CN117350468A - 一种基于集控模式下的调蓄池系统调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于集控模式下的调蓄池系统调度方法，包括以下步骤：S1、对排水调蓄池自动化基础进行升级改造；S2、给PLC程序设定一组启、停液位值；S3、实时自动判断调蓄池液位是否超出预警值、是否出现异常情况；S4、当进、出水指标异常或者突发情况出现时，进入S5，当一切正常的情况下，进入S6；S5、人为介入，人为调度泵站水泵机组、调蓄池水泵机组的启停；S6、自动运行，PLC根据预设的启、停液位值自动判断启停调蓄池水泵机组。以工控机作为上层控制核心，规划生产内网与网络安全设备，建立基于专线网络的远程控制系统，以性能可靠的PLC为下层控制核心，构建本地控制系统，用以确保在远程控制系统异常情况下排水系统长期不间断运行。

Description

一种基于集控模式下的调蓄池系统调度方法

技术领域

本发明涉及远程控制技术领域，尤其涉及一种基于集控模式下的调蓄池系统调度方法。

背景技术

随着我国城市化进程的不断加快，城市人口急剧膨胀，城市水体污染和水资源短缺现象日趋严重，提高污水处理程度，促进水的健康循环发展是当前城市排水系统急需实现的目标。城市排水系统遍布整个城市，是一个广地域分布的复杂系统，由集水井、地下输送管道、分布排水泵站、调蓄池和水质净化厂等组成，收集、输送和处理日常生活污水、工业生产废水及部分自然降水等。使用调蓄池，能够对城市初期雨水进行截流控制，与此同时，所截留的雨水会被直接输送到城市的污水系统之中，减少雨水之中有害物和有机物的总体含量，可防止其向河道中直接排放，更有助于解决初期雨水污染河道的治理问题，应用雨水调蓄池能够有效保护城市的整体水环境，从根本上提高水生态安全性。一般情况下，调蓄池在进水状态时，主要处于该地区的降雨初期，并且当进水整体水位高于调蓄池内部的污水处理区域的最高标准水位时，那么其雨水会先流进蓄水池区域，一旦调蓄池蓄水池区域整体水位达到了标准位置后，其进水区域的通道以及阀门会彻底关闭；调蓄池在排水状态时，其设施区域需要根据外部环境污水管网的实际处理和运转情况，使用污水排水总量相对较低的时间节点，利用人工进行抽排进入污水管网系统。

在调蓄池控制系统中，大功率水泵机组和电动闸门是主要控制对象。传统的城市排水调蓄池自动化基础普遍较差，多采用基于本地计算机的分散控制方式，这种方式下区域泵站、调蓄池、水质净化厂间缺乏信息交互。跨入新世纪，由于计算机网络传输技术、远程控制技术的进步，基于网络的分布式控制系统得到了快速发展。分布式控制系统集分散仪表控制系统和集中计算机控制系统优势于一体：地理分布趋于分散、逻辑功能趋于集中。将分布式控制系统很好地应用于复杂的城市排水系统中则有其一定难度，主要原因是分布式控制系统以网络为核心，网络对于整个系统的实时性、可靠性和扩充性起着决定性的作用。

然而国内城市排水系统很少配有网络通讯系统，大多仍以人工值守方式运作。调蓄池控制系统由传感器、控制器、显示仪表、水泵机组、闸门等多种设备组成。控制功能的实现取决于关键设备的正常工作。至今为止，设备故障的发现排除完全依赖于传感器的稳定性。若传感器自身出现故障，系统极可能发生误报，甚至丧失报警功能，因而设备安全存有隐患。

发明内容

针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了一种基于集控模式下的调蓄池系统调度方法，其解决了现有技术中存在的设备故障的发现排除完全依赖于传感器的稳定性，若传感器自身出现故障，系统极可能发生误报，甚至丧失报警功能，因而设备安全存有隐患的问题。

