一种用于污水系统的调度控制系统和方法与流程

本发明涉及污水处理技术领域，更具体地，涉及用于污水系统的调度控制系统和方法。

背景技术：

城市排水系统承担着的城市污水收集处理的重要职能，是保障人民生活、城市环境和城市安全的重要市政基础设施，城市排水管网的安全有效运行也是城市水环境质量的重要保障。

近年我国城市水环境污染形势依然严峻，城市排水管网运行中的问题也日益凸显，加强城市排水管网的信息化建设是解决相关问题的重要技术手段。污水管网、污水泵站和污水处理厂是城市污水系统的重要结构单元，实现污水管网、污水泵站和污水处理厂联动运行的智能运行控制可以有效提高污水系统优化运行水平，保障污水管网的运行安全、减少冒溢，进而控制溢流、降低对污水处理厂波动影响，提高污水处理厂的稳定达标与优化运行水平等，实现污水管网与污水处理厂联动运行智能控制的技术需求日趋迫切。

排水管网是开放式系统，运行环境条件复杂多变，管网的流量和液位在不同区域间一般均呈现非规律性的动态变化，污水泵站和污水处理厂的运行过程随时需要应对不同的运行状态，尤其是在降雨条件下，管网水量会快速发生复杂的动态变化，复杂多变的管网运行状态，给污水泵站和污水处理厂的运行控制带来极大的挑战。同时，污水管网运行过程为复杂的非线性变化系统，运行控制过程中的波动会放大控制信号的扰动干扰，而管网运行的安全运行水平要求又较高，需要严格保证污水管网、污水泵站的安全液位水平，如何在复杂多变的污水系统实现污水管网、污水泵站与污水处理厂的智能联动运行控制具有极大的技术挑战。

现有污水系统在实际运行中大都是污水管网与污水处理厂分开各自独立运行，相互间缺乏信息互通和协调调度，这大大降低污水管网与污水处理厂的综合效能。污水管网泵站也大都采用人工经验控制，污水处理厂进水泵房也多采用以人工经验的恒流量控制，也有个别污水泵站可实现恒液位的plc控制、以及污水处理厂进水泵房的恒流量变频控制，但也仅是针对当地泵站或者泵房运行情况就地控制，不同泵站或者泵房之间互相独立，不能实现互联互通，且恒定液位和流量控制也很难实时应对管网复杂多变的运行状态。

也有些研究开发了模糊控制、经验规律时序预测控制等控制方法，但这些方法控制实施过程中计算量较大，均需基于pc系统辅助实现控制。虽然这些方法在一定程度上可以实现针对管网复杂运行状态的动态预测与控制，但是长期工作过程中由于pc系统负荷耐受能力、模糊经验控制难以预测所有未知运行情景等限制，控制的稳定性还不能保证，控制故障发生率远高于基于plc的控制系统，同时一般均还是针对某个泵站或者进水泵房的就地控制，还未能实现复杂的管网系统的多点网络同步控制。而现有基于plc的控制还仅能实现比较简单的恒定液位、恒定流量、以及经验规律控制等，只是基于稳定plc控制系统实现复杂管网状态的多泵站同步控制、污水管网与污水处理厂联动智能动态控制还鲜有报道，现有泵站智能运行控制技术还不能够很好地满足现有污水系统的智能信息化运行技术发展需求。

技术实现要素：

本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的用于污水系统的调度控制系统和方法。

根据本发明的一个方面，提供一种用于污水系统的调度控制系统，包括：

进水泵房离散化流量控制单元，用于根据进水泵房的液位变化、进水水质情况以及出水水质情况，对进水泵房的进水流量进行离散化控制；

进水泵房与一级泵站联动控制单元，用于根据进水泵房的液位变化以及不同天气条件下的液位条件，控制一级泵站的输送流量；

一级泵站与二级泵站联动控制单元，用于根据二级管网的液位变化以及不同天气条件下的液位条件，控制二级泵站的输送流量；以及

厂网联合调度控制决策支持数据库，用于修正和确定进水泵房离散化流量控制单元、进水泵房与一级泵站联动控制单元和一级泵站与二级泵站联动控制单元的控制条件。

根据本发明的另一个方面，还提供一种用于污水处理的调度控制方法，包括：

根据进水泵房的液位变化、进水水质情况以及出水水质情况，对进水泵房的进水流量进行离散化控制；

根据进水泵房的液位变化以及不同天气条件下的液位条件，控制一级泵站的输送流量；

根据二级管网的液位变化以及不同天气条件下的液位条件，控制二级泵站的输送流量；以及

修正和设置控制条件。

本申请提出一种用于污水系统的调度控制系统，实现复杂的管网与污水处理厂的联动调度运行，提供多种优化运行条件的设置编辑功能，实现不同污水厂进水目标控制流量与不同管网液位控制区间的智能自动控制，系统便于安装、调试和维护，提供较丰富的远程管理功能，整个控制系统具备装置故障预警保护功能，装置系统可实现长时间稳定智能动态运行控制。

