本發(fā)明專利涉及自動控制領(lǐng)域，特別是一種相同泵串聯(lián)給水泵站反饋控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

泵站工程是運用泵機組及過流設(shè)施傳遞和轉(zhuǎn)換能量、實現(xiàn)水體輸送以興利避害的水利工程。隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進步，我國泵站工程得到了很大的發(fā)展。我國泵站建設(shè)的明顯特點是，速度快、類型多、規(guī)模大、范圍廣。泵站是解決洪澇災(zāi)難、干旱缺水、水環(huán)境惡化當今三大水資源問題的有效工程措施之一。它們承擔著區(qū)域性的防洪、除澇、澆灌、調(diào)水和供水的重任，主要用于農(nóng)田灌溉、城市給排水以及跨流域調(diào)水等。泵站與其它水利建筑物不同，它無需修建擋水和引水建筑物，對資源和環(huán)境無影響，受水源、地形、地質(zhì)等條件的影響較小，且具有投資省、成本低工期短、見效快、靈活機動等優(yōu)點。

城市給水泵站是大多數(shù)城市生活用水的來源，但國內(nèi)有一些泵站不管是從控制，還是從管理的角度來看都比較落后和簡單，泵站內(nèi)設(shè)備靠人工操作且需有人職守，比如由人工測報水位和流量、人工開停機等，有的也只是采用了常規(guī)的繼電器控制等簡單方法，這樣既浪費人力資源，同時工作和管理效率不高。另外，泵站設(shè)備之間缺少信息上的有機聯(lián)系，泵站控制和管理沒有形成區(qū)域化網(wǎng)絡(luò)，調(diào)度管理缺乏可靠的自動化手段。

經(jīng)檢索，與本發(fā)明相關(guān)的專利有：泵站電氣自動化監(jiān)測與控制系統(tǒng)(公開號：CN202117902U),涉及一種由監(jiān)測中心、通信平臺、前端設(shè)備、前端控制設(shè)備和前端測量設(shè)備組成的監(jiān)控系統(tǒng)，利用了監(jiān)測系統(tǒng)軟件,報警顯示增加了安全性能，實現(xiàn)了實時監(jiān)測與控制的功能，但是其缺乏自動監(jiān)測調(diào)控泵站在不同工況下工作的功能；液壓泵站自動控制系統(tǒng)(CN101436076)，結(jié)構(gòu)包括可編程控制器PLC、變頻器與壓力傳感器,變頻器和壓力傳感器分別與可編程控制器PLC電連接，通過可編程控制器PLC程序?qū)崿F(xiàn)各種控制，可以自動精確控制液壓泵站液壓油的工作壓力,人機交流方便了設(shè)定工作壓力,操作簡便,控制精確達到3％以內(nèi)，但是其實用性比較局限，缺乏在不同工作條件下的實時監(jiān)控功能。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了實現(xiàn)給水泵站的自動化運行控制，本發(fā)明專利提供一種泵站自動化監(jiān)控系統(tǒng)，其目的在于使泵站建立獨立而且功能完善的自動化控制系統(tǒng)，實現(xiàn)集檢測與控制于一體的功能，提高泵站管理水平和運行效率。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

所述的一種相同泵串聯(lián)的給水泵站反饋控制系統(tǒng)，包括蓄水池Ⅰ、安全控制閥、若干給水工作泵、調(diào)節(jié)閥Ⅰ、調(diào)節(jié)閥Ⅱ和蓄水池Ⅱ；

所述蓄水池Ⅰ和蓄水池Ⅱ之間設(shè)有安全控制閥及并聯(lián)的支路一和支路二，支路一由若干給水工作泵串聯(lián)，且串聯(lián)末端連接有調(diào)節(jié)閥Ⅰ；支路二由若干給水工作泵串聯(lián)，且串聯(lián)末端連接有調(diào)節(jié)閥Ⅱ；

