專(zhuān)利名稱(chēng)：一種雨水泵站監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種泵站監(jiān)控系統(tǒng)，尤其涉及一種雨水泵站監(jiān)控系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
上世紀(jì)90年代起，水資源和生態(tài)環(huán)境的相關(guān)性研究開(kāi)始受到全世界的關(guān)注，保護(hù)水環(huán)境成為重點(diǎn)的研究?jī)?nèi)容。隨著我國(guó)城市建設(shè)的高速推進(jìn)，城市排水管網(wǎng)日益完善，對(duì)解決我國(guó)城鎮(zhèn)水環(huán)境污染發(fā)揮了巨大的作用。但是，我國(guó)大部分城市排水管網(wǎng)仍然滯后于城市建設(shè)和居民需要，限制了城市河道水質(zhì)的進(jìn)一步改善，有的甚至造成比較嚴(yán)重的水環(huán)境污染 。目前，全國(guó)高截污率地區(qū)和城市，排水管網(wǎng)雨污混接、管網(wǎng)滲漏等問(wèn)題造成的雨污混雜水使得河道水質(zhì)普遍受到影響，水質(zhì)達(dá)不到功能區(qū)標(biāo)準(zhǔn)，影響了城市形象和市民生活，制約了城市可持續(xù)發(fā)展。并且即使在采用了雨污分流排水體制的地區(qū)，雨水管道中還是有一定的旱流污 (廢)水。以上海市中心城區(qū)市政泵站排江量統(tǒng)計(jì)為例，2004年旱流污水排放達(dá)到34. 75 萬(wàn)m3，雨污混合水排放的化學(xué)需氧量(COD)濃度高達(dá)1000mg/L，對(duì)于河道水質(zhì)的影響可以持續(xù)2-3天。因此，在雨水泵站的設(shè)計(jì)建造時(shí)，一般都考慮在集水池內(nèi)設(shè)置截流泵，用于截流集水池中的雨污混雜水；同時(shí)，該泵還可以用于雨水泵站檢修時(shí)抽空集水池。但由于在雨水泵站的實(shí)際運(yùn)行中，一般采用人工控制雨水泵和截流泵的開(kāi)/停， 因此存在一定的滯后性和非線性，對(duì)于集水池中的雨污混雜水不能進(jìn)行有效的控制，不能防止因雨水泵站中雨污混雜水的排放而對(duì)環(huán)境造成的污染；同時(shí)在下雨時(shí)，由于缺乏實(shí)時(shí)控制，也不能充分發(fā)揮雨水泵站的雨水蓄積作用，往往造成了路面積水嚴(yán)重。因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員致力于開(kāi)發(fā)一種能夠?qū)崟r(shí)在線監(jiān)測(cè)控制雨水泵站的自動(dòng)化運(yùn)行系統(tǒng)。

實(shí)用新型內(nèi)容有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是雨水泵站截流泵和雨水泵的監(jiān)測(cè)控制中存在的滯后性和非線性。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供了一種雨水泵站監(jiān)控系統(tǒng)，包括集水池，截流泵，雨水泵，監(jiān)測(cè)儀，管網(wǎng)水力學(xué)模型模塊和氣象預(yù)測(cè)模型模塊。所述截流泵和雨水泵上設(shè)有行程控制裝置，所述監(jiān)測(cè)儀設(shè)于集水池中以及截流泵和雨水泵的管道處，所述管網(wǎng)水力學(xué)模型模塊和氣象預(yù)測(cè)模型模塊相連，所述監(jiān)測(cè)儀通過(guò)所述管網(wǎng)水力學(xué)模型模塊和氣象預(yù)測(cè)模型模塊與設(shè)有行程控制裝置的截流泵和雨水泵相連。進(jìn)一步的，其中所述監(jiān)測(cè)儀包括設(shè)于截流泵和雨水泵管道處的電磁流量計(jì)、設(shè)于集水池中的超聲波液位計(jì)。優(yōu)選的，其中所述監(jiān)測(cè)儀還包括雨量計(jì)。進(jìn)一步的，其中還包括一觸摸式工控機(jī)，所述管網(wǎng)水力學(xué)模型模塊和氣象預(yù)測(cè)模型模塊設(shè)于所述觸摸式工控機(jī)中。進(jìn)一步的，其中還包括一可編程邏輯控制器，所述觸摸式工控機(jī)通過(guò)所述可編程邏輯控制器與所述監(jiān)測(cè)儀、截流泵和雨水泵相連。進(jìn)一 步的，其中還包括水質(zhì)檢測(cè)儀，所述水質(zhì)檢測(cè)儀置于所述集水池中。