附图说明

图1为根据本发明实施例的用于污水处理的调度控制系统的结构示意图；

图2为根据本发明实施例的厂网联合调度控制装置的功能构架示意图；

图3为根据本发明实施例中进水泵房的控制流程示意图；

图4为根据本发明实施例中一级泵站的控制流程示意图；

图5为根据本发明实施例中二级泵站的控制流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

为了克服现有污水系统在实际运行中采用的污水管网与污水处理厂分开各自独立运行，相互间缺乏信息互通和协调调度，污水管网与污水处理厂的综合效能低的技术问题，本发明提供一种用于污水系统的调度控制系统，其中，污水管网中设置两级泵站，需要说明的是，本发明并不限制泵站的级数，在这里设置量级泵站只为说明的更加简要，在实际应用时完全可以设计更多级泵站，分别为一级泵站和二级泵站，一级泵站至进水泵房之间的污水管网区域称之为一级管网，二级泵站至一级泵站之间的污水管网区域称之为二级管网，一级管网和二级管网中分别设置一级液位监测点和二级液位监测点，污水处理厂的进水口设置进水泵房和进水水质监测点，出水口设置出水水质监测点，污水由二级管网经一级泵站进入一级污水管网，再经由进水泵房进入污水厂，污水经污水厂的处理后从出水口排出，如图1所示，本发明的控制系统包括：

污水厂进水泵房离散化流量控制单元2，用于根据进水泵房的液位变化、污水厂进水水质情况以及出水水质情况，对进水泵房的进水流量进行离散化控制；

需要说明的是，由于进水泵房的液位和一级管网的液位一致，在进水泵房的液位变化的测量数据不准确时，污水厂进水泵房离散化流量控制单元2也可以通过一级管网的液位变化、污水厂进水水质情况以及出水水质情况，对进水泵房的进水流量进行离散化控制。

污水厂进水泵房与管网一级泵站联动控制单元3，用于根据进水泵房的液位变化以及不同天气条件下的液位条件，控制一级泵站的输送流量；

一级泵站与二级泵站联动控制单元4，用于根据一级泵站流量变化以及不同天气条件下的液位条件，控制二级泵站的输送流量；

需要说明的是，一级泵站与二级泵站联动控制单元4还可以用于根据二级管网的液位变化与以及不同天气条件下的液位条件，控制二级泵站的输送流量。

厂网联合调度控制决策支持数据库1，用于修正和设置进水泵房离散化流量控制单元、进水泵房与一级泵站联动控制单元和一级泵站与二级泵站联动控制单元的控制条件。

本发明提供的用于污水系统运行的调度控制系统，基于plc控制系统实现复杂的管网与污水处理厂的联动调度运行，提供多种优化运行条件的设置编辑功能，实现不同污水厂进水目标控制流量与不同管网液位控制区间的智能自动控制，系统便于安装、调试和维护，提供较丰富的远程管理功能，整个控制系统具备装置故障预警保护功能，装置系统可实现长时间稳定智能动态运行控制。

需要注意的是，厂网联合调度控制决策支持数据库为控制系统的信息中心，厂网联合调度控制决策支持数据库装置与一级泵站、二级泵站以及污水厂中控室通过vpn专线连接，同时与一级液位监测点和二级液位监测点通过gprs通信连接，用于在3个控制单元间形成稳定的监测信号、运行信号和控制信号，还用于对3个控制单元的控制调节进行修正和设置。

需要说明的是，本发明的控制系统在执行过程中，泵站运行安全液位的上限和下限、阀门开度的离散化调节步长、进水泵房的离散液位条件、一级及以上级别泵站离散液位条件、不同液位区间目标控制流量等控制参数均通过厂网联合调度控制决策支持数据库进行确定，具体设定值可以通过控制系统人机交互界面进行设定。