根据本发明的一个技术方案，一种基于集控模式下的调蓄池系统调度方法，包括以下步骤：

S1、对排水调蓄池自动化基础进行升级改造，构建以工控机为核心的远程网络控制系统和以PLC为核心的本地控制系统的调蓄池远程控制系统及其结合的网络结构；

S2、给PLC程序设定一组启、停液位值，潜污泵、闸门一天正常自动运行情况下按照该设定液位自动启、停，预设各生产指标预警值；

S3、通过生产现场的检测元件接收污水处理单元的实时进、出水泵房的液位、流量、水质指标信息，实时判断调蓄池液位是否异常，结合天气预报降雨实时降雨量，实时自动判断调蓄池液位是否超出预警值、是否出现异常情况；

S4、当进、出水指标异常或者突发情况出现时，进入S5，当一切正常的情况下，进入S6；

S5、人为介入，将调蓄池水泵机组控制权切到现地模式，或者远方/手动模式，人为调度泵站水泵机组、调蓄池水泵机组的启停；

S6、自动运行，将调蓄池水泵机组控制权切到远方，控制方式切到自动，PLC根据预设的启、停液位值自动判断启停调蓄池水泵机组。

更进一步的，调蓄池水泵机组手动运行模式下，调蓄池水泵机组不受PLC控制，由运行人员人工操作现地控制柜或上位机下令启动、停止调蓄池水泵机组。

更进一步的，调蓄池水泵机组自动运行模式下，调蓄池水泵机组内的n台潜污泵，其中n-1台为主用泵，1台为备用泵，主、备用泵按累计工作次数或累计运行时长原则自动轮换，原则上禁止n台潜污泵同时运行，当泵池液位达到第一启泵液位时，自动启动n台中运行时间最少或运行次数最少的潜污泵，当液位继续上升达到第二启泵液位时，自动启动n台中运行时间或运行次数第二少的潜污泵，依此类推，当泵池液位下降至第一停泵液位时，停止已运行潜污泵中运行时间或运行次数最长的潜污泵，当液位继续下降至第二停泵液位时，停止已运行潜污泵中运行时间或运行次数第二长的潜污泵，依此类推。

更进一步的，调蓄池水泵机组每个潜污泵、轴流泵，每个闸门的启、停控制均设有现地控制柜、厂站上位机、集控上位机三级控制。

更进一步的，潜污泵的控制方式切换为“手动”时，厂站上位机、集控上位机可下令启停潜污泵，此时，PLC预设启、停液位值不生效。

更进一步的，潜污泵的控制方式切换为“自动”时，PLC按预设启、停液位值来启停潜污泵，此时，厂站上位机、集控上位机控制闭锁。

更进一步的，潜污泵现地控制柜设有“远方/现地”旋钮，旋钮切换为“远方”时，潜污泵受PLC程序、厂站上位机、集控上位机控制，现地控制柜控制闭锁；旋钮切换为“现地”时，潜污泵受现地控制柜启、停按钮控制，厂站上位机、集控上位机控制闭锁。

更进一步的，厂站上位机、集控上位机设有“集控/厂站”软开关，软开关切换为“集控”时，集控上位机可下令启、停潜污泵，厂站上位机控制闭锁；切换为“厂站”时，厂站上位机可下令启、停潜污泵，集控上位机控制闭锁。

更进一步的，远程网络控制系统借助上位机下发信号、网络通讯系统、PLC设备、继电器设备实现操作命令，包括现场设备设施的启停、PLC模拟量修改。

更进一步的，调蓄池远程控制系统借助各类生产现场传感器数据采集设备、PLC设备、网络通讯系统，对各类生产信号、数据实现实时收集上传、处理及监视。

相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、本发明选择计算能力强大、组网方便的工控机作为上层控制核心，规划生产内网与网络安全设备，建立基于专线网络的远程控制系统，实现协调优化调度；以性能可靠的PLC为下层控制核心，构建本地控制系统，用以确保在远程控制系统异常情况下排水系统长期不间断运行；远程调度污水泵站水泵机组、调蓄池水泵机组的启停，实现调水、蓄水的目的，极大增大城市排水系统的应急能力和灵活性。

2、本发明提出了一种液位控制水泵机组、闸门启停的方法，并实现了预设参数实时方便调整的功能，在保证城市排水安全的前提下，起到了减少运维成本、延长水泵使用寿命、节能降耗、减缓对电网的冲击的效果，符合节能节电的理念。

