CZ305887B6 - Systém nivelizace denních výkyvů v provozu tlakové kanalizace - Google Patents

Abstract

Navrhované řešení odstraňuje nevýhodu současného způsobu řízení tlakové kanalizace, která tkví v přenášení nerovnoměrností v produkci odpadního média dále do kanalizační infrastruktury a čističky. Principem nového řešení je rozložení čerpání do celých 24 hodin, čímž se nivelizují pravidelné denní výkyvy. K modulu (3) řízení dvoupolohové regulace je přidán modul (4) řízení pomocí časového rozvrhu. Čerpání je spuštěno přes první RS klopný obvod (27) v předepsaný časový okamžik, který je daný prvním blokem (22) generátoru časů spouštění čerpání dané jímky a čerpání trvá po definovanou dobu t.sub.pump.n., která je uložena v první paměti (33), případně je zastaveno dříve, pokud dojde ke snížení hladiny média pod úroveň hodnoty C_LL, což je indikováno druhým komparátorem (30) typu větší než s konstantou C_LL. Systém je rozšiřitelný o modul (5) bezodkladného čerpání, který je velmi podobný jako modul (4) řízení pomocí časového rozvrhu a uskutečňuje čerpání v mimořádném časovém okamžiku, při dosažení varovné hladiny. Dále je systém rozšiřitelný o modul (6) optimalizace délky čerpání dle individuální produkce.

Description

Předkládané řešení se týká systémů tlakové kanalizace, jejíž provoz je řízen na základě momentálního naplnění jímek, které jsou do systému zařazeny.

io Dosavadní stav techniky

V současnosti je tlaková kanalizace řízena obvykle metodou dvoupolohové regulace hladiny odpadního média v každé domovní jímce. Jímka je pro tento účel vybavena senzory výšky hladiny, obvykle plovákovými, které zapínají a vypínají čerpadlo.

Horní snímač zajišťuje spuštění čerpání v situaci, kdy je jímka naplněna. Dolní snímač vypíná čerpadlo při dosažení minimální hladiny média v jímce a chrání jej tak proti poškození chodem naprázdno.

Podstatná nevýhoda tohoto způsobu řízení tkví v omezení se pouze na regulaci hladiny odpadního média v lokální, tedy v domovní, jímce a zanedbání dalších smysluplných požadavků na řízení soustavy jako celku, tedy všech jednotek, potrubí i samotné čističky odpadní vody. Dvoupolohová regulace přenáší nerovnoměrnosti v produkci odpadního média dále do soustavy, tedy především pravidelný denní výkyv s typickou ranní špičkou mezi 7 a 9 h a silnější večerní špičkou 25 mezi 19 a 23 h na straně jedné, a nočním útlumem na straně druhé. Současný systém nikterak nevyužívá instalované akumulační kapacity jímek k řízení celé kanalizační soustavy. Přenášené nerovnoměrnosti se negativně projeví na dimenzované kapacitě čistírny odpadních vod a kanalizační infrastruktury, která musí být dimenzována na větší, špičkové, průtoky, než by tomu bylo v případě rovnoměrnějšího provozu.

Podstata vynálezu

Navrhované řešení odstraňuje výše uvedenou nevýhodu současného způsobu řízení, která tkví v 35 přenášení nerovnoměrností v produkci odpadního média dále do kanalizační infrastruktury a čističky.

Systém nivelizace denních výkyvů v provozu tlakové kanalizace navazuje na současné řešení, kdy je řízená soustava tvořená jímkou se snímačem nebo snímači výšky hladiny a čerpadlem s 40 jeho výkonovým obvodem napojená na modul řízení dvoupolohové regulace. Podstatou nového řešení je, že výstup modulu řízení dvoupolohové regulace je propojen s jedním vstupem disjunktoru, jehož výstup je spojen s výkonovým obvodem čerpadla a na jehož druhý vstup je připojen výstup modulu řízení čerpání podle časového rozvrhu, na jehož vstup je veden výstup snímače hladiny řízené soustavy. Tento vstup je dále propojen jednak se vstupem komparátoru typu větší 45 než s konstantou C M1N, jehož výstup je propojen s prvním vstupem prvního konjunktoru. Výstup prvního konjunktoru je propojen s prvním vstupem prvního RS klopného obvodu, jehož výstup je výstupem modulu řízení čerpání podle časového rozvrhu. Vstup modulu řízení čerpání je dále propojen se vstupem prvního komparátoru typu větší než s konstantou C_LL. Výstup prvního komparátoru typu větší než s konstantou C_LL je propojen s prvním vstupem prvního 50 hradla typu NAND. Výstup prvního hradla typu NAND je propojen s druhým vstupem prvního

RS klopného obvodu. Dále modul řízení čerpání podle časového rozvrhu obsahuje první blok generátoru časů spouštění čerpání dané jímky, jehož výstup je propojen s jedním vstupem prvního komparátoru typu rovná se, indikující začátek čerpání. Na druhý vstup prvního komparátoru je připojen první výstup generátoru reálného času. Výstup prvního komparátoru je spojen jednak s 55 druhým vstupem prvního konjunktoru a jednak se vstupem Start prvního časovače, na jehož

- 1 CZ 305887 B6 vstup doba pulzu je připojen výstup z první paměti s uloženou hodnotou t_piimp. Výstup prvního časovače je propojen s druhým vstupem prvního hradla typu NAND.

První blok generátoru časů spouštění čerpání dané jímky může být realizován paměťovou tabul5 kou spouštěcích časů nebo generátorem pulzů.