優(yōu)選的， 其中所述水質(zhì)檢測(cè)儀包括懸浮物檢測(cè)儀和化學(xué)需氧量檢測(cè)儀。在本實(shí)用新型的較佳實(shí)施方式中，本實(shí)用新型的雨水泵站監(jiān)控系統(tǒng)包括集水池、 截流泵、雨水泵、電磁流量計(jì)、超聲波液位計(jì)、雨量計(jì)、水質(zhì)檢測(cè)儀、觸摸式工控機(jī)和可編程邏輯控制器。本實(shí)用新型通過(guò)監(jiān)測(cè)儀和氣象預(yù)測(cè)及水力學(xué)模型模塊實(shí)時(shí)在線監(jiān)控截流泵和雨水泵的運(yùn)行，對(duì)于集水池中的雨污混雜水及雨水進(jìn)行了有效的排放控制，既有效的控制了排放雨污混雜水對(duì)環(huán)境的污染，又充分發(fā)揮雨水泵站的雨水蓄積作用，防止造成路面積水的形成。本實(shí)用新型改變了以往水泵控制單純參考水位的簡(jiǎn)單運(yùn)行模式，在控制方法中引入降雨效果預(yù)測(cè)技術(shù)，通過(guò)水力學(xué)模型模塊跟蹤模擬預(yù)報(bào)降雨歷時(shí)內(nèi)集水池及雨水管道運(yùn)行工況，指導(dǎo)雨水泵站在雨前預(yù)抽空和一般降雨等運(yùn)行工況下控制參數(shù)的調(diào)整，開(kāi)展控制模式間的動(dòng)態(tài)選擇與切換，優(yōu)化泵站晴天時(shí)截流水量和雨天時(shí)排江水量的對(duì)比，在現(xiàn)有設(shè)施排水能力可承受的前提下，增加晴天時(shí)截流水量，基本實(shí)現(xiàn)氣象上小雨(10mm/24h)條件下雨水泵站雨污混雜水不排江或少排江，實(shí)現(xiàn)雨水管道晴天時(shí)多截流、雨天時(shí)少排放的控制目的，控制效果兼顧了雨水泵站周邊河道的水體質(zhì)量和服務(wù)區(qū)域的城市防汛安全。以下將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進(jìn)一步說(shuō)明，以充分地了解本實(shí)用新型的目的、特征和效果。

圖1是本實(shí)用新型的一個(gè)較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實(shí)用新型的一個(gè)較佳實(shí)施例的監(jiān)控系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例的雨水泵站中包括集水池1、設(shè)有行程控制裝置的截流泵2和雨水泵3。監(jiān)控系統(tǒng)中的監(jiān)測(cè)儀包括設(shè)于集水池1中的超聲波液位計(jì)4、 設(shè)于截流泵2管道處的電磁流量計(jì)5、設(shè)于雨水泵管道處的電磁流量計(jì)6和雨量計(jì)7。監(jiān)測(cè)儀與可編程邏輯控制器(以下簡(jiǎn)稱(chēng)PLC) 8相連。監(jiān)控系統(tǒng)中還包括水力學(xué)模型模塊10和氣象預(yù)測(cè)模型模塊11，水力學(xué)模型模塊10和氣象預(yù)測(cè)模型模塊11設(shè)于觸摸式工控機(jī)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)IPC) 9中，觸摸式工控機(jī)(IPC) 9通過(guò)可編程邏輯控制器(PLC) 8與監(jiān)測(cè)儀，以及設(shè)有行程控制裝置的截流泵2和雨水泵3連接。如圖1、2所示，本實(shí)用新型的監(jiān)控系統(tǒng)的控制流程如下監(jiān)測(cè)儀將采集的集水池水位、雨水泵和截流泵工作狀態(tài)、降雨量等參數(shù)傳輸至PLC(S) ；PLC(S)將收集的數(shù)據(jù)傳輸至IPC(9)；氣象預(yù)測(cè)模型模塊11將預(yù)測(cè)的降雨強(qiáng)度和降雨預(yù)測(cè)值等參數(shù)傳輸至IPC(9)； IPC(9)綜合監(jiān)測(cè)儀和氣象預(yù)測(cè)模型模塊11傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并傳輸至管網(wǎng)水力學(xué)模型模塊10 ； 管網(wǎng)水力學(xué)模型模塊10根據(jù)IPC(9)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)模擬計(jì)算出集水池及雨水管道的水力狀態(tài)，并傳輸至IPC(9) ；IPC(9)根據(jù)管網(wǎng)水力學(xué)模型模塊計(jì)算的水力狀態(tài)制定控制策略和控制目標(biāo)，并傳輸至PLC (8) ；PLC (8)將IPC (9)傳輸?shù)目刂撇呗院涂刂颇繕?biāo)傳輸至設(shè)有行程控制裝置的截流泵2和雨水泵3，實(shí)現(xiàn)截流泵和雨水泵的開(kāi)?？