CN115277801B - 一站式无人值守泵站自动化控制系统 - Google Patents

一站式无人值守泵站自动化控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种一站式无人值守泵站自动化控制系统，涉及控制调度领域，旨在解决泵站管理模式进行优化的问题，其技术方案要点是：雨量计检测到雨量大于某设定值A时，网关模块接收雨量计测得数据并上传至数据采集服务器，数据采集服务器发送指令给雨水电动闸门打开进行排雨水处理；当检测到雨量大于某设定值B时，B大于A，则此时雨量过大，网关模块接收到雨量计测得数据并上传至数据服务器，数据服务器发送指令给电磁阀进行打开，使过多的雨水通过连通管道紧急排向污水集水池。本发明的一站式无人值守泵站自动化控制系统能够进行自动化管理，并且发生特殊情况时能够及时排水，避免危险发生。

Description

一站式无人值守泵站自动化控制系统
技术领域
本发明涉及控制调度领域，更具体地说，它涉及一种一站式无人值守泵站自动化控制系统。
背景技术
城市中小型水利泵站由于分布地理位置比较疏散且覆盖面具较广，原有的运行方式使其管理和维护成本较高且效率低下，许多泵站经过多年的使用产生了效益衰减、运行效率低、能耗高、机电设备老化、年久失修、工程安全隐患多等问题；并且由于其地理位置原因，自动化和信息化程度低，管理设备简陋也会造成许多重大问题。
目前国内中小型泵站在控制技术方面还是使用的老式继电器控制的常规控制电路或部分的自动控制技术结合现场手动操作，或远方计算机简单的操作。这种老式的控制技术存在以下缺点：1.老式的继电器控制电气的控制线路及其复杂，当出现问题时非常难于维修和维护。2.部分的自动控制技术结合手动操作无法完全的实施远方调度，只是将部分操作简单化。3.计算机远程操控只能完成简单的电气设备操作，需要手工记录数据，却并不能真正的实现泵站运行时的无人值守。为了节约人力物力，信息化和自动化的管理模式成为迫切需求，亟需一种能够实现市政管理部门对所辖范围内的雨污水泵站实时监视、控制、管理、调度的泵站自动化监控系统。
如专利号为CN108803510B的专利，其公开了一泵站自动化监控系统，包括若干个设置于泵站现场的现地控制层和设置于中控室的中心控制层，中控室通过中心控制层对泵站的现地控制层实时监测和远程控制，现地控制层包括污水处理模块、雨水处理模块和报警模块。本发明解决了泵站管理中的无人值守以及远程监控的问题，实现市政管理部门对所辖范围内的雨污水泵站实时监视、控制、管理、调度，提高管理部门对泵站各种环境下的快速反应和处置能力。
上述方案能够解决自动化管理的问题，但是在实际运行过程中，难免会发生突发状况，例如因为天气变化原因，近些年气候变得越来越极端，容易发生某个时间段内的雨水量特别充沛，这容易导致雨水集水池在短时间内暴涨而无法及时排水的问题，目前针对这个问题，还是需要人工进行及时介入排雨水，连缓冲的机会都没有。
本发明提供一种方案来解决这个问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种一站式无人值守泵站自动化控制系统，其通过自动化管理，对污水集水池和雨水集水池进行实时管控，并且当发生雨水集水池内的水位过高时，临时性向污水集水池进行排放从而缓解雨水量过大的问题。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种一站式无人值守泵站自动化控制系统，包括污水处理模块、雨水处理模块、预警模块、网关模块、数据采集服务器以及数据接收终端；
污水处理模块包括位于污水集水池内的污水泵、液位计以及污水电动闸门；污水泵用于将污水排出，液位计用于探测污水的水位，污水电动闸门用于排放污水集水池内的污水；