V jednom výhodném provedení systém dále obsahuje modul řízení bezodkladného čerpání, jehož výstup je propojen se třetím vstupem disjunktoru a jehož třetí vstup je propojen jednak se vstupem komparátoru typu větší než s konstantou C MAX. Výstup tohoto komparátoru je propojen s io prvním vstupem druhého konjunktoru, který má výstup propojen s prvním vstupem druhého RS klopného obvodu. Výstup druhého RS klopného obvodu je výstupem modulu řízení bezodkladného čerpání. Třetí vstup 41 je rovněž propojen s jedním vstupem druhého komparátoru typu větší než s konstantou C_LL, jehož výstup je propojen s prvním vstupem druhého hradla typu NAND. Výstup druhého hradla typu NAND je propojen s druhým vstupem druhého RS klopného 15 obvodu. Modul řízení bezodkladného čerpání dále obsahuje druhý blok generátoru časů spouštění čerpání, jehož výstup je propojen s jedním vstupem druhého komparátoru typu rovná se, indikující začátek čerpání. Na druhý vstup tohoto druhého komparátoru je připojen druhý výstup generátoru reálného času a výstup druhého komparátoru je spojen jednak s druhým vstupem druhého konjunktoru ajednak se vstupem Start druhého časovače. Na vstup doba pulzu druhého časovače 20 je připojen výstup druhé paměti s uloženou hodnotou t_pupm__urgenl. Výstup druhého časovače je propojen s druhým vstupem druhého hradla typu NAND. I zde platí, že druhý blok generátoru časů spouštění čerpání dané jímky může být realizován paměťovou tabulkou spouštěcích časů nebo generátorem pulzů.

V dalším možném provedení může být základní systém doplněn modulem optimalizace délky čerpání podle individuální produkce. Jeho pátý vstup je pak připojen k výstupu snímače hladiny řízené soustavy a je zároveň připojen na vstup komparátoru typu větší než s konstantou C_plus a na vstup komparátoru typu menší než s konstantou Cminus. Výstup komparátoru typu menší než s konstantou C minus je přes detektor sestupné hrany propojen s prvním vstupem bloku jed30 norázového snížení hodnoty modifikačního času doby čerpání t_pupm__mOdif o hodnotu PT additional, na jehož druhý vstup (tpump-modiftk)) je připojen výstup z třetí paměti s uloženou hodnotou t _pUmp-modif(kb ^{a na} jehož třetí vstup PT additional je připojen výstup ze čtvrté paměti proměnné PT additional. Výstup z komparátoru typu větší než s konstantou C_plus je přes detektor náběžné hrany propojen s prvním vstupem bloku jednorázového zvýšení hodnoty modifi35 kačního času doby čerpání t_pump__modif(k) o hodnotu PT additional, na jehož druhý vstup (t_pump_ modíf(k))) je připojen výstup z třetí paměti s uloženou hodnotou t_pump__modi_ftk), a na jehož třetí vstup (PT' additional) je připojen výstup z čtvrté paměti s hodnotou proměnné PT additional. Výstup z bloku jednorázového snížení hodnoty modifikačního času doby čerpání t_puinp _ _modif o hodnotu PT additional a výstup z bloku jednorázového zvýšení hodnoty modifikačního času doby čerpání 40 t_pump__modi_ftk) o hodnotu PT additional jsou vedeny do třetí paměti s uloženou hodnotou t_pump__modin_k)Výstup z bloku této třetí paměti s hodnotou proměnné t_purnp__mod,f(_k) je veden též na třetí výstup z modulu optimalizace délky čerpání podle individuální produkce. Současně je modul řízení časového rozvrhu doplněn druhým vstupem s proměnnou t_pump__modlf_(k) a prvním blokem číselného součtu. Vstup prvního bloku číselného součtu je propojen s druhým vstupem s proměnnou t_pump_ 45 modif(k) ^a S první pamětí a jeho výstup je propojen se vstupem doba pulzu prvního časovače. Třetí výstup z moduluje propojen se vstupem s proměnnou tpump-modif(k)·

Další možností vylepšení systému je, že obsahuje modul řízení bezodkladného čerpání a modul optimalizace délky čerpání podle individuální produkce, jehož vstup je připojen k výstupu sní50 mače hladiny řízení soustavy a je zároveň připojen na vstup pátého komparátoru typu větší než s konstantou C_plus a na vstup komparátoru typu menší než s konstantou C_minus. Výstup komparátoru typu menší než s konstantou C minus je přes detektor sestupné hrany, alternativně možno použít i náběžnou hranu, propojen s prvním vstupem bloku jednorázového snížení hodnoty modifikačního času doby čerpání t_pump__mOdif(k) o hodnotu PT additional, na jehož druhý vstup 55 (t_pump-modif(k)) je připojen výstup z třetí paměti s uloženou hodnotou t_pump__modif(k), a na jehož třetí

-2CZ 305887 B6 vstup PTadditional je připojen výstup z čtvrté paměti proměnné PTadditional. Výstup z pátého komparátoru typu větší než s konstantou C_plus je přes detektor náběžné hrany propojen s prvním vstupem bloku jednorázového zvýšení hodnoty modifikačního času doby čerpání o hodnotu PT additional, na jehož druhý vstup (tp_Ump-_mOdif(k)) je připojen výstup z třetí paměti s uloženou hodnotou t_pump__modlf_(k), a na jehož třetí vstup (PT additional) je připojen výstup z čtvrté paměti proměnné PT additional. Výstup z bloku jednorázového snížení hodnoty modifikačního času doby čerpání t_pum[Mnodlf(_k) o hodnotu PT additional a výstup z bloku jednorázového zvýšení hodnoty modifikačního času doby čerpání tp_ump-_modif(k) o hodnotu PT additional jsou vedeny do třetí paměti proměnné t_pi„_n(>m,^,f₍k). Výstup z bloku této třetí paměti s uloženou hodnotou t_piimp modif(k) je veden též na třetí výstup z modulu optimalizace délky čerpání podle individuální produkce. Současně je modul řízení časového rozvrhu doplněn druhým vstupem s proměnnou t_pump_ modiflk) a prvním blokem číselného součtu. Vstup prvního bloku číselného součtuje propojen druhým vstupem se vstupem In 2 s proměnnou t_pump__modll<k) a s první pamětí a jeho výstup je propojen se vstupem doba pulzu prvního časovače. Třetí výstup z moduluje propojen druhým vstupem s proměnnou t_pun,p__modlf_(k). Obdobně je modul řízení bezodkladného čerpání doplněn čtvrtým vstupem s proměnnou t_pump__modift|₍) a druhým blokem číselného součtu. Vstup druhého bloku číselného součtuje propojen čtvrtým vstupem s proměnnou t_pump__niod]f_(k) a s druhou pamětí a jeho výstup je propojen se vstupem doba pulzu druhého časovače. Třetí výstup z moduluje propojen se čtvrtým vstupem s proměnnou tp_ump__modif_(l<).

