CN117826722A - 一种泵组优化智能控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种泵组优化智能控制系统及控制方法，控制系统包括工业控制计算机、数据中台、自控系统，在工业控制计算机上部署有供水泵组调度模型和取水泵组调度模型，供水泵组调度模型根据供水量预测值、供水压力设定值和清水池实际液位，获取供水泵组调度方案；取水泵组调度模型根据供水量预测值、清水池液位设定值、清水池实际液位和吸水井液位，获取取水泵组调度方案，根据供水泵组调度方案和取水泵组调度方案，分别对供水泵组和取水泵组进行调度。通过本发明，能够实现供水和取水的自动控制，不再需要人工进行取供水泵组调节操作，减轻生产运营人员负担。

Description

一种泵组优化智能控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及市政工程供水领域，更具体地，涉及一种泵组优化智能控制系统及控制方法。

背景技术

目前水厂的供水通常通过人工进行控制，其控制的目标或指标为出厂水压力，水厂运维人员通过个人经验调节各水泵的开停或者频率(有变频功能)，使出厂水压力维持在目标压力值之上。

传统水厂的取水泵组调度主要依靠工程经验调整泵组搭配、调节变频泵频率。这种调节是定性调节，人力成本高，节能水平不稳定甚至增加能耗。

目前清水池液位控制通常通过人工调节取水、供水流量使液位保持在一定范围内，这种控制策略未考虑电价在一天内的起伏，会增加运行成本。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种泵组优化智能控制系统及控制方法，能够实现功市政供水和取水的自动控制。

根据本发明的第一方面，提供了一种泵组优化智能控制系统，包括工业控制计算机、数据中台、自控系统，所述工业控制计算机通过以太网与所述数据中台连接，所述数据中台与所述自控系统连接，所述数据中台还分别与清水池和吸水井的液位计连接，所述自控系统分别与供水泵组和取水泵组连接，所述工业控制计算机上部署有供水泵组调度模型和取水泵组调度模型；

所述数据中台，用于实时获取供水量、供水压力设定值、清水池液位设定值、清水池实际液位和吸水井液位，发送给所述工业控制计算机；

所述工业控制计算机中的供水泵组调度模型，用于根据供水量预测值、供水压力设定值和清水池实际液位，获取供水泵组调度方案，并将所述供水泵组调度方案通过所述数据中台下发给所述自控系统；

所述工业控制计算机中的取水泵组调度模型，用于根据供水量预测值、清水池液位设定值、清水池实际液位和吸水井液位，获取取水泵组调度方案，并将所述取水泵组调度方案通过所述数据中台下发给所述自控系统；

所述自控系统，用于根据所述供水泵组调度方案对供水泵组进行调度，以及根据所述取水泵组调度方案对取水泵组进行调度。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以作出如下改进。

可选的，所述供水泵组调度模型，还用于根据历史供水量数据，计算供水量预测值。

可选的，所述清水池液位设定值为根据用电峰谷分段电价，结合清水池的调蓄功能进行设定。

可选的，所述取水泵组调度模型，用于根据供水量预测值、清水池液位设定值、清水池实际液位和吸水井液位，包括：

根据供水量预测值、清水池液位设定值和清水池实际液位，计算取水量预测值；

根据所述取水量预测值和吸水井液位，获取取水泵组调度方案。可选的，所述供水泵组调度方案包括每一台供水泵的开闭和运行频率，所述取水泵组调度方案包括每一台取水泵的开闭和运行频率。

根据本发明的第二方面，提供一种泵组优化智能控制方法，包括：

获取自来水厂的历史供水量、供水压力设定值、清水池液位设定值、清水池实际液位和吸水井液位；

根据历史供水量、供水压力设定值和清水池实际液位，获取供水泵组调度方案，以及根据历史供水量、清水池液位设定值、清水池实际液位和吸水井液位，获取取水泵组调度方案；

根据所述供水泵组调度方案对供水泵组进行调度，以及根据所述取水泵组调度方案，对取水泵组进行调度。

可选的，所述历史供水量、供水压力设定值和清水池实际液位，获取供水泵组调度方案，包括：

根据历史供水量，计算当前的供水量预测值；

基于当前的供水量预测值、供水压力设定值和清水池实际液位，获取供水泵组调度方案。

可选的，所述根据历史供水量、清水池液位设定值、清水池实际液位和吸水井液位，获取取水泵组调度方案，包括：

根据供水量预测值、清水池液位设定值和清水池实际液位，计算取水量预测值；

根据所述取水量预测值和吸水井液位，获取取水泵组调度方案。

可选的，所述供水泵组调度方案包括每一台供水泵的开闭和运行频率，所述取水泵组调度方案包括每一台取水泵的开闭和运行频率。

本发明提供的一种泵组优化智能控制系统及控制方法，获取自来水厂的水量相关参数、以及清水池、吸水井的液位，并预测供水量和取水量，根据供水量预测值、供水压力设定值以及清水池液位设定值，获取供水泵组调度方案；以及根据供水量预测值、清水池液位设定值和清水池实际液位，计算取水量预测值，根据所述取水量预测值和吸水井液位，获取取水泵组调度方案；然后，分别根据供水泵组调度方案和取水泵组调度方案分别对供水泵组和取水泵组进行调度，实现供水和取水的自动控制，不再需要人工进行取供水泵组调节操作，减轻生产运营人员负担。

