CN107091222B

CN107091222B - 一种泵站节能优化控制方法以及***

Info

Publication number: CN107091222B
Application number: CN201710449873.4A
Authority: CN
Inventors: 张国峰; 陈斌; 郑立祥; 吴生贵
Original assignee: Foochow Fu Guang Water Utilities Science And Technology Ltd
Current assignee: Foochow Fu Guang Water Utilities Science And Technology Ltd
Priority date: 2017-06-15
Filing date: 2017-06-15
Publication date: 2019-03-01
Anticipated expiration: 2037-06-15
Also published as: CN107091222A

Abstract

本发明提供一种泵站节能优化控制方法，将液位差E、液位变化率EC以及启动泵台数U分别进行分档和分级；根据高斯基函数建立液位差E的档位与级数的隶属度表，并设定液位差E的档位、启动泵台数U的档位以及液位变化率EC的档位的状态表；根据隶属度表以及状态表，通过加权平均法计算得到液位差E的分级、液位变化率EC的分级以及启动泵台数U的分级的控制关系表；根据公式对应控制关系表得到启动泵台数U的级数，之后得到所需要启动的泵的个数，进行泵的启动；本发明还提供一种泵站节能优化控制***，实现具有智能化的泵站节能优化控制。

Description

一种泵站节能优化控制方法以及***

技术领域

本发明涉及一种泵站节能优化控制方法以及***。

背景技术

目前典型的复杂的污水处理***由于高度的非线性、动态突变性及分散的传感元件与执行元件、复杂的信息结构等原因，无法找到精确的数学模型，还有某些不确定性，而这些都难以用精确的数学模型来描述。传统的提升泵站的控制方式采用液位控制，当水位达到一定值后，依次开启相应的潜水泵。

传统的提升泵站的控制方式存在的问题是泵启动频繁、泵磨损情况不同，造成泵更换周期短、维护量大等。传统的控制方式又缺乏灵活性和应变性。

发明内容

本发明要解决的技术问题，在于提供一种泵站节能优化控制方法，实现具有智能化的泵站节能优化控制。

本发明之一是这样实现的：一种泵站节能优化控制方法，包括如下步骤：

步骤1、将液位差E、液位变化率EC以及启动泵台数U分别进行分档和分级；

步骤2、根据高斯基函数建立液位差E的档位与级数的隶属度表，并设定液位差E的档位、启动泵台数U的档位以及液位变化率EC的档位的状态表；

步骤3、根据隶属度表以及状态表，通过加权平均法计算得到液位差E的分级、液位变化率EC的分级以及启动泵台数U的分级的控制关系表；

步骤4、根据公式y1＝10/(L2－L1)×[x1－(L2+L1)/2]，其中[L1,L2]为液位变化范围，x1为液位值，y1为液位差的量化级数，y2＝6/(b－a)×[x2－(a+b)/2]，其中[a，b]即液位变化率范围，x2为液位变化值，y2为液位变化率的量化级数，取y1和y2整数部分，对应控制关系表得到启动泵台数U的级数，之后得到所需要启动的泵的个数；

步骤5、进行泵的启动。

进一步地，所述步骤5进一步具体为：设定每台泵的虚拟水泵号，之后根据每台泵运行的总时间的大小对泵进行排序，从总时间最小的泵开始，根据需求依次开启泵。

进一步地，设定每台泵的虚拟水泵号，之后根据每台泵运行的总时间的大小对泵进行排序，从总时间最小的泵开始，根据需求依次开启泵；若某一泵连续运行时间达到限定时间，则停止该泵，启动等待泵中总时间最小的泵。

本发明之二是这样实现的：一种泵站节能优化控制***，其特征在于：包括如下模块：

初始设置模块，将液位差E、液位变化率EC以及启动泵台数U分别进行分档和分级；

状态设置模块，根据高斯基函数建立液位差E的档位与级数的隶属度表，并设定液位差E的档位、启动泵台数U的档位以及液位变化率EC的档位的状态表；

控制关系模块，根据隶属度表以及状态表，通过加权平均法计算得到液位差E的分级、液位变化率EC的分级以及启动泵台数U的分级的控制关系表；

计算泵个数模块，根据公式y1＝10/(L2－L1)×[x1－(L2+L1)/2]，其中[L1,L2]为液位变化范围，x1为液位值，y1为液位差的量化级数，y2＝6/(b－a)×[x2－(a+b)/2]，其中[a，b]即液位变化率范围，x2为液位变化值，y2为液位变化率的量化级数，取y1和y2整数部分，对应控制关系表得到启动泵台数U的级数，之后得到所需要启动的泵的个数；