Výhodou uvedeného systému je zadržení části vyprodukované odpadní vody v lokální jímce a její uvolnění v definovaný čas. Tím se čerpání média do kanalizační soustavy rozloží relativně rovnoměrně do celých 24 h. Každá domovní stanice má navíc nastavené časy čerpání jinak, aby se omezily souběhy čerpání. Pomocí matematického simulačního modelu bylo ověřeno, že navržený systém nivelizace výkyvů v systému tlakové kanalizace umožňuje snížit nerovnoměrnosti v ní se vyskytující. Nejvýrazněji to ukazuje směrodatná odchylka dvouhodinových součtů všech čerpání, kde je vidět pokles o 55 až 80 % (dle konfigurace řídicího systému). Snížení nerovnoměrností umožňuje snížit technické požadavky na provozní zařízení. Přesto je nutné zdůraznit, že se jedná pouze o ukazatele - reálné snížení technických požadavků, a následně i těch ekonomických, je možné zhodnotit až po vytvoření jejich matematického modelu, například modelu čističky. Technická úspornost navrženého řešení se jeví jako klíčová v případě rozšiřování již existujícího systému, který však nemá dostatečnou kapacitu.

Objasnění výkresů

Systém nivelizace denních výkyvů v provozu tlakové kanalizace podle předkládaného řešení bude dále popsán pomocí přiložených výkresů. Na Obr. 1 je uvedeno schéma celého řídicího systému. Obr. 2 je schématem modulu řízení dle časového rozvrhu, kde jsou uvedeny i bloky, pro připojení modulu optimalizace délky čerpání dle individuální produkce, jehož schéma je na Obr. 4. Na Obr. 3 je pak schéma modulu řízení bezodkladného čerpání, a i zde jsou zahrnuty bloky, které je nutné doplnit při zařazení modulu optimalizace délky čerpání dle individuální produkce.

Příklady uskutečnění vynálezu

Na Obr. 1 je uvedeno schéma celého systému za předpokladu, že jsou zařazeny všechny moduly tvořící řídicí systém 7 připojený na stávající řízenou soustavu 1 tvořenou jímkou se snímačem výšky hladiny a čerpadlem s jeho výkonovým obvodem. Na soustavu 1 je napojen přes první vstup disjunktoru 2 výstup stávajícího modulu 3 řízení dvoupolohové regulace, jehož vstupem je výška hladiny v jímce, což je údaj čidla výšky hladiny. Výstup disjunktoru 2 je spojen s výkonovým obvodem čerpadla. Na druhý vstup disjunktoru 2 je připojen výstup modulu 4 řízení dle časového rozvrhu, jehož vstupem je opět výška hladiny v jímce. Na třetí vstup disjunktoru 2 může být připojen výstup modulu 5 řízení bezodkladného čerpání, jehož vstupem je rovněž výška hladiny v jímce, což je naznačeno čárkovaně. Rovněž tak čárkovaně je naznačena možnost připo

-3 CZ 305887 B6 jení modulu 6 optimalizace délky čerpání dle individuální produkce, který může být připojen buď jen na modul 4 řízení dle časového rozvrhu, nebo i na modul 5 řízení bezodkladného čerpání, což je naznačeno tečkované. I zde je vstupem výška hladiny v jímce.

Navrhovaný systém řízení se skládá z několika dílčích modulů, přičemž tyto moduly zajišťují nivelizaci denních výkyvů. Klíčovým principem pro zajištění zrovnoměmění je využití kapacity instalovaných domovních jímek odpadní vody a následně řízení jejich vyprazdňování rovnoměrně v průběhu 24 hodin. Prvním a fundamentálním mechanismem řízení je přidělování časových intervalů pro čerpání, tedy vyprazdňování jímek, které je do značné míry nezávislé na naplněnosti jímky, a které je naopak striktně určené absolutním časem. Tím dojde k zadržení části obsahu jímky v době špičky a jejímu dalšímu vyprázdnění mimo špičku v jiném časovém intervalu.

Řízená soustava se skládá z jímky, čidla a čerpadla. Vstupem do řídicího systému je výška hladiny v jímce, což je údaj čidla výšky hladiny. Pro modul 3 řízení dvoupolohové regulace je možné a užitečné zachovat i plovákové snímače. Výstupem řídicího systému je akční zásah v podobě řídicího signálu pro výkonný obvod čerpadla. Řídicí systém se skládá z původního modulu 3 řízení dvoupolohové regulace a ze tří nových modulů, a to z modulu 4 řízení čerpání dle časového rozvrhu, z modulu 5 řízení bezodkladného čerpání a z modulu 6 optimalizace délky čerpání dle individuální produkce, přičemž modul 3 řízení dvoupolohové regulace je řešení známé a používané a v navrženém systému plní bezpečnostní úlohu. Modul 4 řízení čerpání dle časového rozvrhu je pro právní ochranu klíčový, neboť je zde použit nový princip řízení kanalizace. Funkčním principem nového řešení je podmínění čerpání spouštěcím časem, který je pro každou domovní stanici, respektive jímku, jiný. Tím dojde k nivelizaci, tedy ke zrovnoměmění zátěže kanalizační sítě jako celku. Modul 5 řízení bezodkladného čerpání a modul 6 optimalizace délky čerpání podle individuální produkce jsou volitelným vylepšením modulu 4 čerpání dle časového rozvrhu. Modul 5 řízení bezodkladného čerpání zavádí navíc čerpání v situaci, kdy výška odpadního média v jímce přesáhne varovnou, nikoliv kritickou úroveň (na tu reaguje až modul 3 řízení dvoupolohové regulace), a modul 6 optimalizace délky čerpání podle individuální produkce modifikuje délku každého čerpání na základě samoučení. Stanicím s větší produkcí se čerpací čas prodlužuje o hodnotu t_pump. a stanicím s nižší produkcí se čerpací čas stejným způsobem snižuje. Z hlediska teorie řízení se jedná o řízení s vysokou mírou distribuovanosti. Hodnota tp_Ump-modif(k) je doba, o kterou je základní doba čerpání t_pump pro stanici (k) modifikována modulem 6 optimalizace délky čerpání podle individuální produkce.