蓄水池Ⅰ的出口處設(shè)有蓄水池液位反饋控制部分，所述蓄水池液位反饋控制部分與調(diào)節(jié)閥Ⅰ、調(diào)節(jié)閥Ⅱ電性連接；所述蓄水池液位反饋控制部分用于檢測蓄水池出口附近液位水壓，經(jīng)內(nèi)設(shè)邏輯程序反饋信號控制調(diào)節(jié)閥Ⅰ、調(diào)節(jié)閥Ⅱ的閥門開度變化；

蓄水池Ⅰ的出口處還設(shè)有安全控制閥開度反饋控制部分，所述安全控制閥開度反饋控制部分與安全控制閥電性連接；所述安全控制閥開度反饋控制部分用于檢測蓄水池出口附近液位水壓，經(jīng)內(nèi)設(shè)邏輯程序反饋信號控制安全控制閥開度變化；

在支路一上的給水工作泵Ⅰ上設(shè)有泵-泵轉(zhuǎn)速控制部分Ⅰ，所述泵-泵轉(zhuǎn)速控制部分Ⅰ與支路一上的其他所有串聯(lián)的給水工作泵均電性連接；所述泵-泵轉(zhuǎn)速控制部分Ⅰ用于檢測支路一上給水工作泵Ⅰ的轉(zhuǎn)速，并將信號反饋至支路一上其他所有串聯(lián)給水工作泵，控制支路一上串聯(lián)工作泵的轉(zhuǎn)速變化；

在支路二上的給水工作泵Ⅲ上設(shè)有泵-泵轉(zhuǎn)速控制部分Ⅱ，所述泵-泵轉(zhuǎn)速控制部分Ⅱ與支路二上的其他所有串聯(lián)的給水工作泵均電性連接；所述泵-泵轉(zhuǎn)速控制部分Ⅱ用于檢測支路二上給水工作泵Ⅲ的轉(zhuǎn)速，并將信號反饋至支路二上其他所有串聯(lián)給水工作泵，控制支路二上串聯(lián)工作泵的轉(zhuǎn)速變化；

在支路一上的調(diào)節(jié)閥Ⅰ上設(shè)有泵-閥轉(zhuǎn)矩反饋控制部分Ⅰ，所述泵-閥轉(zhuǎn)矩反饋控制部分Ⅰ與支路一上給水工作泵Ⅰ電性連接；所述泵-閥轉(zhuǎn)矩反饋控制部分Ⅰ用于檢測調(diào)節(jié)閥Ⅰ出口管道處流量變化，經(jīng)內(nèi)設(shè)邏輯程序反饋信號控制支路一上給水工作泵Ⅰ的電機轉(zhuǎn)矩進行相應(yīng)變化；

在支路二上的調(diào)節(jié)閥Ⅱ上設(shè)有泵-閥轉(zhuǎn)矩反饋控制部分Ⅱ，所述泵-閥轉(zhuǎn)矩反饋控制部分Ⅰ與支路二上給水工作泵Ⅲ電性連接；所述泵-閥轉(zhuǎn)矩反饋控制部分Ⅱ用于檢測調(diào)節(jié)閥Ⅱ出口管道處流量變化，經(jīng)內(nèi)設(shè)邏輯程序反饋信號控制支路二上給水工作泵Ⅲ的電機轉(zhuǎn)矩進行相應(yīng)變化。

所述的一種相同泵串聯(lián)的給水泵站反饋控制系統(tǒng)，其中包含的蓄水池液位反饋控制部分控制泵站出口閥門開度，蓄水池蓄水量隨著上游給流量和泵站排出量之間的關(guān)系改變，所述的蓄水池液位反饋控制部分是根據(jù)蓄水池液位變化時，在蓄水池出水口附近流道處的壓力變化來改變泵站出口控制閥門的開度，當蓄水池液位升高時，出水口流道壓力增大，則控制部分增大泵站出口控制閥門開度，增加排出量；當蓄水池液位降低時，出水口流道壓力減小，則控制部分減小泵站出口控制閥門開度，減少排出量，其邏輯控制器內(nèi)設(shè)控制方程為：