刂?。本實(shí)用新型根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的集水池的水位及降雨數(shù)據(jù)，制定控制策略和目標(biāo)，控制截流泵和雨水泵的開(kāi)停，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)雨水泵站的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)控制。在本實(shí)用新型較佳實(shí)施例的雨水泵站監(jiān)控系統(tǒng)中還包括懸浮物檢測(cè)儀和化學(xué)需氧量檢測(cè)儀，用于檢測(cè)集水池中的水質(zhì)，為監(jiān)控污水排放提供依據(jù)。本實(shí)用新型中的監(jiān)測(cè)儀及氣象預(yù)測(cè)模型模塊實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)所形成的水位過(guò)程線、流量過(guò)程線和降雨過(guò)程線等“三線”指標(biāo)為監(jiān)控系統(tǒng)制定控制策略和目標(biāo)提供了決策支持。
在本實(shí)用新型中的管網(wǎng)水力學(xué)模型模塊以圣-維南方程為理論計(jì)算依據(jù)，模塊接收IPC實(shí)時(shí)收集的雨水泵站集水池水位、雨水泵和截流泵工作狀態(tài)、降雨強(qiáng)度和降雨預(yù)測(cè)值等參數(shù)，以15min-30min為時(shí)間間隔自動(dòng)進(jìn)行未來(lái)72小時(shí)內(nèi)集水池及雨水管道運(yùn)行模擬和狀態(tài)預(yù)報(bào)。監(jiān)控系統(tǒng)中IPC制定的控制策略和目標(biāo)設(shè)定了多種工作模式。在具體工作模式中，一般的控制程序?yàn)樗W(xué)模型模塊通過(guò)監(jiān)測(cè)儀和氣象預(yù)測(cè)模型模塊采集的數(shù)據(jù)模擬集水池及雨水管道水力狀態(tài)，預(yù)測(cè)集水池水位，進(jìn)而判斷出路面積水狀況，并由此根據(jù)雨水管道和路面積水狀況得出集水池水位的限值，提出開(kāi)停截流泵或/和雨水泵的集水池水位值；各工作模式依據(jù)水力學(xué)模型模塊提出的水位值控制截流泵或/和雨水泵的開(kāi)停。各工作模式具體可包括晴天運(yùn)行控制模式、管道沖洗控制模式、雨前預(yù)抽空控制模式、一般降雨運(yùn)行控制模式、暴雨控制模式和維修控制模式1，晴天運(yùn)行模式，在通常而言主要控制截流泵運(yùn)行，以期維持集水池及雨水管網(wǎng)內(nèi)一定的運(yùn)行水位，充分利用雨水管網(wǎng)的晴天調(diào)蓄能力。在本實(shí)用新型的實(shí)施例中，根據(jù)排水運(yùn)行的工藝要求，雨水泵站設(shè)置2臺(tái)截流泵，晴天時(shí)1臺(tái)截流泵作為常開(kāi)泵，另一臺(tái)作為備選泵。因此本實(shí)用新型主要對(duì)備選截流泵的開(kāi)停進(jìn)行控制。本實(shí)用新型實(shí)施例的集水池的水位總高為7. 6米，在未應(yīng)用本實(shí)用新型之前的晴天時(shí)水位通常維持在2. 3-2. 6米，在本實(shí)用新型的實(shí)施例中，因?yàn)楸緦?shí)用新型具有對(duì)雨水管網(wǎng)水量的預(yù)測(cè)功能，從而可以適當(dāng)?shù)慕档颓缣鞎r(shí)水位，較好的滿(mǎn)足了防汛預(yù)抽空的要求。本模式的控制依據(jù)是根據(jù)水力學(xué)模型模塊對(duì)集水池及雨水管網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)模擬計(jì)算的結(jié)果，調(diào)整備選截流泵運(yùn)行時(shí)間，維持雨水泵站集水池水位在0. 5米-1. 