Modul 4 řízení čerpání podle časového rozvrhuje zapojen tak, že na jeho vstup 21 je veden výstup snímače hladiny řízené soustavy 1 a tento vstup je dále propojen se vstupem prvního komparátoru 25 typu větší než s konstantou C_MfN, což je minimální výška hladiny odpadního média v jímce, při které je povoleno začít čerpat v základním časovém slotu. Tento čas reflektuje požadavek na minimální dobu chodu čerpadla při jednom spuštění, aby se předcházelo zbytečnému snižování jeho životnosti častými rozběhy. Výstup tohoto komparátoru 25 je propojen s prvním vstupem prvního konjunktoru 26, který má výstup propojen s prvním vstupem s, tedy setujícím vstupem, prvního RS klopného obvodu 27. Výstup prvního RS klopného obvodu 27 je prvním výstupem 28 modulu 4 řízení čerpání podle časového rozvrhu. Vstup 21 je dále propojen se vstupem druhého komparátoru 30 typu větší než s konstantou C_LL, což je hodnota minimální výšky hladiny odpadního media v jímce, při jejímž podkročení dochází k ukončení čerpání, čímž se chrání čerpadlo před chodem naprázdno. Tato hodnota je blízká vypínací úrovni dvoupolohové regulace. Při nižší hladině je čerpání zakázáno (zajišťuje hysteresi). Výstup tohoto druhého komparátoru 30 je propojen s jedním vstupem prvního hradla 29 typu NAND. Jeho výstup je propojen s druhým vstupem r, tedy resetujícím vstupem prvního RS klopného obvodu 27. Dále tento modul 4 řízení čerpání podle časového rozvrhu obsahuje první blok 22 generátoru časů spouštění čerpání dané jímky. Ten je realizován buď tabulkou spouštěcích časů, nebo generátorem pulzů, který zajišťuje generování spouštěcích signálů v daný čas. Výstup tohoto prvního bloku 22 generátoru je propojen s jedním vstupem xl prvního komparátoru 24 typu rovná se, indikující začátek čerpání, na jehož druhý vstup x2 je připojen první výstup 23 generátoru reálného času a jehož výstup je spojen jednak s druhým vstupem prvního konjunktoru 26 a jednak se vstupem Start

-4 CZ 305887 B6 prvního časovače 31. Na jeho vstup doba pulzu je připojen výstup z první paměti 33 s uloženou hodnotou t_DumD, což je základní doba čerpání v časovém slotu. Výstup prvního časovače 31 je propojen s druhým vstupem prvního hradla 29 typu_NAND.

Modul 4 řízení čerpání podle časového rozvrhu rozděluje čerpání do definovaných časových okamžiků v průběhu celých 24 hodin a tím zabraňuje zvýšenému čerpání v době zvýšené produkce v době ranní a večerní špičky.

Každé domovní stanici je přiřazeno několik časových okamžiků, ve kterých je možno zahájit čerpání. Řízení má dvě hlavní proměnné:

1) spouštěcí časy, tedy iniciální okamžiky časových intervalů stanice (k) - t_sla(1 (i), kde i je index časového okamžiku pro danou stanici. Čas t_slart (i) je absolutní čas, ve kterém je možné u stanice (k) spustit čerpání. Iniciální okamžiky časových intervalů vyplývají z centrálního rozvrhu čerpání. Ten je pevně daný. Předpokládá se možnost dálkového přenosu těchto údajů do řídicích jednotek za účelem rekonfigurace systému, pokud si to situace vyžádá, není to však bezpodmínečně nutné.

2) délka čerpání t_DuinD

Globální délka čerpání je pevně daná a výpočetně vyplývá z bilance průměrné produkce odpadního média, eventuálně povýšené o bezpečnostní koeficient na straně jedné a z čerpaného objemu v čase t_piunp x počet slotů za den.

Centrální rozvrh čerpání je tabulka, v které jsou jednotlivým domovním stanicím přiřazeny časové intervaly pro čerpání. Tvoří se tak, aby bylo celých 24 hodin pokryto rovnoměrně a aby se stanice pravidelně střídaly. Je zde též možnost přidělit stanicím s očekávanou větší produkcí větší množství slotů.