式中，k₁-泵站出口控制閥開度；

p-蓄水池液位壓力，單位千帕。

所述的一種相同泵串聯(lián)的給水泵站反饋控制系統(tǒng)，其中包含的泵-閥轉(zhuǎn)矩反饋控制部分控制泵的電機轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)矩，所述的泵-閥轉(zhuǎn)矩反饋控制部分是通過檢測流過泵站出口控制閥門的流量變化改變泵組中泵電機的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)矩，從而改變泵轉(zhuǎn)速，其邏輯控制器內(nèi)設(shè)控制方程為：

M(q)＝0.01773q⁵-0.24763q⁴+1.1979q³-2.5356q²+2.4666q

式中，M-工作泵電機的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)矩，單位牛乘以米；

q-出口調(diào)節(jié)閥的流量，單位立方米每秒。

所述的一種相同泵串聯(lián)的給水泵站反饋控制系統(tǒng)，其中包含的泵-泵轉(zhuǎn)速控制部分保持串聯(lián)泵組之間的泵轉(zhuǎn)速一致，所述的泵-泵轉(zhuǎn)速控制部分根據(jù)所述的泵-閥轉(zhuǎn)矩反饋控制部分改變的轉(zhuǎn)速，來調(diào)控串聯(lián)路線上的其他所有泵的轉(zhuǎn)速，使串聯(lián)泵組中的所有泵在相同轉(zhuǎn)速條件下運行。

所述的一種相同泵串聯(lián)的給水泵站反饋控制系統(tǒng)，其中包含的安全控制閥開度反饋控制部分可以緩沖蓄水池過大的出水量，所述的安全控制閥開度反饋控制部分是根據(jù)蓄水池液位高度，也即檢測其出水口的液位壓力來控制安全閥開度，當液位高度過高，出水量過大，減小安全閥門開度，減小蓄水池出水口流量，其邏輯控制器內(nèi)設(shè)控制方程為：

k₂(p)＝116.28p⁴-131.94p³+34.972p²-1.9064p+0.316

式中，k₂-安全控制閥開度；

p-蓄水池液位壓力，單位兆帕。

本發(fā)明專利優(yōu)點在于：

(1)提高了供水泵站的管理水平和運行可靠性、經(jīng)濟性、科學(xué)性；

(2)采用以反饋控制為核心的自動控制系統(tǒng)來實行自動化運行，進行統(tǒng)一調(diào)度監(jiān)控管理，不僅能及時、準確、可靠地掌握有關(guān)信息，科學(xué)、及時、準確地調(diào)度泵站設(shè)施，同時可以使泵站在不同工況下的工作都高效率進行，協(xié)調(diào)正常工作。

附圖說明

圖1是一種相同泵串聯(lián)的給水泵站反饋控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是蓄水池液位反饋控制方程示意程序框圖。

圖3是泵-閥轉(zhuǎn)矩反饋控制方程表示圖。

圖4是安全控制閥開度反饋控制方程表示圖。

附圖標記說明：1-蓄水池Ⅰ，2-安全控制閥，3-給水工作泵Ⅰ、4-給水工作泵Ⅱ、5-給水工作泵Ⅲ、6-給水工作泵Ⅳ，7-調(diào)節(jié)閥Ⅰ，8-調(diào)節(jié)閥Ⅱ，9-下一級泵站蓄水池Ⅱ，10-蓄水池液位反饋控制部分，11-安全控制閥開度反饋控制部分，12-泵-泵轉(zhuǎn)速控制部分Ⅰ，13-泵-泵轉(zhuǎn)速控制部分Ⅱ，14-泵-閥轉(zhuǎn)矩反饋控制部分Ⅰ，15-泵-閥轉(zhuǎn)矩反饋控制部分Ⅱ。