雨水处理模块包括位于雨水集水池内的雨水泵，雨量计以及雨水电动闸门；雨水泵用于将雨水排出，雨量计用于探测雨水的水位，雨水电动闸门用于排放雨水集水池内的雨水；
网关模块包括物联网网关，用于接收污水处理模块和雨水处理模块检测的数据，并将数据通过协议转换发送到数据采集服务器，数据采集服务器对数据进行存储和分辨，并将分辨的结果发送到数据接收终端以及预警模块，数据接收终端包括上述的污水泵、污水电动闸门进行排污水处理，雨水泵、雨水电动闸门进行排雨水处理，预警模块接收到预警数据时发出警示提示；
其中，雨水集水池与污水集水池之间还安装有连通管道，连通管道安装有电磁阀，用于使雨水集水池内的水流向污水集水池内；所述雨量计检测到雨量大于某设定值A时，网关模块接收雨量计测得数据并上传至数据采集服务器，数据采集服务器发送指令给雨水电动闸门打开进行排雨水处理；当检测到雨量大于某设定值B时，B大于A，则此时雨量过大，网关模块接收到雨量计测得数据并上传至数据服务器，数据服务器发送指令给电磁阀进行打开，使过多的雨水通过连通管道紧急排向污水集水池；所述连通管道内还安装有流量检测仪，流量检测仪检测到有水流流动时，通过网关模块将数据发送给数据采集服务器，数据采集服务器发出预警信号给预警模块以及数据接收终端；
其中，连通管道包括有波纹管，所述电磁阀安装在波纹管靠近雨水集水池的一端，所述波纹管位于靠近污水集水池的一端设置有行程开关，行程开关用于自动开启电磁阀；所述波纹管具有形变能力，当雨量计检测到的数值大于B时，但是因为故障而未打开电磁阀时，则因为电磁阀关闭而使波纹管收到挤压力，挤压力足够大时会驱使波纹管向污水集水池一侧发生形变，此时电磁阀发生位移靠近污水集水池，直至接触到行程开关，行程开关驱动电磁阀打开，从而进行雨水排放到污水集水池。
本发明进一步设置为：所述行程开关还通过网关模块连接至数据采集服务器，当行程开关打开电磁阀时，则同时发送信号至数据采集服务器，数据采集服务器发送紧急指令给数据接收终端进行人工介入。
本发明进一步设置为：所述行程开关连接有电磁继电器，通过电磁继电器驱动电磁阀打开。
本发明进一步设置为：所述波纹管内安装有压力传感器，所述压力传感器通过无线传输将数据传输到网关模块，网关模块将数据通过协议转换发送到数据采集服务器，数据采集服务器接收并存储该数据，并进行实时显示并发送预警信息。
本发明进一步设置为：所述数据接收终端包括PC段、移动终端、显示控制面板。
本发明进一步设置为：所述显示控制面板用于显示污水集水池、雨水集水池以及各个管道、泵、阀门的实时状态，以及预警模块的状态显示。
本发明进一步设置为：所述移动终端包括用于接收实时数据以及消息提醒的手机。
本发明进一步设置为：所述网关模块还用于进行数据转换管理，并且管理新增的检测模块并提供即加即用的连接方式。
本发明进一步设置为：所述液位计以及雨水计均通过MQTT协议进行数据上传，网关模块将接收到的MQTT协议的数据进行转换为RPC数据，并将RPC数据传输到数据采集服务器，数据采集服务器接收并存储RPC数据。
本发明进一步设置为：所述波纹管的端部与电磁阀之间通过液压杆进行保持压力；当雨水集水池内的水压足够高时，电磁阀受到挤压力压缩液压杆，突破液压杆的设定值时，电磁阀发生朝向污水集水池移动的动作，液压杆同时与行程开关进行联动触发行程开关闭合从而开启电磁阀。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、污水集水池以及雨水集水池能够实时被监控到，并且进行远程自动化控制；
2、雨水集水池内排水不及时时能够通过连通管道临时往污水集水池进行排放；
3、当排放系统发生故障时，通过行程开关以及电磁阀可以进行应急性打开电磁阀从而进行雨水排放；