启动模块，进行泵的启动。

进一步地，所述启动模块进一步具体为：设定每台泵的虚拟水泵号，之后根据每台泵运行的总时间的大小对泵进行排序，从总时间最小的泵开始，根据需求依次开启泵。

本发明具有如下优点：本发明一种泵站节能优化控制方法，利用模糊控制和虚拟编程技术，使用PLC完成复杂控制，使得控制速度快，超调量小，运行效果好。同时，泵的循环工作方式运行良好，避免了泵的频繁启动，避免了一台或几台泵长期运行，其他泵闲置的情况，达到了有效控制的目的和要求，增强了自动程序的故障处理能力，大大减少了***资源，保证了***的稳定性。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。

图1为本发明模糊控制原理图。

图2为液位差隶属度示意图。

图3为组合排序示意图。

图4为本发明执行流程图。

具体实施方式

如图4所示，本发明泵站节能优化控制方法，包括如下步骤：

步骤5、设定每台泵的虚拟水泵号，之后根据每台泵运行的总时间的大小对泵进行排序，从总时间最小的泵开始，根据需求依次开启泵；若某一泵连续运行时间达到限定时间，则停止该泵，启动等待泵中总时间最小的泵。

本发明泵站节能优化控制***，其特征在于：包括如下模块：

计算泵个数模块，根据公式y1＝10/(L2－L1)×[x1－(L2+L1)/2]，其中[L1,L2]为液位变化范围，x1为液位值，y1为液位差的量化级数，y2＝6/(b－a)×[x2－(a+b)/2]，其中[a，b]即液位变化率范围，x2为液位变化值，y2为液位变化率的量化级数，取y1和y2整数部分，对应控制关系表得到启动泵台数U的级数，之后得到所需要启动的泵的个数

启动模块，设定每台泵的虚拟水泵号，之后根据每台泵运行的总时间的大小对泵进行排序，从总时间最小的泵开始，根据需求依次开启泵；若某一泵连续运行时间达到限定时间，则停止该泵，启动等待泵中总时间最小的泵。

本发明一种具体实施方式：

如图1所示，本发明揭示了一种泵站节能优化控制***，所述***由模糊控制***和虚拟编程技术组成。

所述模糊控制***包含被控制过程和模糊控制器，所述模糊控制器由模糊化、模糊推理、去模糊化三部分组成，三者均建立在知识库(控制率和隶属函数)基础上。

所述模糊控制***的主要特点是对操作人员的控制经验进行总结，形成可以通过控制***表达的控制方法，达到自动控制的目的。

所述模糊控制器采用三个模糊控制变量：液位差(E)、液位变化率(EC)和启动泵台数(U)，其中E和EC为输入模糊变量，U为使出模糊变量。模糊控制器由PLC编程实现。这种结构实质上为非线性的PD控制方式。

所述三个模糊控制变量的论域量化关系如下：

所述液位差E分为6档，11级。

液位差可分为正液位差和负液位差，所述液位差11级即：

{―5，―4，―3，―2，―1，0，1，2，3，4，5}

所述6档液位差模糊子集选取如下语言值：

{NB(负大)，NM(负中)，NS(负小)，PS(正小)，PM(正中)，PB(正大)}

所述液位变化率EC分为5档7级。

所述7级液位变化率即：

{―3，―2，―1，0，1，2，3}

所述5档液位变化率EC模糊子集选取如下语言值：

{NB(负大)，NS(负小)，Z(零)，PS(正小)，PB(正大)}

所述控制变量U分为5档5级。

所述控制变量5级，即：

{0，1，2，3，4}

所述5档控制变量U模糊子集选取如下语言值：

{Z(0),S(小)，M(中)，B(大)，VB(很大)}

由于不同形状隶属函数所代表的控制含义不同，模糊自己的隶属函数形状较尖，反映模糊集合具有高的分辨率特性，其控制的灵敏度较高；模糊自己的隶属函数形状较宽，反映模糊集合具有低的分辨率特性，其控制的灵敏度较低，控制特性比较平缓，***稳定性较好。

基于以上分析，结合实际控制要求，选择液位差变量隶属函数形状较宽，使液位引起的控制作用减弱，控制特性平缓，满足需要消除泵的频繁启动情况；选择液位变化率隶属函数形状较尖，使液位变化率引起的控制作用加强，使控制作用对进水量变化的反映比较灵敏，以适应实际控制中要求尽可能按进水量提升污水的要求。