具體實施方式

下面根據(jù)附圖具體說明本發(fā)明：

如附圖1所示的一種相同的泵串聯(lián)給水泵站反饋系統(tǒng)中，包含蓄水池Ⅰ1，安全控制閥2，給水工作泵Ⅰ3、給水工作泵Ⅱ4、給水工作泵Ⅲ5、給水工作泵Ⅳ6，出口的調(diào)節(jié)閥Ⅰ7、調(diào)節(jié)閥Ⅱ8，下一級泵站蓄水池Ⅱ9，蓄水池液位反饋控制部分10檢測蓄水池Ⅰ1出口附近液位水壓，反饋信號至出口的調(diào)節(jié)閥Ⅰ7、調(diào)節(jié)閥Ⅱ8，安全控制閥開度反饋控制部分11檢測蓄水池出口附近液位水壓，反饋信號至安全控制閥2，泵-泵轉(zhuǎn)速控制部分Ⅰ12、泵-泵轉(zhuǎn)速控制部分Ⅱ13，分別檢測給水工作泵Ⅰ3和給水工作泵Ⅲ5的轉(zhuǎn)速，分別反饋信號至支路一上包括給水工作泵Ⅱ4在內(nèi)的所有串聯(lián)給水工作泵和支路二上包括給水工作泵Ⅳ6在內(nèi)的所有串聯(lián)給水工作泵，泵-閥轉(zhuǎn)矩反饋控制部分Ⅰ14、泵-閥轉(zhuǎn)矩反饋控制部分Ⅱ15分別檢測出口的調(diào)節(jié)閥Ⅰ7、調(diào)節(jié)閥Ⅱ8的流量，分別反饋信號至串聯(lián)路線上的給水工作泵Ⅰ3和給水工作泵Ⅲ5；

整個反饋系統(tǒng)工作狀態(tài)為：上游給水集中在蓄水池Ⅰ1內(nèi)，當蓄水池液位因上游給水大于泵站排水而持續(xù)升高時，蓄水池液位反饋控制部分10檢測到蓄水池出口附近液位水壓變化時而開始工作，通過控制器增大泵站出口的調(diào)節(jié)閥Ⅰ7、調(diào)節(jié)閥Ⅱ8的開度從而增大流量，由于出口的調(diào)節(jié)閥Ⅰ7、調(diào)節(jié)閥Ⅱ8的開度增大，允許通過的流量增加，泵-閥轉(zhuǎn)矩反饋控制部分Ⅰ14、泵-閥轉(zhuǎn)矩反饋控制部分Ⅱ15開始工作，當檢測到通過出口的調(diào)節(jié)閥Ⅰ7、調(diào)節(jié)閥Ⅱ8的流量變化時，經(jīng)過內(nèi)設(shè)控制器邏輯編程控制方程運算后，分別反饋信號控制給水工作泵Ⅰ3和給水工作泵Ⅲ5的電機轉(zhuǎn)矩，當電機轉(zhuǎn)矩增加時，給水工作泵的轉(zhuǎn)速相應(yīng)提高，從而通過給水工作泵Ⅰ3和給水工作泵Ⅲ5的流量增加，同時，泵-泵轉(zhuǎn)速控制部分Ⅰ12、泵-泵轉(zhuǎn)速控制部分Ⅱ13分別監(jiān)測到給水工作泵Ⅰ3和給水工作泵Ⅲ5的轉(zhuǎn)速變化，分別控制支路一上包括給水工作泵Ⅱ4在內(nèi)的所有串聯(lián)給水工作泵和支路二上包括給水工作泵Ⅳ6在內(nèi)的所有串聯(lián)給水工作泵的轉(zhuǎn)速相應(yīng)改變，使各支路上串聯(lián)工作泵的轉(zhuǎn)速保持一致，整個串聯(lián)泵組平穩(wěn)運行。另外，蓄水池Ⅰ1和整個工作泵組之間設(shè)有安全控制閥2，安全控制閥開度反饋控制部分11檢測蓄水池Ⅰ1內(nèi)出口水位壓力，檢測到過大的出水量時的形成的異常水壓現(xiàn)象時，調(diào)節(jié)安全控制閥2的開度從而控制流量，形成緩沖作用保護泵組不受到強烈水流沖擊。

