排水泵站计算机优化控制策略的应用.pdf

2 01 2 正 第 2期 管 技 术 Pi p e l i n e T e c hn i q u e 5 设 备 a n d Equ i p me n t 2 01 2 No 2 排水泵站计算机优化控制策略的应用 刘建丽 ( 兰州交通大学自动化与电气工程学院， 甘肃兰州7 3 0 0 7 0 ) 摘要 ： 国内许 多城市的合流制排水泵站存在着由于季节和 气候 变化所引起的污水量及 变化速率的 不 同， 采用手动控制和一般的 自动控制常常造成水泵机组的频繁启动与停 止。采用水泵机组微机控制 优化方案可以解决合 流制排水泵站频繁启停泵的问题 。文中给出了系统的硬件结构及程序框 图。 关键词 ： 排水泵站 ； 微机控制 ； 优化策略 中图分类号 ： T U 9 9 2 文献标识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 4 9 6 1 4 ( 2 0 1 2 ) 0 2 0 0 2 7 0 2 Ap pl i c a t i o n o f Op t i mi z e d Co m p ut e r Co n t r o l i n Dr a i n a g e Pumpi ng S t a t i o n L I U J i a n 1 i ( S c h o o l o f I n f o r ma t i o n a n d E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g ， L a n z h o u J i a o t o n g U n i v e r s i t y ， L a n z h o u 7 3 0 0 7 0 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： I n ma n y o f c i t i e s i n C h i n a， t h e r e a r e c o mb i n e d d r a i n a g e p u mp i n g s t a t i o n s d u e t o s e a s o n a l a n d c l i ma t e c h a n g e s t h a t c a u s e t h e d i f f e r e n c e o f t h e v o l u me o f wa s t e w a t e r i n t h e r a t e o f c h a n g e， w i t h ma n u a l c o n t r o l a n d a u t o ma t i c c o n t r o l i n g e n e r a l t o b e c a u s e d o ft e n b y e q u e n t w a t e r p u mp s t a r t a n d s t o p T h i s p a p e r e x p l a i n s t h e o p t i mi z e d c o m p u t e r c o n t r o l p r o j e c t a d o p t e d c a n h e l p t o s o l v e t h e p r o b l e m o f e q u e n t s t a r t u p a n d s t a n d s t i l l o f t h e wa t e r p u mp i n a c o n fl u e n c e d r a i n a g e s y s t e m， a n d g i v e s t h e h a r d wa r e s t r u c t u r e a n d t h e d i a g r a m p r o g r a mmi n g f r a me Ke y wo r d s ： d r a i n a g e p u m p i n g s y s t e m； c o mp u t e r c o n t r o l s y s t e m； p r i v i l e g e p r o j e c t 0 引 言 在 国内许多城市 中， 合流制排水体制 以及相应 的 排水泵站仍然大量存 在。对合流制排水泵站来说 ， 由 于雨季和旱季、 雨天和晴天、 夏天和冬天 、 白天和夜 间 等雨水和污水量及变化速率都不相同 ， 如果采用手动 控制和一般的 自动控制 ， 势必造成水泵机组 的频繁启 动与停止， 并往往偏离水泵的高效区运行。这不仅增 加操作 人员的工作 强度 ， 大大增加 了耗 电量 ， 而且也 增大 了对机组等设备 的损耗 ， 其运行的可靠性也难 以 保证 。因此 ， 应对 国内各城市 中原有 的排水泵站 的控 制系统进行改造 ， 实现微机控制。 合流制排水泵站的控制方式落后， 水泵机组启动 频繁 ， 运行效率低。经过对其控制 系统 的改造 ， 实现 了微机控 制与管理 ， 具有优化 自动控制 ， 自动记录机 组 的运行状 态， 累计排水量与耗 电量 ， 定时打印运行 报表等功能。 