4、通过MQTT协议以及RPC数据方式传输，数据传输的及时性能够得到保证。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明进行详细描述。
相关的名称解释：
MQTT：指消息队列遥测传输，是ISO 标准(ISO/IEC PRF 20922)下基于发布/订阅范式的消息协议。它工作在TCP/IP协议族上，是为硬件性能低下的远程设备以及网络状况糟糕的情况下而设计的发布/订阅型消息协议。
RPC协议：RFC-1831远程调用协议 ,最初由RFC-1050定义，RPC协议假定某些传输协议的存在，如TCP或UDP，为通信程序之间携带信息数据。在OSI网络通信模型中，RPC跨越了传输层和应用层，RPC使得开发包括网络分布式多程序在内的应用程序更加容易。
网关：物联网网关，在本发明中既做协议转换，又做MQTT消息转发。
数据采集服务器：在本发明中，提供RPC服务供物联网网关调用同时作为MQTT服务器使用；
PC端：电脑端；
移动终端：手机或可便携式电子设备；
一种一站式无人值守泵站自动化控制系统，包括污水处理模块、雨水处理模块、预警模块、网关模块、数据采集服务器以及数据接收终端。
污水处理模块包括位于污水集水池内的污水泵、液位计以及污水电动闸门；液位计用于探测污水的水位，并且液位计通过无线传输单元或者USB数据传输的方式将检测的数据传输到网关模块，污水泵用于接收控制指令用于将污水排出，污水电动闸门也是用于接收控制指令进行排放污水集水池内的污水。
雨水处理模块包括位于雨水集水池内的雨水泵，雨量计以及雨水电动闸门；雨量计用于探测雨水的水位，并将检测到的数据通过无线传输单元或者USB数据传输的方式将检测的数据传输到网关模块；雨水泵用于接收指令将雨水排出，雨水电动闸门用于排放雨水集水池内的雨水。
当然优选的是液位计以及雨水计均通过MQTT协议进行数据上传，网关模块将接收到的MQTT协议的数据进行转换为RPC数据，并将RPC数据传输到数据采集服务器，数据采集服务器接收并存储RPC数据，这样能够提供实时数据的传输，发生险情时能够及时知道。
网关模块包括物联网网关，用于接收污水处理模块和雨水处理模块检测的数据，并将数据通过协议转换发送到数据采集服务器，数据采集服务器对数据进行存储和分辨，并将分辨的结果发送到数据接收终端以及预警模块，数据接收终端包括上述的污水泵、污水电动闸门进行排污水处理，雨水泵、雨水电动闸门进行排雨水处理，预警模块接收到预警数据时发出警示提示。
其中，雨水集水池与污水集水池之间还安装有连通管道，连通管道安装有电磁阀，用于使雨水集水池内的水流向污水集水池内；雨量计检测到雨量大于某设定值A时，网关模块接收雨量计测得数据并上传至数据采集服务器，数据采集服务器发送指令给雨水电动闸门打开进行排雨水处理；当检测到雨量大于某设定值B时，B大于A，则此时雨量过大，网关模块接收到雨量计测得数据并上传至数据服务器，数据服务器发送指令给电磁阀进行打开，使过多的雨水通过连通管道紧急排向污水集水池；连通管道内还安装有流量检测仪，流量检测仪检测到有水流流动时，通过网关模块将数据发送给数据采集服务器，数据采集服务器发出预警信号给预警模块以及数据接收终端。
其中，连通管道包括有波纹管，电磁阀安装在波纹管靠近雨水集水池的一端，所述波纹管位于靠近污水集水池的一端设置有行程开关，行程开关用于自动开启电磁阀；所述波纹管具有形变能力，当雨量计检测到的数值大于B时，但是因为故障而未打开电磁阀时，则因为电磁阀关闭而使波纹管收到挤压力，挤压力足够大时会驱使波纹管向污水集水池一侧发生形变，此时电磁阀发生位移靠近污水集水池，直至接触到行程开关，行程开关驱动电磁阀打开，从而进行雨水排放到污水集水池。
行程开关还通过网关模块连接至数据采集服务器，当行程开关打开电磁阀时，则同时发送信号至数据采集服务器，数据采集服务器发送紧急指令给数据接收终端进行人工介入。