3、本发明方法简单易用，扩展性好，本发明可广泛应用于城市水环境处理领域。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明实施例网络结构示意图；

图2为本发明实施例生产运行流程图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明中的技术方案进一步说明。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，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的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的另一个元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中另一个元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明实施例提出了一种基于集控模式下的调蓄池系统调度方法，如图1~2所示，包括以下步骤：

S1、对排水调蓄池自动化基础进行升级改造，构建以工控机为核心的远程网络控制系统和以PLC为核心的本地控制系统的调蓄池远程控制系统及其结合的网络结构；

S2、给PLC程序设定一组启、停液位值，潜污泵、闸门一天正常自动运行情况下按照该设定液位自动启、停，预设各生产指标预警值；

S3、通过生产现场的各类传感器、信号变送器、PLC、网络传输链路等检测元件接收污水处理厂、临时处理站及泵站、调蓄池等污水处理单元的实时进、出水泵房的液位、流量、水质指标信息，实时判断调蓄池液位是否异常，结合天气预报降雨实时降雨量，实时自动判断调蓄池液位是否超出预警值、是否出现异常情况；

S4、当进、出水指标异常或者某处理单元需临时大修减产或者大雨天气来临等突发情况出现时，进入S5，当一切正常的情况下，进入S6；

S5、人为介入，将调蓄池水泵机组控制权切到现地模式，或者远方/手动模式，；

S6、自动运行，将调蓄池水泵机组控制权切到远方，控制方式切到自动，。

通过对排水调蓄池自动化基础进行升级改造，提出调蓄池远程控制系统的组成及网络结构，设计并实现了以工控机为核心的远程网络控制系统和以PLC为核心的本地控制系统。

通过接收水质净化厂及临时处理站等处理单元的实时进、出水泵房液位、流量、水质等指标信息，实时判断是否异常。当进、出水指标异常或者某处理单元需临时大修减产等突发情况出现时，可以人工介入，远程调度泵站水泵机组、调蓄池水泵机组及闸门的启停，实现调水、蓄水的目的，极大增大了城市排水系统的灵活性。

通过接收天气预报雨天降雨量实时预报信息，提前腾空调蓄池库容，降雨期间收集初雨、小雨，避免雨水径流污染进入河道造成河道、水体污染，大雨期间还可蓄积部分污水，减轻管网冒溢风险、缓解水质净化厂压力。

本实施例选择计算能力强大、组网方便的工控机作为上层控制核心，规划生产内网与网络安全设备，建立基于专线网络的远程控制系统，实现协调优化调度；以性能可靠的PLC为下层控制核心，构建本地控制系统，用以确保在远程控制系统异常情况下排水系统长期不间断运行；远程调度污水泵站水泵机组、调蓄池水泵机组的启停，实现调水、蓄水的目的，极大增大城市排水系统的应急能力和灵活性。

具体的，实现以工控机为核心的远程网络控制系统和以PLC为核心的本地控制系统，通过以下步骤实现：

步骤一：常规的集中控制方式受网络信号中断、阻塞、数据丢失等因素的影响，控制效果也不理想，从控制的可靠性出发，针对大系统设计具有多个控制核心的分层控制结构，选择计算能力强大、组网方便的工控机作为上层控制核心，规划生产内网与网络安全设备，建立基于本地专线网络的远程控制系统，实现协调优化调度；

步骤二：以性能可靠的PLC为下层控制核心，构建本地控制系统，用以确保在远程控制系统异常情况下排水系统长期不间断稳定运行。

实现一种液位控制水泵机组、闸门启停的方法，通过以下步骤实现：

步骤一：给PLC程序设定一组启、停液位值，潜污泵、闸门一天正常自动运行情况下按照该设定液位自动启、停，正常情况下避免了人为操作，减轻人工劳动力运维成本；

步骤二：上位机可以随时下发命令修改PLC预设的启/停液位值，实时自动判断实际液位是否满足启/停液位预设值，自动控制潜污泵、闸门的启停，实现了高效处理污水来水；

步骤三：液位设值异常报警，正常情况下，“全停泵液位值”<“停n-1台泵液位值”<……<“停1台泵液位值”<“启1台泵液位值”<……<“启n-1台泵液位值”<“启n台泵液位值”，当设值不符合以上条件时，系统将自动报警提醒。

