t1；

ρ∈[90﹪,95﹪]正常供水

ρ≦90﹪供水不正常

供水不正常时，一般漏水条件为：

爆管条件为：

上述方案中t₁,t₂的间隔为15分钟左右。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

数据采集系统是基于工业计算机，除能实现泵房数据上传，还有具有数据处理和加工能力，这样可以大大减轻中央数据服务器的运算负担。本智慧泵房通过收集单个泵房的数据，通过数学模型做一定加工，再上传到中心服务器，从而实现整个城市的智慧供水目的，可以根据数学模型迅速的作出是否出现一般漏水还是爆管的判断。

附图说明

图1为本发明的软件架构图。

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。

如图1所示，智慧泵房硬件系统设计包括：二次供水控制设备、辅助运维系统、视频监控等安全监控系统、双电源切换和UPS系统、水质检测系统和数据采集和处理系统。

二次供水控制设备主要包含带Modbus通讯的控制器、变频器和泵阀组成，主要完成恒压供水目的。

辅助运维系统的控制系统采用西门子PLC，主要采集烟雾报警、水淹报警和水质监测系统等信号，控制排风、除湿和照明等设备。

视频监控等安全监控系统由海康威视监控和门禁系统组成，实现防侵入和录像记录等功能

双电源切换和UPS系统：为保证供水用电安全，采用双电源供电，二路自动切换。UPS在二路全部断电的情况下，给必要设备供电，同时把断电信息第一时间送到二次供水控制中心。

水质检测系统主要检测供水水质的几个指标。检测的数据通过西门子PLC采集。数据采集和处理系统采用的是基于工业环境设计的计算机，8G内存/250G固态硬盘，2个串口和2个以太网口，操作系统选用64位Ubuntu linux操作系统。

智慧泵房软件系统(MQTT客户端)分三层设计，包括三大模块：数据采集模块(数据采集层)、数据处理模块(数据处理层)和数据传输模块(数据传输层)。

数据采集模块通过Modbus RTU协议(Modbus RTU控制器)从二次供水设备获取设备运行信息；通过网口获取摄像头图像信息(摄像头视频)；通过网口ModbusTCP获取辅助运维系统设备信息。例如：进水流量、泵运行频率，出水口压力、烟雾报警、水淹报警等。

数据处理模块把数据采集的信息通过数学建模，分析和加工，得到结果。上传到中心服务器。中心服务器通过决策，下发命令到数据采集模块，完成命令执行。

数据传输模块把设备运行信息和加工的数据，通过4G模块上网，写入中心服务器中的MQTT服务器。中心服务器通过MQTT服务器下发指令到数据传输模块。

数学建模的过程如下：假定居民楼有n户居民，第n户居民的水表读数为V_居n，假定泵房供水压力设定值P_设定，t₁时刻进口压力P_进水t1、出口压力P_出水t1、进口流量F_进水t1、累计流量V_进水t1，

t₂时刻进口压力P_进水t2、出口压力P_出水t2、进口流量F_进水t2、累计流量V_进水t2，

在[t₁,t₂]时间段内：

实际泵房供水量＝V_进水t2-V_进水t1；

通过设置供水利用率的阀值来判断供水情况：

ρ∈[90﹪,95﹪]正常供水

ρ≦90﹪供水不正常

供水不正常时，一般漏水条件为：

爆管条件为：

当90≤供水利用率≤95时，被认为是正常供水，当85≤供水利用率＜90时，结合P_进水t1、P_进水t2是否＞0,，P_出水t1、P_出水t2是否＞P_设定，F_进水t1、F_进水t2是否＞0来判断是一般漏水，当供水利用率小于85％时结合P_出水t2是否＜P_设定，P_进水t1、P_进水t2是否＞0,F_进水t1、F_进水t2是否＞0来判断是爆管。

本发明将进口压力、出口压力、进口流量作为参照条件结合判断，能够较为准确地的得出供水是否正常以及供水是一般漏水还是爆管的判断，无需人工干预，且在很短的时间内就能够得出结论，并上报中心服务器通过决策，下发命令到数据采集模块，完成命令执行，做到早发现早治理，避免水资源的大量浪费。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (2)

1.基于数据模型的可判断供水异常的智慧泵房，其特征是：它包括由带Modbus通讯的控制器、变频器和泵阀构成的二次供水设备；

通过PLC采集烟雾报警、水淹报警、进水流量、泵运行频率和出水口压力等信号的数据采集模块，所述数据采集模块通过Modbus RTU协议从二次供水设备获取设备运行信息；通过网口Modbus TCP获取进水流量、泵运行频率，出水口压力、烟雾报警、水淹报警信息；

数据处理模块，将数据采集模块采集的信息通过数学建模，分析和加工，得到结果，将结果上传到中心服务器，中心服务器通过决策，下发命令到数据采集模块，完成命令执行；

数据传输模块，将数据处理模块处理的信息通过4G模块上网，写入中心服务器中的MQTT服务器，MQTT服务器下发指令到数据传输模块；

所述数学建模的过程如下：假定居民楼有n户居民，第n户居民的水表读数为V_居n，假定泵房供水压力设定值 P_设定，t₁时刻进口压力P_进t1、出口压力P_出t1、进口流量F_进t1、累计流量V_进t1，居民累计用量 =

，t₂时刻进口压力P_进t2、出口压力P_出t2、进口流量F_进t2、累计流量V_进t2，居民累计用量 =

，在[t1,t2]时间段内：

居民用水量=

-

；实际泵房供水量 = V_进t2- V_进t1；

供水利用率ρ(﹪) = (

-

)/( V_进t2 - V_进t1)*100：

ρ ∈ [90﹪,95﹪] 正常供水

ρ ≦ 90﹪ 供水不正常

供水不正常时，一般漏水条件为：

爆管条件为：

。

2.如权利要求1所述的基于数据模型的可判断供水异常的智慧泵房，其特征是：t₁,t₂的间隔为15分钟左右。

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