行程开关连接有电磁继电器，通过电磁继电器驱动电磁阀打开。
波纹管内安装有压力传感器，所述压力传感器通过无线传输将数据传输到网关模块，网关模块将数据通过协议转换发送到数据采集服务器，数据采集服务器接收并存储该数据，并进行实时显示并发送预警信息。
数据接收终端包括PC段、移动终端、显示控制面板。
显示控制面板用于显示污水集水池、雨水集水池以及各个管道、泵、阀门的实时状态，以及预警模块的状态显示。
移动终端包括用于接收实时数据以及消息提醒的手机。
网关模块还用于进行数据转换管理，并且管理新增的检测模块并提供即加即用的连接方式。
波纹管的端部与电磁阀之间通过液压杆进行保持压力；当雨水集水池内的水压足够高时，电磁阀受到挤压力压缩液压杆，突破液压杆的设定值时，电磁阀发生朝向雨水集水池移动的动作，液压杆同时与行程开关进行联动触发行程开关闭合从而开启电磁阀。
以下对本发明的工作过程进行阐述：在正常运行时，位于雨水集水池内的雨量计以及位于污水集水池内的液位计对池内的水位进行实时检测，并且系统内还具有其他的检测器件，例如管道内的压力检测器、水泵的启闭状态以及周边环境的检测仪器，均通过网关模块传输到数据采集服务器，数据采集服务器进行数据整理后实时显示在终端系统内，可以在PC端、管理人员的手机移动端以及机房内的控制面板上进行整个系统的实时显示；当雨水集水池或污水集水池内的水位较高达到设定值时，则发生指令给雨水泵、污水泵以及雨水电动闸门、污水电动闸门，从而进行及时排水，此过程不需要人工介入，完全自动化处理。
当遇到极端天气时，降雨量暴涨，这会导致雨水集水池内的水量暴涨，即使是雨水泵全力输出状态下，雨水集水池内的水位依旧上升到达了设定值B，说明仅靠雨水泵进行放水处理已经解决不了问题了，通常情况下此时需要人工及时介入进行排水处理；但是因为是无人值守的系统运作，此时通知工作人员过来处理时间会比较紧急，因此系统接收到检查的数据后，迅速发送指令给电磁阀，使电磁阀打开，将雨水临时性排入到污水集水池内，避免雨水集水池内的水位过高而造成危险发生，并且在放水到污水集水池内时，预警系统会及时发生预警信息给到数据接收终端，此时会有工作人员赶过来进行紧急处理。
因为当遇到极端天气时，自动化控制系统也有可能会发生故障，若此时发生故障，则会增加险情发生的概率，因此当雨水集水池内的雨水过多时，但是电磁阀未能接收到数据采集服务器发出的打开指令，则电磁阀未能打开；这样电磁阀会承受到雨水上涨的压力，受到挤压时因为波纹管可以进行形变，优选的是液压杆提供支撑力，这样当电磁阀收到的压力大于波纹管可以承受的形变力或者是突破了液压杆提供的支撑力时，则电磁阀连带波纹管会朝向污水集水池的一侧进行位移，但是连通管道依旧会衔接在雨水集水池和污水集水池之间不会发生断开的情况，当电磁阀移动过程中触发行程开关，行程开关与电磁继电器连接，从而使电磁继电器给电磁阀供电并触发电磁阀打开，从而利用行程开关的联动系统将电磁阀打开，使雨水能够临时性进行排放到污水集水池；未工人进行抢修抢险提供了充足的时间；这样在自动化控制系统之外设计机械传动打开电磁阀作为应急方案，能够更大程度避免险情的发生。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种一站式无人值守泵站自动化控制系统，其特征在于：包括污水处理模块、雨水处理模块、预警模块、网关模块、数据采集服务器以及数据接收终端；
污水处理模块包括位于污水集水池内的污水泵、液位计以及污水电动闸门；污水泵用于将污水排出，液位计用于探测污水的水位，污水电动闸门用于排放污水集水池内的污水；
雨水处理模块包括位于雨水集水池内的雨水泵，雨量计以及雨水电动闸门；雨水泵用于将雨水排出，雨量计用于探测雨水的水位，雨水电动闸门用于排放雨水集水池内的雨水；