蓄水池蓄水量隨著上游給流量和泵站排出量之間的關(guān)系改變，在一種相同泵串聯(lián)的給水泵站反饋控制系統(tǒng)中，所述的蓄水池液位反饋控制部分是根據(jù)蓄水池液位變化，在蓄水池出水口處液位壓力變化來改變泵站出口控制閥的開度，當蓄水池液位升高時，出水口處液位壓力增大，則所述的蓄水池液位反饋控制部分增大泵站出口的調(diào)節(jié)閥開度，增加給水量；當蓄水池液位降低時，出水口處液位壓力減小，則所述的蓄水池液位反饋控制部分減小泵站出口的調(diào)節(jié)閥開度，減少給水量。

如附圖2所示為可編程邏輯控制器內(nèi)設(shè)的蓄水池液位反饋控制方程示意程序框圖，其具體控制方程為：

式中，k₁-泵站出口的調(diào)節(jié)閥開度；

p-蓄水池液位壓力，單位千帕。

在一種相同泵串聯(lián)的給水泵站反饋控制系統(tǒng)中，所述的泵-閥轉(zhuǎn)矩反饋控制部分是通過檢測流過泵站出口的調(diào)節(jié)閥的流量變化改變泵組中給水工作泵電機轉(zhuǎn)矩，從而改變泵轉(zhuǎn)速。

如附圖3所示為可編程邏輯控制器內(nèi)設(shè)的泵-閥轉(zhuǎn)矩反饋控制方程表示圖，其具體控制方程為：

M(q)＝0.01773q⁵-0.24763q⁴+1.1979q³-2.5356q²+2.4666q

式中，M-工作泵電機的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)矩，單位牛乘以米；

q-出口的調(diào)節(jié)閥的流量，單位立方米每秒。

在一種相同泵串聯(lián)的給水泵站反饋控制系統(tǒng)中，所述的串聯(lián)的給水工作泵之間的泵-泵轉(zhuǎn)速控制部分是根據(jù)所述的泵-閥轉(zhuǎn)矩反饋控制部分改變后的給水工作泵的轉(zhuǎn)速，反饋信號至串聯(lián)路線上的其他給水工作泵來控制其轉(zhuǎn)速變化，使所有串聯(lián)泵組中的給水工作泵在相同轉(zhuǎn)速條件下運轉(zhuǎn)。

在一種相同泵串聯(lián)的給水泵站反饋控制系統(tǒng)中，所述的安全控制閥開度反饋控制部分是根據(jù)蓄水池液位高度，也即檢測其出水口的液位壓力來控制安全控制閥開度，當液位高度過高，出水量過大，減小安全控制閥開度，減小出水量。

如附圖4所示為可編程邏輯控制器內(nèi)設(shè)的安全控制閥開度反饋控制方程表示圖，其具體控制方程為：

k₂(p)＝116.28p⁴-131.94p³+34.972p²-1.9064p+0.316

式中，k₂-安全控制閥開度；

p-蓄水池液位壓力，單位兆帕。

可以理解的是，圖中所示的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)并不構(gòu)成對系統(tǒng)的限定，可以包括比圖示更多或更少的設(shè)備，或者組合某些設(shè)備，或者不同的設(shè)備部署。

本發(fā)明不限于上述實施例，也包含本發(fā)明構(gòu)思范圍內(nèi)其它實施例和變形例。