附图说明

图1为本发明提供的一种泵组优化智能控制系统的结构示意图；

图2为供水泵组调度方案的获取示意图；

图3为取水泵组调度方案的获取示意图；

图4为清水池液位设定示意图；

图5为本发明提供的一种泵组优化智能控制方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。另外，本发明提供的各个实施例或单个实施例中的技术特征可以相互任意结合，以形成可行的技术方案，这种结合不受步骤先后次序和/或结构组成模式的约束，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时，应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

图1为本发明提供的一种泵组优化智能控制系统的框图，如图1所示，该系统包括工业控制计算机、数据中台、自控系统，所述工业控制计算机通过以太网与所述数据中台连接，所述数据中台与所述自控系统连接，所述数据中台还分别与清水池和吸水井的液位计连接，用于获取清水池的液位和吸水井的液位，所述自控系统分别与供水泵组和取水泵组连接，所述工业控制计算机上部署有供水泵组调度模型和取水泵组调度模型。

其中，所述数据中台，用于获取历史供水量、供水压力设定值、清水池液位设定值、清水池实际液位和吸水井液位，发送给所述工业控制计算机；

所述工业控制计算机中的供水泵组调度模型，用于根据供水量预测值、供水压力设定值和清水池实际液位，获取供水泵组调度方案，并将所述供水泵组调度方案通过所述数据中台下发给所述自控系统；

所述工业控制计算机中的取水泵组调度模型，用于根据供水量预测值、清水池液位设定值、清水池实际液位和吸水井液位，获取取水泵组调度方案，并将所述取水泵组调度方案通过所述数据中台下发给所述自控系统；

所述自控系统，用于根据所述供水泵组调度方案对供水泵组进行调度，以及根据所述取水泵组调度方案对取水泵组进行调度。

可理解的是，本发明提供的泵组优化智能控制系统布置一台工业控制计算机，用于搭载所开发的算法程序。工业控制计算机上部署有供水泵组调度模型和取水泵组调度模型。通过工业以太网将工业控制计算机与水厂的二级控制平台中的数据中台相连接，用于读取模型所需参数和输出模型结果至自控系统，实现工业控制计算机和自控系统之间的数据转达。数据中台除了负责工业控制计算机和自控系统之间的数据传输，还获取自来水厂的清水池和吸水井的液位，以及自来水厂的历史供水量，将获取的数据均发送给工业控制计算机。供水泵组调度模型和取水泵组调度模型分别根据自来水厂的相关水量数据，获取供水泵组调度方案和取水泵组调度方案，分别对供水泵组进行调度和对取水泵组进行调度，能够保证水厂供取水的动态平衡。

其中，参见图2，供水泵组调度模型使用历史供水量数据，并考虑周末、节假日、峰、平、谷等因素训练供水量预测模型。然后根据历史时间段内的供水量数据，基于供水量预测模型对未来的供水量进行预测。

从数据中台读取供水泵智能调度模型相关参数，将供水量预测值、供水压力设定值、清水池实际液位作为参数输入到水泵智能调度模型，模型返回推荐的供水泵组调度方案，主要参数包括，每台供水泵的开闭和运行频率。将供水泵组调度方案经由数据中台传送到自控系统，实现供水泵组优化智能控制。

具体的，以水厂历史和实时供水数据为基础，使用遗传算法不断的推演，推导可行的供水泵组策略方案；结合供水水泵出厂参数，在产生的方案中，通过“满足目标压力”、“单泵扬程最接近”、“泵组频率最接近”的约束来选择最节能的供水泵组频率方案。

参见图3，基于供水实际生产数据结合取水水泵出厂参数训练水泵性能曲线，综合考虑泵组功耗及水泵切换代价，使用遗传算法构建取水泵智能调度模型。

具体的，从数据中台读取取水泵智能调度模型相关参数，根据供水量预测值、清水池液位设定值及清水池实际液位计算取水量预测值。将取水量预测值、吸水井液位作为参数输入到取水泵组调度模型。取水泵组调度模型返回推荐的取水泵组调度方案，核心参数包括，每台取水泵的开闭和运行频率。将取水泵组调度方案经由数据中台传送到自控系统，实现取水泵组优化智能控制。

其中，需要说明的是，参见图4，本发明结合峰谷分段电价，尽可能利用清水池的调蓄作用，合理设定清水池液位，可以保证供水总管压力和清水池液位控制在设定范围之内。

参见图5，为本发明提供的一种泵组优化智能控制方法，包括：

步骤1，获取自来水厂的历史供水量、供水压力设定值、清水池液位设定值、清水池实际液位和吸水井液位。

步骤2，根据历史供水量、供水压力设定值和清水池实际液位，获取供水泵组调度方案，以及根据历史供水量、清水池液位设定值、清水池实际液位和吸水井液位，获取取水泵组调度方案；