5米區(qū)間內(nèi)，從而削減了晴天時(shí)集水池及雨水管網(wǎng)約40%的蓄水量，既滿(mǎn)足了防汛預(yù)抽空的要求，又充分利用雨水泵站的蓄水量，降低對(duì)下游排水設(shè)施的沖擊負(fù)荷；2，管道沖洗模式，是晴天時(shí)為了沖洗管道沉積物而定期(如每周一次)運(yùn)行的模式，管道沖洗模式根據(jù)沖洗的流速模擬計(jì)算出設(shè)定開(kāi)停截流泵的集水池水位值、泵臺(tái)數(shù)、以及設(shè)置雨水泵試車(chē)(回籠水)開(kāi)/停水位值；3，雨前預(yù)抽空模式，在接到氣象預(yù)測(cè)模型模塊的降雨預(yù)警后，若水力學(xué)模型模塊模擬判斷根據(jù)當(dāng)前運(yùn)行水位該場(chǎng)降雨將形成明顯的大范圍路面積水，則水力學(xué)模型模塊將提示需在降雨事件發(fā)生前預(yù)抽空雨水管道。在本實(shí)用新型的實(shí)施例中，當(dāng)降雨事件發(fā)生，且降雨量達(dá)到10mm/24h至15mm/24h 時(shí)，則可啟動(dòng)雨水泵進(jìn)行預(yù)抽空；并且當(dāng)雨水泵的運(yùn)行能力不能再預(yù)定時(shí)間內(nèi)抽空雨水管道時(shí)，可啟動(dòng)其他大流量水泵進(jìn)行抽水。[0030]4，一般降雨運(yùn)行控制模式，主要應(yīng)對(duì)小雨情況下，以期在日降雨量小于10_15mm 情況下充分利用截流泵的排水能力，減少雨水泵對(duì)旱流污水的排江概率和放江量；在本實(shí)施例中，當(dāng)氣象預(yù)測(cè)模型模塊預(yù)報(bào)降雨等級(jí)在中雨以下降雨，并且水力學(xué)模型模塊在模擬計(jì)算中未發(fā)現(xiàn)明顯大范圍路面積水事件發(fā)生時(shí)運(yùn)行此模式。在該模式下監(jiān)測(cè)儀采集截流泵的運(yùn)行狀況，氣象預(yù)測(cè)模型模塊預(yù)測(cè)降雨量，水力學(xué)模型模塊跟蹤模擬20min-30min后集水池及雨水管網(wǎng)的運(yùn)行狀況，判斷路面積水情況。 除非模擬結(jié)果出現(xiàn)明顯的路面積水事件，一般應(yīng)避免雨水泵運(yùn)行。而一旦模擬結(jié)果出現(xiàn)明顯的路面積水，需要運(yùn)行雨水泵排水，則該模式轉(zhuǎn)為暴雨控制模式。5，暴雨控制模式，主要應(yīng)對(duì)降雨量超過(guò)20mm/24h以上的降雨，以保障城市防汛能力為主要目標(biāo)，主要控制雨水泵的開(kāi)停；對(duì)于分流制雨水泵站，到達(dá)預(yù)定開(kāi)啟水位后停止截流泵，開(kāi)啟雨水泵；對(duì)于合流制泵站，到達(dá)雨水開(kāi)啟水位后續(xù)開(kāi)截流泵，開(kāi)啟雨水泵。6，維修模式，適用于雨水泵站監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)故障或者泵機(jī)等排水設(shè)備出現(xiàn)較大事故時(shí)，需要進(jìn)行機(jī)側(cè)控制調(diào)試時(shí)運(yùn)行此模式；在該模式下需要關(guān)閉泵前閥門(mén)，設(shè)置水位預(yù)警。本實(shí)用新型的不同模式間的切換主要根據(jù)水力學(xué)模型模擬實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)的結(jié)果，通過(guò)選擇不同的運(yùn)行模式兼顧了環(huán)境保護(hù)和防汛安全的要求。本實(shí)用新型改變了以往水泵控制單純參考水位的簡(jiǎn)單運(yùn)行模式，在控制方法中引入降雨效果預(yù)測(cè)技術(shù)，通過(guò)水力學(xué)模型模塊跟蹤模擬預(yù)報(bào)降雨歷時(shí)內(nèi)集水池及雨水管道運(yùn)行工況，指導(dǎo)雨水泵站在雨前預(yù)抽空和一般降雨等運(yùn)行工況下控制參數(shù)的調(diào)整，開(kāi)展控制模式間的動(dòng)態(tài)選擇與切換，優(yōu)化泵站晴天時(shí)截流水量和雨天時(shí)排江水量的對(duì)比，在現(xiàn)有設(shè)施排水能力可承受的前提下，增加晴天時(shí)截流水量，基本實(shí)現(xiàn)氣象上小雨(10mm/24h)條件下雨水泵站雨污混雜水不排江或少排江，實(shí)現(xiàn)雨水管道晴天時(shí)多截流、雨天時(shí)少排放的控制目的，控制效果兼顧了雨水泵站周邊河道的水體質(zhì)量和服務(wù)區(qū)域的城市防汛安全。 