实现了预设参数实时方便调整的功能，在保证城市排水安全的前提下，起到了减少运维成本、延长水泵使用寿命、节能降耗、减缓对电网的冲击的效果，符合节能节电的理念。

潜污泵、闸门控制方式分为“自动/手动”两种，并设有现地控制柜、厂站上位机（触摸屏）、集控上位机三级控制，可根据实际情况灵活组合使用，通过以下步骤实现：

潜污泵自动运行模式下，n台潜污泵，n-1台为主用泵，1台为备用泵，主、备用泵按累计工作次数或累计运行时长原则自动轮换，原则上禁止n台潜污泵同时运行；

当泵池液位达到第一启泵液位时，自动启动n台中运行时间最少或运行次数最少的潜污泵，当液位继续上升达到第二启泵液位时，自动启动n台中运行时间或运行次数第一少的潜污泵，依此类推；

当泵池液位下降至第一停泵液位时，停止已运行潜污泵中运行时间或运行次数较长的潜污泵，当液位继续下降至第二停泵液位时，停止第二台潜污泵，依此类推；

潜污泵手动运行模式下，此时潜污泵不受PLC控制，由运行人员人工操作现地控制柜启动、停止潜污泵。

控制方式切换，潜污泵分为“自动/手动”两种控制方式：

控制方式切换为“自动”时，PLC按上位机预设启/停液位值启停潜污泵（厂站上位机（触摸屏）、集控上位机控制闭锁）；

控制方式切换为“手动”时，厂站上位机（触摸屏）、集控上位机可下令启停潜污泵（PLC预设启/停液位值不生效）。

控制权切换，潜污泵现地控制柜设有“远方/现地”旋钮：

旋钮切换为“远方”时，潜污泵受PLC程序、厂站上位机（触摸屏）、集控上位机控制（现地控制柜控制闭锁）；

旋钮切换为“现地”时，潜污泵受现地控制柜启、停按钮控制（厂站上位机（触摸屏）、集控上位机控制闭锁）。

厂站上位机（触摸屏）、集控上位机设有“集控/厂站”软开关：

软开关切换为“集控”时，集控上位机可下令启、停潜污泵（厂站上位机（触摸屏）控制闭锁）；

切换为“厂站”时，厂站上位机（触摸屏）可下令启、停潜污泵（集控上位机控制闭锁）。

远程网络控制系统借助上位机下发信号、网络通讯系统、PLC设备、继电器设备实现操作命令，包括现场设备设施的启停、PLC模拟量修改。

调蓄池远程控制系统借助各类生产现场传感器数据采集设备、PLC设备、网络通讯系统，对各类生产信号、数据实现实时收集上传、处理及监视。

如图1所示，规划生产内网与网络安全设备，建立基于专线网络的远程控制系统，大大提高了系统数据传输的稳定性。

本文引用的任何数字值都包括从下限值到上限值之间以一个单位递增的下值和上值的所有值，在任何下值和任何更高值之间存在至少两个单位的间隔即可。举例来说，如果阐述了一个部件的数量或过程变量（例如温度、压力、时间等）的值是从1到90，优选从20到80，更优选从30到70，则目的是为了说明该说明书中也明确地列举了诸如15到85、22到68、43到51、30到32等值。对于小于1的值，适当地认为一个单位是0.0001、0.001、0.01、0.1。这些仅仅是想要明确表达的示例，可以认为在最低值和最高值之间列举的数值的所有可能组合都是以类似方式在该说明书明确地阐述了的。

除非另有说明，所有范围都包括端点以及端点之间的所有数字。与范围一起使用的“大约”或“近似”适合于该范围的两个端点。因而，“大约20到30”旨在覆盖“大约20到大约30”，至少包括指明的端点。

披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。

多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。

应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照所附权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为发明人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。

Claims (10)

1.一种基于集控模式下的调蓄池系统调度方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、对排水调蓄池自动化基础进行升级改造，构建以工控机为核心的远程网络控制系统和以PLC为核心的本地控制系统的调蓄池远程控制系统及其结合的网络结构；