1 水泵机组的控制策略 目前 ， 国内排 水泵站水泵机 组 的控 制 ， 多数都 根 据集水池水 位控 制水 泵投 运 的台数 ， 水位 高时多 开 泵 ， 水位低 时少开泵。由于进 水量 的变化很 大 ， 不 能 收稿 日期 ： 2 0 1 1 0 6 0 2 收修改稿 日期 ： 2 0 1 1 1 02 7 有效地控制进水量在警戒线 以内， 有 时导致上游低洼 地区跑 冒污水。仅根据水池水 位来控制水泵是不科 学的， 因为水位只反 映集水池 中存贮的水量多少 ， 水 位高低不能表示进水量 的大小 。假如水池水位起始 时很高 ， 但进水量很少 ， 多开泵必然很快将池水抽干 ， 造成水泵 的频繁启停 。而集水池水 位很低时 ， 运行 的 水泵 台数很少却下了暴雨 ， 由于只凭集水池水位决定 水泵运行 台数 ， 这时 集水池 水位 可能迅速 升 高而溢 出。如果一下雨就盲 目增加运行泵 的台数 ， 又可能造 成水泵的频繁启停 ， 这是 因为上述控制策略只考虑 了 集水池的水位高低 ， 并没考虑其水位变化速率。因此 不仅要 根据水位 ， 还应考虑水位的变化率 ， 根据集水 池的进水流量 Q 优化设定投运水泵的台数， 使水泵 的排水量 追随进 水量 的变化 ， 力求 维持两 者基本 平 衡 。这样 ， 将水位控制在一个较小 的范围 内波动 ， 并 且避免了水泵的频繁启停。 对于一定 的进水量投运 几台水泵合理 的优 化问 题 ， 即在实现上述 控制 目标 时， 寻找一个耗能量最少 的方法 ， 使控制投运 的水泵在高效 区运行 ， 并且用高 效区的最大 出水流量 Q 。 计算投运泵的台数 = ( 1 ) 28 Pi pe l i n e Te c hn i q u e a nd Eq u i p me nt Ma r 2 01 2 式( 1 ) 中括号表示整量化， 即除去计算出 值的 小数部分 ， 整数部分加 1 。Q 为最大流量。 以上控制策略可归纳为 ， 根据进水量控制投运水 泵的 台数 ， 使水池 的进 出水量呈 现动态平衡 ， 力 求维 持水泵在高效区工作 。 2流量检测 在工程上 ， 实现上 述控制 策略 ， 流量检测 问题必 须解决 ， 因为制定 控制方案要根据进水 量来 确定 ， 另 外在计算单耗 ( 耗电量与排水量之 比) 指示 时也要 检 测流量 。对于 中型的排 水泵站 ， 采用 间接检测 流量 的 方法 即可 ， 检测精度可 以满足要求 ， 安装流量计 势必 增加管路损失 ， 降低效率 ， 且投资估计要高 1 O倍 。 根据流体力学与泵的理论 ， 可 以通过检测泵的扬 程 日， 然后根据水 泵性 能 曲线 ， 求 出该 泵 的流 量 Q 若几 台泵并联运行 ， 并计人集水池 蓄水量 的变化 ， 则 集水池的进水流量 Q i 为 Q i =Q + s ( 2 ) 式 中： A h为集水池水位 的变化高度 ； S为集水池面积 ； 为变化时间。 根据扬程的定义 ， 用单位 质量 的液体 ， 通过水泵 后其能量的增量来计算 ： ， ， 7 Pd+P 一 日 ：z。 + 二 + z g 式中 ： z 为真空表与压力表 的高度差 ； P 为泵出 口 压力表读数 ； P 为泵入 口压力 表读 数 ； 为污水或雨 水的密度 ； V I 为吸水 管中的流量 ； 为压水管 中的流 速 ； g为重力加速度 。 在实际工程 中计算 ， 由于水泵 的型号和管径等都 是特定 的， 因此可用下式计算 ： 日 ：AZ 2+P Z d + A Q 式 中： z 为水泵出 口压力表 中心到水池水面 的高差 ； A为系数 ； Q为流量 。 通过计算机逐次逼近至所要求 的精度 ， 最后求 出 扬程 H， 用最小二乘法拟合水泵特性 曲线 ， 表达式为 Q=0+6 日+c 3 系统组成与功能 水泵机组 的控 制与泵 站管理 自动化 系统是 整个 系统的核心 ， 采用一 台工业控制机对运行工况进行监 视 ， 优化 控制水泵机组 的启停 、 定时与 随机 打印报表 等 自动化管理工作。微机系统的结构框如图 1 所示 。 电 制 I 7K 位 - 业 台 I 压 力 l- 传 l A I) b 控 感 制 机 f 电 流 l- 器 电 E l； - f 船 冉 l I I 一I 图 1系 统框 图 系统设置 了检测与控制 2种方式 。用转换开关切 换 ， 开关在 任一位 置， 系统都有故 障报警 功能。考 虑 到个别机组故障或检修等原因不能投入运行 ， 在集中 操作 台上 每 台机组都设置 一个操作 转换开关。不具 备运行条件的机组转换开关置于“ 手动” 档 ， 使该机组 与微机系统 脱离。运行状态参量 在相应 的模 型图上 显示 ， 每隔 1 m i n刷新 1次 ， 只要键入相应 的命令 即可 显示所要 的画面。 4 软件设计 软件设计采用了模块化结构 ， 操作指令均 为单键 输入 ， 提供 了简便 的操作方法 ， 对于操作人员 的任何 误操作 ， 均能保护系统不中断运行 ， 系统运行可靠 。 应用 C语言和汇编语 言 ， 解决 了计 算精度 、 执行 速度 、 指令功能以及图形显示 的问题 。图 2为系统主 程序流程 图。 图 2 主程序流 程图 ( 下转第 4 2页)