步骤3，根据所述供水泵组调度方案对供水泵组进行调度，以及根据所述取水泵组调度方案，对取水泵组进行调度。

其中，根据所述历史供水量、供水压力设定值和清水池实际液位，获取供水泵组调度方案，包括：根据历史供水量，计算当前的供水量预测值；基于当前的供水量预测值、供水压力设定值和清水池实际液位，获取供水泵组调度方案。

以及所述根据历史供水量、清水池液位设定值、清水池实际液位和吸水井液位，获取取水泵组调度方案，包括：根据供水量预测值、清水池液位设定值和清水池实际液位，计算取水量预测值；根据所述取水量预测值和吸水井液位，获取取水泵组调度方案。

其中，所述供水泵组调度方案包括每一台供水泵的开闭和运行频率，所述取水泵组调度方案包括每一台取水泵的开闭和运行频率。

可以理解的是，本发明提供的一种泵组优化智能控制系统与前述各实施例提供的泵组优化智能控制方法相对应，泵组优化智能控制系统的相关技术特征可参考泵组优化智能控制方法的相关技术特征，在此不再赘述。

本发明提供的一种泵组优化智能控制系统及控制方法，包含供水泵组调度模型构建、取水泵组调度模型构建、模型部署、监测设备布设及数据回传、泵组调度方案结果输出执行，所述控制系统能够实现水厂取供水泵组联合优化智能控制。

需要说明的是，在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式计算机或者其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种泵组优化智能控制系统，其特征在于，包括工业控制计算机、数据中台、自控系统，所述工业控制计算机通过以太网与所述数据中台连接，所述数据中台与所述自控系统连接，所述数据中台还分别与清水池和吸水井的液位计连接，所述自控系统分别与供水泵组和取水泵组连接，所述工业控制计算机上部署有供水泵组调度模型和取水泵组调度模型；

所述数据中台，用于实时获取供水量、供水压力设定值、清水池液位设定值、清水池实际液位和吸水井液位，发送给所述工业控制计算机；

所述工业控制计算机中的供水泵组调度模型，用于根据供水量预测值、供水压力设定值和清水池实际液位，获取供水泵组调度方案，并将所述供水泵组调度方案通过所述数据中台下发给所述自控系统；

所述工业控制计算机中的取水泵组调度模型，用于根据供水量预测值、清水池液位设定值、清水池实际液位和吸水井液位，获取取水泵组调度方案，并将所述取水泵组调度方案通过所述数据中台下发给所述自控系统；

所述自控系统，用于根据所述供水泵组调度方案对供水泵组进行调度，以及根据所述取水泵组调度方案对取水泵组进行调度。

2.根据权利要求1所述的泵组优化智能控制系统，其特征在于，所述供水泵组调度模型，还用于根据历史供水量数据，计算供水量预测值。

3.根据权利要求1所述的泵组优化智能控制系统，其特征在于，所述清水池液位设定值为根据用电峰谷分段电价，结合清水池的调蓄功能进行设定。

4.根据权利要求1所述的泵组优化智能控制系统，其特征在于，所述取水泵组调度模型，用于根据供水量预测值、清水池液位设定值、清水池实际液位和吸水井液位，包括：

根据供水量预测值、清水池液位设定值和清水池实际液位，计算取水量预测值；

根据所述取水量预测值和吸水井液位，获取取水泵组调度方案。

5.根据权利要求1所述的泵组优化智能控制系统，其特征在于，所述供水泵组调度方案包括每一台供水泵的开闭和运行频率，所述取水泵组调度方案包括每一台取水泵的开闭和运行频率。

6.一种泵组优化智能控制方法，其特征在于，包括：

获取自来水厂的历史供水量、供水压力设定值、清水池液位设定值、清水池实际液位和吸水井液位；

根据历史供水量、供水压力设定值和清水池实际液位，获取供水泵组调度方案，以及根据历史供水量、清水池液位设定值、清水池实际液位和吸水井液位，获取取水泵组调度方案；

根据所述供水泵组调度方案对供水泵组进行调度，以及根据所述取水泵组调度方案，对取水泵组进行调度。

7.根据权利要求6所述的泵组优化智能控制方法，其特征在于，所述历史供水量、供水压力设定值和清水池实际液位，获取供水泵组调度方案，包括：

根据历史供水量，计算当前的供水量预测值；

基于当前的供水量预测值、供水压力设定值和清水池实际液位，获取供水泵组调度方案。

8.根据权利要求7所述的泵组优化智能控制方法，其特征在于，所述

根据供水量预测值、清水池液位设定值和清水池实际液位，计算取水量预测值；

根据所述取水量预测值和吸水井液位，获取取水泵组调度方案。

9.根据权利要求6所述的泵组优化智能控制方法，其特征在于，所述供水泵组调度方案包括每一台供水泵的开闭和运行频率，所述取水泵组调度方案包括每一台取水泵的开闭和运行频率。