网关模块包括物联网网关，用于接收污水处理模块和雨水处理模块检测的数据，并将数据通过协议转换发送到数据采集服务器，数据采集服务器对数据进行存储和分辨，并将分辨的结果发送到数据接收终端以及预警模块，数据接收终端包括上述的污水泵、污水电动闸门进行排污水处理，雨水泵、雨水电动闸门进行排雨水处理，预警模块接收到预警数据时发出警示提示；
其中，雨水集水池与污水集水池之间还安装有连通管道，连通管道安装有电磁阀，用于使雨水集水池内的水流向污水集水池内；所述雨量计检测到雨量大于某设定值A时，网关模块接收雨量计测得数据并上传至数据采集服务器，数据采集服务器发送指令给雨水电动闸门打开进行排雨水处理；当检测到雨量大于某设定值B时，B大于A，则此时雨量过大，网关模块接收到雨量计测得数据并上传至数据服务器，数据服务器发送指令给电磁阀进行打开，使过多的雨水通过连通管道紧急排向污水集水池；所述连通管道内还安装有流量检测仪，流量检测仪检测到有水流流动时，通过网关模块将数据发送给数据采集服务器，数据采集服务器发出预警信号给预警模块以及数据接收终端；
其中，连通管道包括有波纹管，所述电磁阀安装在波纹管靠近雨水集水池的一端，所述波纹管位于靠近污水集水池的一端设置有行程开关，行程开关用于自动开启电磁阀；所述波纹管具有形变能力，当雨量计检测到的数值大于B时，但是因为故障而未打开电磁阀时，则因为电磁阀关闭而使波纹管收到挤压力，挤压力大到能够驱使波纹管向污水集水池一侧发生形变，此时电磁阀发生位移靠近污水集水池，直至接触到行程开关，行程开关驱动电磁阀打开，从而进行雨水排放到污水集水池。
2.根据权利要求1所述的一站式无人值守泵站自动化控制系统，其特征在于：所述行程开关还通过网关模块连接至数据采集服务器，当行程开关打开电磁阀时，则同时发送信号至数据采集服务器，数据采集服务器发送紧急指令给数据接收终端进行人工介入。
3.根据权利要求2所述的一站式无人值守泵站自动化控制系统，其特征在于：所述行程开关连接有电磁继电器，通过电磁继电器驱动电磁阀打开。
4.根据权利要求1所述的一站式无人值守泵站自动化控制系统，其特征在于：所述波纹管内安装有压力传感器，所述压力传感器通过无线传输将数据传输到网关模块，网关模块将数据通过协议转换发送到数据采集服务器，数据采集服务器接收并存储该数据，并进行实时显示并发送预警信息。
5.根据权利要求1所述的一站式无人值守泵站自动化控制系统，其特征在于：所述数据接收终端包括PC段、移动终端、显示控制面板。
6.根据权利要求5所述的一站式无人值守泵站自动化控制系统，其特征在于：所述显示控制面板用于显示污水集水池、雨水集水池以及各个管道、泵、阀门的实时状态，以及预警模块的状态显示。
7.根据权利要求5所述的一站式无人值守泵站自动化控制系统，其特征在于：所述移动终端包括用于接收实时数据以及消息提醒的手机。
8.根据权利要求1所述的一站式无人值守泵站自动化控制系统，其特征在于：所述网关模块还用于进行数据转换管理，并且管理新增的检测模块并提供即加即用的连接方式。
9.根据权利要求1所述的一站式无人值守泵站自动化控制系统，其特征在于：所述液位计以及雨水计均通过MQTT协议进行数据上传，网关模块将接收到的MQTT协议的数据进行转换为RPC数据，并将RPC数据传输到数据采集服务器，数据采集服务器接收并存储RPC数据。
10.根据权利要求1所述的一站式无人值守泵站自动化控制系统，其特征在于：所述波纹管的端部与电磁阀之间通过液压杆进行保持压力；当雨水集水池内的水压足够高时，电磁阀受到挤压力压缩液压杆，突破液压杆的设定值时，电磁阀发生朝向污水集水池移动的动作，液压杆同时与行程开关进行联动触发行程开关闭合从而开启电磁阀。
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