Modul 4 řízení čerpání podle časového rozvrhu funguje tak, že hodnota výšky hladiny v jímce z prvního vstupu 21 je porovnána prvním komparátorem 25 typu větší než s hodnotou CMIN a pokud je výška hladiny v jímce větší než tato hodnota a současně je hodnota výstupu obvodu generátoru reálného času řídicího systému totožná, což je identifikováno prvním komparátorem 24 typu rovná se s některým ze spouštěcích časů pro danou stanici vygenerovaných prvním blokem 22 generátoru časů spouštění čerpání dané jímky, tedy nastal čas dané jímce přidělený pro čerpání, potom je prvním RS klopným obvodem 27 nastaven první výstup 28 z modulu 4 na hodnotu log 1, což je řídicí signál pro spuštění čerpání. Čerpání je zastaveno buď po uplynutí doby čerpání t_pump, což je realizováno prvním časovačem 31 typu generátor pulzu, který je spouštěn výstupem z prvního komparátoru 24 typu rovná se, tedy údajem pro spuštění čerpání, anebo je čerpání zastaveno splněním podmínky snížení hladiny odpadního média v jímce pod minimální mez C_LL, což je realizováno druhým komparátorem 30 typu větší než, který porovná hodnotu výšky hladiny s konstantou C_LL. Výstup z tohoto druhého komparátoru 30 typu větší než i výstup z prvního časovače 31 je přes první logické hradlo 29 typu NAND veden na resetující r vstup prvního RS klopného obvodu 27. Pokud časovač předává hodnotu 1 a současně i je hladina větší než minimální, tedy než C_LL, potom je výstup prvního hradla 29 typu NAND na resetovací vstup prvního RS klopného obvodu 27 roven logické nule a klopný obvod nastaví logickou hodnotu 1. Při jakékoli jiné kombinaci je hodnota výstupu prvního hradla 29 typu NAND rovna logické jedničce, která spíná reset na prvním RS klopném obvodu 27 a nastavuje tím jeho výstup na logickou nulu a čerpadlo vypíná.

Modul 5 řízení bezodkladného čerpání je zapojen tak, že na jeho třetí vstup 41 je veden výstup snímače hladiny řízené soustavy 1 a tento vstup je dále propojen jednak se vstupem třetího komparátoru 45 typu větší než s konstantou C MAX, což je minimální výška hladiny odpadního media v jímce, při které je povoleno začít čerpat v urgentním časovém slotu, což je hodnota, která shora omezuje pracovní rozsah režimu řízení pomocí časových slotů. Platí, že C MAX > C MIN > C_LL. Výstup tohoto komparátoru 45 typu větší než je propojen s prvním vstupem druhého konjunktoru 46, který má výstup propojen s prvním vstupem s, tedy šéfujícím vstupem, druhého RS klopného obvodu 47. Výstup druhého RS klopného obvodu 47 je druhým výstupem 48 modu

- 5 CZ 305887 B6 lu 5 řízení bezodkladného čerpání. Vstup 41 je dále propojen se vstupem čtvrtého komparátoru 50 typu větší než s konstantou C_LL, což je hodnota minimální výšky hladiny pro čerpání - při nižší hladině je čerpání zakázáno, a kde výstup tohoto čtvrtého komparátoru 50 je propojen s jedním vstupem druhého hradla 49 typu NAND. Jeho výstup je propojen s druhým vstupem r, tedy resetujícím vstupem druhého RS klopného obvodu 47. Dále tento modul 5 řízení bezodkladného čerpání obsahuje druhý blok 42 generátoru časů spouštění čerpání. Ten je realizován buď tabulkou spouštěcích časů, nebo generátorem pulzů, který zajišťuje generování spouštěcích signálů vdaný čas. Výstup tohoto druhého bloku 42 generátoru je propojen s jedním vstupem xl druhého komparátoru 44 typu rovná se, indikující začátek čerpání, na jehož druhý vstup x2 je připojen druhý výstup 43 generátoru reálného času a jehož výstup je spojen jednak s druhým vstupem druhého konjunktoru 46 a jednak se vstupem Start druhého časovače 5f. Na jeho vstup doba pulzu je připojen výstup z druhé paměti 53 s uloženou hodnotou tp_um^_urgenl, což je základní doba čerpání v urgentním časovém slotu, přičemž výstup druhého časovače 51 je propojen s druhým vstupem prvního hradla 49 typu NAND.

Modul 5 řízení bezodkladného čerpání je velmi podobný modulu 4 řízení čerpání podle časového rozvrhu a liší se především tím, že realizuje čerpání v situaci, kdy hladina odpadního média v jímce překročí varovnou hladinu definovanou parametrem C MAX. V takové situaci realizuje čerpání v nejbližším volném časovém intervalu, který však je pro všechny stanice stejný. Prakticky se osvědčilo zařazovat tento interval pro bezodkladné čerpání např. jako každý desátý. Tento modul zajišťuje, aby se systém nedostal do stavu, kdy je řízen dvoupolohovou regulací, tedy původním způsobem řízení, a tedy vyčerpá celou jímku najednou a navíc v čase, který není možné předem ovlivnit.

Modul 5 řízení bezodkladného čerpání funguje tak, že hodnota výšky hladiny v jímce z druhého vstupu 41 je porovnána třetím komparátorem 45 typu větší než s konstantou C MAX a pokud je výška hladiny v jímce větší než tato hodnota a současně je hodnota obvodu reálného času řídicího systému totožná, což je identifikováno druhým komparátorem 44, s některým ze spouštěcích časů pro bezodkladné čerpání vygenerovaných druhým blokem 42 generátoru časů spouštění čerpání. Potom je druhým RS klopným obvodem 47 nastaven druhý výstup 48 z bloku na hodnotu 1, což je řídicí signál pro spuštění čerpání. Čerpání je zastaveno buď po uplynutí doby čerpání t_pump_ urgent? což je realizováno druhým časovačem 51 typu generátor pulzu, který je spouštěn výstupem z druhého komparátoru 44, tedy údajem pro spuštění čerpání, anebo je čerpání zastaveno splněním podmínky snížení hladiny odpadního média v jímce pod minimální mez C_LL, což je realizováno čtvrtým komparátorem 50 typu větší než, který porovná hodnotu výšky hladiny s konstantou C_LL. Výstup z tohoto čtvrtého komparátoru 50 i výstup z druhého časovače 51 je přes druhé logické hradlo 49 typu NAND veden na resetující r vstup druhého RS klopného obvodu 47. Tedy pokud časovač předává hodnotu 1 a současně i je hladina větší než minimální, tedy než C_LL, potom je výstup druhého hradla 49 typu NAND na resetovací vstup r druhého RS klopného obvodu 47 roven logické nule a klopný obvod nastaví logickou hodnotu 1. Při jakékoli jiné kombinaci je hodnota výstupu druhého hradla 49 typu NAND rovna logické jedničce, která spíná reset na druhém RS klopném obvodu 47 a nastavuje tím jeho výstup na logickou nulu a čerpadlo vypíná.