设定液位差隶属度函数为正态分布型(高斯基函数)，函数宽度隶属函数的分布及形状如图2所示。

由图2液位差隶属度正态分布图可以得到表1的液位差隶属度对应关系表。

表1液位差变量隶属度

根据有关资料和经验总结，模糊控制规则可综合为以下控制状态表(如表2所示)。

表2控制状态表

假设：某污水提升泵站集水井最大高度4.5m，要求液位变化在1.5m～3.5m之间，集水井最大进水量为1万m3/d，4台泵工作的最大流量为480m3/h。

取2.5m为液位基准值，液位差的变化范围在-1m～+1m之间，通过以下公式(1)可得到液位与液位差E论域元素之间的变换关系.

y1＝10/(L2－L1)×[x1－(L2+L1)/2] (1)

注：其中[L1,L2]为液位变化范围，x1为液位值，y1为液位差的量化级数。

根据集水井容积，可计算出液位的变化率，假定10s内的最大液位变化率约为±0.3m。过以下公式(2)可以得到液位变化率的量化关系：

y2＝6/(b－a)×[x2－(a+b)/2] (2)

注：[其中[a，b]即液位变化率范围，x2为液位变化值，y2为液位变化率的量化级数。

所述模糊控制规则可综合为以下控制状态表(如表2所示)。

根据控制状态表可以采用以下方法计算得到模糊控制的总模糊关系矩阵：

R＝R1∪R2……∪Ri R为总模糊关系，为每条规则的模糊关系。

每条规则所代表的模糊关系，可以用下面的方法得到：

R1＝(NB)E×(NB)EC×(零)U R2＝(NB)E×(NM)EC×(零)U……

将各自的模糊关系进行合并运算，可以得到总的关系矩阵。已知模糊关系，采用加权平均法模糊判断，可以计算得到总的控制表如表3所示。

表3总控制状态

所述模糊控制可以通过PLC编程实现，将附表3内容存放在PLC内存中，作为控制查询表来实现模糊控制规则。PLC通过间隔10s采集液位差E和液位变化率EC,根据式(1)和式(2)计算得到E和EC的量化级数；将级数转化为控制表位置，查询得到实际应启动的泵台数。

所述虚拟编程技术是在我们在编程过程中把程序虚拟化。

所述虚拟编程技术是***根据模糊控制器的输出判定需要启动泵时,根据泵的运行时间、水泵状态智能选择启停相应水泵，以保证先启动的泵先停，后启动泵后停，避免一台或数台水泵长期工作，其他水泵闲置的情况。并在某一台泵故障时，自动控制程序会跳过该泵而正常运行控制，增强了自动程序的故障处理能力。

请参阅图3，以下结合图3介绍虚拟编程技术，包括如下步骤：

步骤1，根据运行时间对实际水泵数量进行组合排序

步骤2，对水泵组合进行筛选，故障水泵和现场手动不参加自动控制排序

步骤3，虚拟对应，对水泵组合使用虚拟水泵号代替

步骤4，水泵号和程序控制号自动调用对应，模糊控制直接启动相应数量程序控制号。

由于PLC控制器的局限性，在进行复杂控制时对控制器资源占用很大，会造成CPU不必要的负担，为此我们在编程过程中把程序虚拟化，只考虑出现的情况，不进行全部设备优化。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

Claims

1.一种泵站节能优化控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤5、进行泵的启动。

2.根据权利要求1所述的一种泵站节能优化控制方法，其特征在于：所述步骤5进一步具体为：设定每台泵的虚拟水泵号，之后根据每台泵运行的总时间的大小对泵进行排序，从总时间最小的泵开始，根据需求依次开启泵。

3.根据权利要求2所述的一种泵站节能优化控制方法，其特征在于：所述步骤5还包括：若某一泵连续运行时间达到限定时间，则停止该泵，启动等待泵中总时间最小的泵。

4.一种泵站节能优化控制***，其特征在于：包括如下模块：

启动模块，进行泵的启动。

5.根据权利要求4所述的一种泵站节能优化控制***，其特征在于：所述启动模块进一步具体为：设定每台泵的虚拟水泵号，之后根据每台泵运行的总时间的大小对泵进行排序，从总时间最小的泵开始，根据需求依次开启泵。

6.根据权利要求5所述的一种泵站节能优化控制***，其特征在于：所述启动模块还包括：若某一泵连续运行时间达到限定时间，则停止该泵，启动等待泵中总时间最小的泵。