以上詳細(xì)描述了本實(shí)用新型的較佳具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)無(wú)需創(chuàng)造性勞動(dòng)就可以根據(jù)本實(shí)用新型的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本實(shí)用新型的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過(guò)邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書(shū)所確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種雨水泵站監(jiān)控系統(tǒng)，包括集水池，截流泵，雨水泵，其特征在于，還包括監(jiān)測(cè)儀， 管網(wǎng)水力學(xué)模型模塊和氣象預(yù)測(cè)模型模塊，所述截流泵和雨水泵上設(shè)有行程控制裝置，所述監(jiān)測(cè)儀設(shè)于集水池中以及截流泵和雨水泵的管道處，所述管網(wǎng)水力學(xué)模型模塊和氣象預(yù)測(cè)模型模塊相連，所述監(jiān)測(cè)儀通過(guò)所述管網(wǎng)水力學(xué)模型模塊和氣象預(yù)測(cè)模型模塊與設(shè)有行程控制裝置的截流泵和雨水泵相連。
2.如權(quán)利要求1所述的雨水泵站監(jiān)控系統(tǒng)，其中所述監(jiān)測(cè)儀包括設(shè)于截流泵和雨水泵管道處的電磁流量計(jì)、以及設(shè)于集水池中的超聲波液位計(jì)。
3.如權(quán)利要求2所述的雨水泵站監(jiān)控系統(tǒng)，其中所述監(jiān)測(cè)儀還包括雨量計(jì)。
4.如權(quán)利要求1所述的雨水泵站監(jiān)控系統(tǒng)，其中還包括一觸摸式工控機(jī)，所述管網(wǎng)水力學(xué)模型模塊和氣象預(yù)測(cè)模型模塊設(shè)于所述觸摸式工控機(jī)中。
5.如權(quán)利要求4所述的雨水泵站監(jiān)控系統(tǒng)，其中還包括一可編程邏輯控制器，所述觸摸式工控機(jī)通過(guò)所述可編程邏輯控制器與所述監(jiān)測(cè)儀、截流泵和雨水泵相連。
6.如權(quán)利要求1所述的雨水泵站監(jiān)控系統(tǒng)，其中還包括水質(zhì)檢測(cè)儀，所述水質(zhì)檢測(cè)儀置于所述集水池中。
7.如權(quán)利要求6所述的雨水泵站監(jiān)控系統(tǒng)，其中所述水質(zhì)檢測(cè)儀包括懸浮物檢測(cè)儀和化學(xué)需氧量檢測(cè)儀。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種雨水泵站監(jiān)控系統(tǒng)，包括集水池，截流泵，雨水泵，監(jiān)測(cè)儀，管網(wǎng)水力學(xué)模型模塊和氣象預(yù)測(cè)模型模塊。所述截流泵和雨水泵上設(shè)有行程控制裝置，所述監(jiān)測(cè)儀設(shè)于集水池中及截流泵和雨水泵管道處，所述管網(wǎng)水力學(xué)模型模塊和氣象預(yù)測(cè)模型模塊相連，所述監(jiān)測(cè)儀通過(guò)所述管網(wǎng)水力學(xué)模型模塊和氣象預(yù)測(cè)模型模塊與設(shè)有行程控制裝置的截流泵和雨水泵相連。本實(shí)用新型通過(guò)監(jiān)測(cè)儀和氣象預(yù)測(cè)及水力學(xué)模型模塊實(shí)時(shí)在線監(jiān)控截流泵和雨水泵的運(yùn)行，對(duì)于集水池中的雨污混雜水及雨水進(jìn)行了有效的排放控制，既有效的控制了排放雨污混雜水對(duì)環(huán)境的污染，又充分發(fā)揮雨水泵站的雨水蓄積作用，防止造成路面積水的形成。
文檔編號(hào)F04B49/00GK202065160SQ20112000232
公開(kāi)日2011年12月7日 申請(qǐng)日期2011年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月6日
發(fā)明者何義明, 張善發(fā), 李紅, 白海龍, 胡龍, 蔣雋睿 申請(qǐng)人:上海市城市建設(shè)設(shè)計(jì)研究院, 上海電氣自動(dòng)化設(shè)計(jì)研究所有限公司