Modul 6 optimalizace délky čerpání podle individuální produkce odpadního média má na pátý vstup 61 připojen výstup snímače hladiny řízené soustavy 1 a zároveň je tento vstup připojen na vstup pátého komparátoru 65 typu větší než s konstantou C_plus a na vstup komparátoru 62 typu menší než s konstantou Cminus. Hodnota C_plus udává výšku hladiny odpadního media v jímce, při jejímž překročení dochází k jednorázovému zvýšení čerpacího času o hodnotu PT additional, a měla by být zespod blízká hodnotě C MAX. Hodnota C minus je výška hladiny odpadního media v jímce, při jejímž podkročení dochází k jednorázovému snížení čerpacího času o hodnotu PT additional. a měla by se pohybovat mezi hodnotami C MIN a C_LL. Hodnota PT additional je hodnota, o kterou se zkracuje, nebo prodlužuje, čerpací čas při jeho adaptaci na reálnou produkci odpadního média danou stanicí. Její hodnota určuje rychlost učení systému. Experimentálně byly úspěšně vyzkoušeny hodnoty od 10 do 20 s. Výstup z tohoto komparátoru

-6CZ 305887 B6 typu menší je přes detektor 63 sestupné hrany propojen s prvním vstupem der bloku 64 jednorázového snížení hodnoty modifikačního času doby čerpání t_pump__modiitk) o hodnotu PT additional. Na jeho druhý vstup tpumo-modinki je připojen výstup z třetí paměti 68 s uloženou hodnotou t_pump_ modíRk) a na jeho třetí vstup PT additional je připojen výstup z čtvrté paměti 69 s hodnotou proměnné PT additional. Dále výstup z pátého komparátoru 65 typu větší než s konstantou C_plus je přes detektor 66 náběžné hrany propojen s prvním vstupem inr bloku 67 jednorázového zvýšení hodnoty modifikačního času doby čerpání t_piimp__modiflk) o hodnotu PT additional. Na druhý vstup tpump-modiflio bloku 67 jednorázového zvýšení hodnoty modifikačního času doby čerpání je připojen výstup z třetí paměti 68 s uloženou hodnotou t_{punip mndl}f(k) a na jeho třetí vstup (PTadditional) je připojen výstup z čtvrté paměti 69 s hodnotou proměnné PT additional. Přitom výstup z bloku 64 jednorázového snížení hodnoty modifikačního času doby čerpání t_pump_ modifik) o hodnotu PT additional a výstup z bloku 67 jednorázového zvýšení hodnoty modifikačního času doby čerpání t_pum^_modlim o hodnotu PT additional jsou vedeny do třetí paměti 68 s uloženou hodnotou t_pump__modjf(_k), a výstup z bloku této třetí paměti 68 proměnné t_putnp__mod,_f(k)- je veden též na třetí výstup 70 z modulu 6 optimalizace délky čerpání podle individuální produkce.

Navíc modul 4 řízení časového rozvrhuje doplněn druhým vstupem 32 s proměnnou t_pump__mcKj,f_(k) a prvním blokem číselného součtu 34, jehož vstup je propojen se vstupem druhým vstupem 32 s proměnnou t_pump-modi«k) a s první pamětí 33 a jehož výstup je propojen se vstupem doba pulzu prvního časovače 31, přičemž třetí výstup 70 z modulu 6 je propojen se druhým vstupem 32 s proměnnou

Pokud je v systému použit i volitelný modul 5 řízení bezodkladného čerpání, potom je obdobně modul 5 řízení bezodkladného čerpání doplněn čtvrtým vstupem 52 s proměnnou t_{pump modlf(k)} a druhým blokem 54 číselného součtu, jehož vstup je propojen se čtvrtým vstupem 52 s proměnnou tpump-modiflk) a s druhou pamětí 53 a jehož výstup je propojen se vstupem doba pulzu druhého časovače 51, přičemž třetí výstup 70 z modulu 6 optimalizace délky čerpání podle individuální produkce je propojen se čtvrtým vstupem 52 s proměnnou t_pum[^_mMÍIf(_k). Doba pulzu určuje délku pulzu, kteiý vygeneruje druhý časovač 51 po aktivaci vstupem, označeným jako Start.

Modul 6 optimalizace délky čerpání je modul režimu učení, který na základě zkušeností s předchozím čerpáním dané stanice (k) upravuje dobu čerpání v časovém intervalu pomocí proměnné se symbolickým jménem tn„m,>-modifm uložené v třetí paměti 68 následovně. Při dosažení hodnoty C_plus, což je indikováno pátým komparátorem 65 typu větší než s konstantou C_plus, dojde k prodloužení čerpacího času, tedy ke zvýšení hodnoty paměťové proměnné t_pump__modif_(k), o hodnotu PT additional, což je realizováno blokem 67 jednorázového zvýšení hodnoty modifikačního času doby čerpání t_pump__modlf(_k) o hodnotu PT_additional, který je spuštěn náběžnou hranou signálu z komparátoru 65 typu větší než s konstantou C_plus. Naopak při snížení hladiny pod úroveň hodnoty Cminus, indikováno komparátorem 62 typu menší než s konstantou Cminus, dojde ke zkrácení čerpacího času, tedy ke snížení hodnoty paměťové proměnné t_pump__mo(]]f_(k), o tutéž hodnotu PT additional, realizováno blokem 64 jednorázového snížení hodnoty modifikačního času doby čerpání t_pun)^_modlf_(k) o hodnotu PT additional, který je spuštěn sestupnou hranou, alternativně možno použít i zde náběžnou hranu, signálu z komparátoru 62 typu menší než s konstantou C minus. Čas, o který se čerpání zkracuje a prodlužuje, determinuje rychlost učení. Simulačně se osvědčilo pracovat s 10 až 20 sekundami.