S2、给PLC程序设定一组启、停液位值，潜污泵、闸门一天正常自动运行情况下按照该设定液位自动启、停，预设各生产指标预警值；

S3、通过生产现场的检测元件接收污水处理单元的实时进、出水泵房的液位、流量、水质指标信息，实时判断调蓄池液位是否异常，结合天气预报降雨实时降雨量，实时自动判断调蓄池液位是否超出预警值、是否出现异常情况；

S4、当进、出水指标异常或者突发情况出现时，进入S5，当一切正常的情况下，进入S6；

S5、人为介入，将调蓄池水泵机组控制权切到现地模式，或者远方/手动模式，人为调度泵站水泵机组、调蓄池水泵机组的启停；

S6、自动运行，将调蓄池水泵机组控制权切到远方，控制方式切到自动，PLC根据预设的启、停液位值自动判断启停调蓄池水泵机组。

2.如权利要求1所述的一种基于集控模式下的调蓄池系统调度方法，其特征在于，调蓄池水泵机组手动运行模式下，调蓄池水泵机组不受PLC控制，由运行人员人工操作现地控制柜或上位机下令启动、停止调蓄池水泵机组。

3.如权利要求1所述的一种基于集控模式下的调蓄池系统调度方法，其特征在于，调蓄池水泵机组自动运行模式下，调蓄池水泵机组内的n台潜污泵，其中n-1台为主用泵，1台为备用泵，主、备用泵按累计工作次数或累计运行时长原则自动轮换，原则上禁止n台潜污泵同时运行，当泵池液位达到第一启泵液位时，自动启动n台中运行时间最少或运行次数最少的潜污泵，当液位继续上升达到第二启泵液位时，自动启动n台中运行时间或运行次数第二少的潜污泵，依此类推，当泵池液位下降至第一停泵液位时，停止已运行潜污泵中运行时间或运行次数最长的潜污泵，当液位继续下降至第二停泵液位时，停止已运行潜污泵中运行时间或运行次数第二长的潜污泵，依此类推。

4.如权利要求1所述的一种基于集控模式下的调蓄池系统调度方法，其特征在于，调蓄池水泵机组每个潜污泵、轴流泵，每个闸门的启、停控制均设有现地控制柜、厂站上位机、集控上位机三级控制。

5.如权利要求4所述的一种基于集控模式下的调蓄池系统调度方法，其特征在于，潜污泵的控制方式切换为“手动”时，厂站上位机、集控上位机可下令启停潜污泵，此时，PLC预设启、停液位值不生效。

6.如权利要求4所述的一种基于集控模式下的调蓄池系统调度方法，其特征在于，潜污泵的控制方式切换为“自动”时，PLC按预设启、停液位值来启停潜污泵，此时，厂站上位机、集控上位机控制闭锁。

7.如权利要求4所述的一种基于集控模式下的调蓄池系统调度方法，其特征在于，潜污泵现地控制柜设有“远方/现地”旋钮，旋钮切换为“远方”时，潜污泵受PLC程序、厂站上位机、集控上位机控制，现地控制柜控制闭锁；旋钮切换为“现地”时，潜污泵受现地控制柜启、停按钮控制，厂站上位机、集控上位机控制闭锁。

8.如权利要求4所述的一种基于集控模式下的调蓄池系统调度方法，其特征在于，厂站上位机、集控上位机设有“集控/厂站”软开关，软开关切换为“集控”时，集控上位机可下令启、停潜污泵，厂站上位机控制闭锁；切换为“厂站”时，厂站上位机可下令启、停潜污泵，集控上位机控制闭锁。

9.如权利要求1所述的一种基于集控模式下的调蓄池系统调度方法，其特征在于，远程网络控制系统借助上位机下发信号、网络通讯系统、PLC设备、继电器设备实现操作命令，包括现场设备设施的启停、PLC模拟量修改。

10.如权利要求1所述的一种基于集控模式下的调蓄池系统调度方法，其特征在于，调蓄池远程控制系统借助各类生产现场传感器数据采集设备、PLC设备、网络通讯系统，对各类生产信号、数据实现实时收集上传、处理及监视。