Navíc je potřeba blok 4 řízení čerpání podle časového rozvrhu, a pokud je použit i modul 5 řízení bezodkladného čerpání, rozšířit o bloky realizující součet základní doby čerpání t_pump s individuálním modifikačním časem t_pump__modjf_(k), který je generován blokem 6 optimalizace délky čerpání podle individuální produkce. V modulu 4 řízení čerpání podle časového rozvrhu je tedy hodnota tpump-modif(k) z druhého vstupu 32 sečtena s hodnotou t_pump načtenou z první paměti 33, a až poté je vedena do prvního časovače 31 na jeho vstup s názvem doba pulzu.

-7 CZ 305887 B6

Analogicky i v modulu 5 řízení bezodkladného čerpání hodnota t_pump__modil(k) z čtvrtého vstupu 52 je sečtena s hodnotou t_piimp_urgent načtenou z druhé paměti 53, a až poté vedena do druhého časovače 51 na jeho vstup s názvem doba pulzu.

Průmyslová využitelnost

Popisovaný systém je využitelný k řízení systému tlakové kanalizace. Obzvláště v situacích, kdy již existující kanalizační systém nemá dostatečnou kapacitu a tuto je proto potřeba rozšířit.

Claims (8)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Systém nivelizace denních výkyvů v provozu tlakové kanalizace, kde řízená soustava (1) tvořená jímkou se snímačem výšky hladiny a čerpadlem s jeho výkonovým obvodem je napojená na modul (3) řízení dvoupolohové regulace, vyznačující se tím, že výstup modulu (3) 20 řízení dvoupolohové regulace je propojen s jedním vstupem disjunktoru (2), jehož výstup je spojen s výkonovým obvodem čerpadla a na jehož druhý vstup je připojen výstup modulu (4) řízení čerpání podle časového rozvrhu, na jehož první vstup (21) je veden výstup snímače hladiny řízené soustavy (1) a kde je dále tento první vstup (21) propojen jednak se vstupem prvního komparátoru (25) typu větší než s konstantou C_MIN, jehož výstup je propojen s prvním vstupem prv25 ního konjunktoru (26), který má výstup propojen s prvním vstupem (s) prvního RS klopného obvodu (27), jehož výstup je prvním výstupem (28) modulu (4) řízení čerpání podle časového rozvrhu a jednak je první vstup (21) propojen se vstupem druhého komparátoru (30) typu větší než s konstantou C_LL, a kde výstup druhého komparátoru (30) typu větší než s konstantou C_LL je propojen s prvním vstupem prvního hradla (29) typu NAND, jehož výstup je propojen s 30 druhým vstupem (r) prvního RS klopného obvodu (27), a dále modul (4) řízení čerpání podle časového rozvrhu obsahuje první blok (22) generátoru časů spouštění čerpání dané jímky, jehož výstup je propojen s jedním vstupem (xl) prvního komparátoru (24) typu rovná se, indikující začátek čerpání, na jehož druhý vstup (x2) je připojen první výstup (23) generátoru reálného času a jehož výstup je spojen jednak s druhým vstupem prvního konjunktoru (26) a jednak se vstupem 35 Start prvního časovače (31), na jehož vstup doba pulzuje připojen výstup z první paměti (33) s uloženou hodnotou t_pump, přičemž výstup prvního časovače (31) je propojen s druhým vstupem prvního hradla (29) typu NAND.
2. 2. Systém podle nároku 1, vyznačující se tím, že první blok (22) generátoru časů 40 spouštění čerpání dané jímky je realizován paměťovou tabulkou spouštěcích časů.
3. 3. Systém podle nároku 1, vyznačující se tím, že první blok (22) generátoru časů spouštění čerpání dané jímky je realizován generátorem pulzů.

   45
4. 4. Systém podle nároku 1 a kteréhokoli z nároků 2 nebo 3, vyznačující se tím, že dále obsahuje modul (5) řízení bezodkladného čerpání, jehož druhý výstup (48) je propojen se třetím vstupem disjunktoru (2) ajehož vstup (41) je propojen jednak se vstupem třetího komparátoru (45) typu větší než s konstantou C_MAX, jehož výstup je propojen s prvním vstupem druhého konjunktoru (46), který má výstup propojen s prvním vstupem (s) druhého RS klopného ob50 vodu (47), jehož výstup je výstupem (48) modulu (5) řízení bezodkladného čerpání a jednak je vstup In3 (41) propojen s jedním vstupem čtvrtého komparátoru (50) typu větší než s konstantou C_LL, jehož výstup je propojen s prvním vstupem druhého hradla (49) typu NAND, které má výstup propojen s druhým vstupem (r) druhého RS klopného obvodu (47), a dále modul (5) řízení bezodkladného čerpání obsahuje druhý blok (42) generátoru časů spouštění čerpání, jehož výstup 55 je propojen s jedním vstupem (xl) druhého komparátoru (44) typu rovná se, indikující začátek

   Q čerpání, na jehož druhý vstup (x2)je připojen druhý výstup (43) generátoru reálného času ajehož výstup je spojen jednak s druhým vstupem druhého konjunktoru (46) a jednak se vstupem Start druhého časovače (51), na jehož vstup doba pulzuje připojen výstup druhé paměti (53) s uloženou hodnotou t_{pump ur}g_ent, přičemž výstup druhého časovače (51) je propojen s druhým vstupem druhého hradla (49) typu NAND.
5. 5. Systém podle nároku 4, vyznačující se tím, že druhý blok (42) generátoru časů spouštění čerpání dané jímky je realizován paměťovou tabulkou spouštěcích časů.
6. 6. Systém podle nároku 4, vyznačující se tím, že druhý blok (42) generátoru časů spouštění čerpání dané jímky je realizován generátorem pulzů.
7. 7. Systém podle nároku 1 a kteréhokoli z nároků 2 nebo 3, vyznačující se tím, že je doplněn modulem (6) optimalizace délky čerpání podle individuální produkce, jehož pátý vstup (61) je připojen k výstupu snímače hladiny řízené soustavy (1) a je zároveň připojen na vstup pátého komparátoru (65) typu větší než s konstantou C_plus a na vstup komparátoru (62) typu menší než s konstantou Cminus, jehož výstup je přes detektor (63) sestupné hrany, a alternativně i náběžné hrany, propojen s prvním vstupem (der) bloku (64) jednorázového snížení hodnoty modifikačního času doby čerpání t_{pump modlf(k)} o hodnotu PT additional, na jehož druhý vstup (tpump-modirno) je připojen výstup z třetí paměti (68) s uloženou hodnotou t_pumpmodlt(k) a na jehož třetí vstup PT_additional je připojen výstup z čtvrté paměti (69) proměnné PTadditional, přičemž výstup z pátého komparátoru (65) typu větší než s konstantou C_plus je přes detektor (66) náběžné hrany propojen s prvním vstupem (inr) bloku (67) jednorázového zvýšení hodnoty modifikačního času doby čerpání t_pump o hodnotu PT additional, na jehož druhý vstup (t_pump modink)) je připojen výstup z třetí paměti (68) s uloženou hodnotou t_pump__modlf_(k) a na jehož třetí vstup (PT additional) je připojen výstup z čtvrté paměti (69) proměnné PT additional, přičemž výstup z bloku (64) jednorázového snížení hodnoty modifikačního času doby čerpání t_pump__modlf_(k) o hodnotu PT additional a výstup z bloku (67) jednorázového zvýšení hodnoty modifikačního času doby čerpání t_{pump modif(k)} o hodnotu PT' additional jsou vedeny do třetí paměti (68) s uloženou hodnotou t_pump-_m0dif(io, a výstup z bloku této třetí paměti (68) proměnné t_pump__modif(_k) je veden též na třetí výstup (70) z modulu (6) optimalizace délky čerpání podle individuální produkce, a současně je modul (4) řízení časového rozvrhu doplněn druhým vstupem (32) s proměnnou tp_Uinp_ modíf(k) a prvním blokem číselného součtu (34), jehož vstup je propojen s druhým vstupem (32) s proměnnou tpump-modiftk) a s první pamětí (33) a jehož výstup je propojen se vstupem doba pulzu prvního časovače (31), přičemž třetí výstup (70) z modulu (6) je propojen s druhým vstupem (32) s proměnnou
8. 8. Systém podle nároku 4 a kteréhokoli z nároků 5 nebo 6, v y z n a č u j í c í se t í m , že je doplněn modulem (6) optimalizace délky čerpání podle individuální produkce, jehož pátý vstup (61) je připojen k výstupu snímače hladiny řízení soustavy (1) a je zároveň připojen na vstup pátého komparátoru (65) typu větší než s konstantou C_plus a na vstup komparátoru (62) typu menší než s konstantou C minus, jehož výstup je přes detektor (63) sestupné hrany, alternativně i náběžné hrany, propojen s prvním vstupem (der) bloku (64) jednorázového snížení hodnoty modifikačního času doby čerpání t_pump__modif(k) o hodnotu PT additional, na jehož druhý vstup (t_pump_ modif(k)) je připojen výstup z třetí paměti (68) s uloženou hodnotou t_pump__modmk) a na jehož třetí vstup PT additional je připojen výstup ze čtvrté paměti (69) proměnné PT additional, přičemž výstup z pátého komparátoru (65) typu větší nežs konstantou C_plus je přes detektor (66) náběžné hrany propojen s prvním vstupem (inr) bloku (67) jednorázového zvýšení hodnoty modifikačního času doby čerpání t_pump._modlf(k) o hodnotu PT additional, na jehož druhý vstup (t_pump-_modif(k)) je připojen výstup z třetí paměti (68) s uloženou hodnotou t_pump__modif(k) a na jehož třetí vstup (PT additional) je připojen výstup z čtvrté paměti (69) proměnné PT additional, přičemž výstup z bloku (64) jednorázového snížení hodnoty modifikačního času doby čerpání t_pun)p__modif_(k) o hodnotu PT additional a výstup z bloku (67) jednorázového zvýšení hodnoty modifikačního času doby čerpání t_pump__mOdif(k) o hodnotu PT additional jsou vedeny do třetí paměti (68) proměnné tpump-modif(k)? a výstup z bloku této třetí paměti (68) s uloženou hodnotou t_pum^_mod,f_(k) je veden též na třetí výstup (70) z modulu (6) optimalizace délky čerpání podle individuální produkce, a současně je modul (4) řízení časového rozvrhu doplněn druhým vstupem (32) s proměnnou tp_limp__tllOdínk) a prvním blokem číselného součtu (34), jehož vstup je propojen s druhým vstupem (32) s proměnnou tpump-modifdi) a s první pamětí (33) a jehož výstup je propojen se vstupem doba pulzu prvního 5 časovače (31), přičemž třetí výstup (70) z modulu (6) je propojen s druhým vstupem (32) s proměnnou tp_Ump-_modif(k) a obdobně je modul (5) řízení bezodkladného čerpání doplněn čtvrtým vstupem (52) s proměnnou tp„_mp ._modlf_(k) a druhým blokem číselného součtu (54), jehož vstup je propojen se čtvrtým vstupem (52) s proměnnou t_piimp-_modif(k) a s druhou pamětí (53) a jehož výstup je propojen se vstupem doba pulzu druhého časovače (51), přičemž třetí výstup (70) z modulu (6) je io propojen se čtvrtým vstupem (52) s proměnnou tp_Limp__tnod,_f(k).