厂网联合调度控制决策支持数据库装置的控制执行过程包括通过进水泵房离散化流量控制单元实现进水泵房的离散化智能控制：

基于一级管网来水的液位变化情况，实时在线确定当前进水泵房的目标控制流量，再结合进水水质监测点和出水水质监测点检测的进水和出水的水质变化情况，对当前的目标控制流量进行补偿控制，以实现在保证污水厂运行安全前提下，最大限度提高污水厂进水流量，提高污水厂污染物削减负荷。

在一个实施例中，结合进水和出水的水质变化情况，对当前的目标控制流量进行补偿控制的步骤，包括：当进水的水质浓度高于上限值，则降低进水泵房的目标控制流量；当进水的水质浓度低于上限值，则提高进水泵房的目标控制流量；当污水厂出水的水质浓度超出上限值较长时间，则同样降低进水泵房的目标控制流量。

需要注意的是，当进水的水质浓度高于上限值时，说明污水厂在不改变处理工序的情况下，无法再保证出水的水质浓度符合要求，因此需要降低目标控制流量，使进水泵房的进水流量降低，以保证出水的水质浓度符合要求，同理，当进水的水质浓度低于上限值时，不改变处理工序的情况下，污水处理的能力还有富余，因此，就需要提高目标控制流量，保证污水处理能力利用的最大化。

需要注意的是，当出水的水质浓度超过上限值较长时间时，说明污水厂在不改变处理工序的情况下，无法再保证出水的水质浓度符合要求，因此需要降低目标控制流量，使进水泵房的进水流量降低，以保证出水的水质浓度符合要求。

需要说明的是，水质浓度的检测项目包括cod、ss、氨氮、硝酸盐、磷酸盐、总氮和总磷中的若干项。

在一个实施例中，通过进水泵房与一级泵站联动控制单元实现污水厂不同流量需求条件下的污水一级泵站的智能控制，具体包括：

基于一级管网液位变化，建立一级泵站的离散化目标控制流量条件，进而依据目标控制流量范围确定一级泵站的水泵开启策略，通过设置一级泵站目标控制流量和管网液位(或者进水泵房液位)在不同天气条件下的液位区间范围，建立一级泵站的运行策略，确定泵站水泵开启策略后，通过水泵变频反馈控制与进水阀门开度的串联反馈控制实现一级泵站目标运行液位控制。

需要说明的是，由于泵站的水泵数量常常有很多个，那么依据目标控制流量范围确定水泵开启的个数以及开启哪些水泵，就称之为水泵开启策略。

需要说明的是，泵站的运行策略包括泵站电机的运行频率。

在一个实施例中，通过设置一级泵站目标控制流量和一级管网液位(或者进水泵房液位)在不同管网条件下的液位区间范围，建立一级泵站的运行策略的步骤，进一步用于：

在管网高液位范围(满管流)运行条件下，所述一级泵站的运行策略为：当一级管网液位低于下限值时，对应提高一级泵站的目标控制流量，当一级管网液位(或者进水泵房液位)高于上限值时，对应降低一级泵站的目标控制流量；

在管网低液位范围(非满管流)运行条件下，所述一级泵站的运行策略为：当一级管网液位低于下限值时，随着一级管网液位(或者进水泵房液位)下降，对应降低一级泵站的目标控制流量，当一级管网液位上升时，对应升高一级泵站的目标控制流量。

在一个实施例中，一级泵站与二级泵站联动控制单元用于实现二级污水管网优化运行控制，基于二级管网液位变化，实时确定二级泵站的离散化目标控制流量条件，进而依据目标控制流量范围实时确定二级泵站的水泵开启策略，确定二级泵站的水泵开启策略后，通过水泵变频反馈控制与进水阀门开度的串联反馈控制实现二级泵站目标运行液位控制。通过离散化液位条件的自动变换，实现泵站系统运行过程的智能自动控制，运行中实现节能降耗，并保证污水管网运行安全。

在一个实施例中，一级泵站与二级泵站联动控制单元执行过程包括：

通过设置二级泵站目标控制流量和二级管网液位在不同天气条件下的液位区间范围，建立二级泵站的运行策略的步骤，进一步用于：

在管网高液位范围(满管流)运行条件下，所述二级泵站的运行策略为：当二级管网液位低于下限值时，对应提高一级泵站的目标控制流量，当二级管网液位(或者进水泵房液位)高于上限值时，对应降低二级泵站的目标控制流量；

在管网低液位范围(非满管流)条件下，所述二级泵站的运行策略为：当二级管网液位低于下限值时，随着二级管网液位(或者进水泵房液位)下降，对应降低一级泵站的目标控制流量，当二级管网液位上升时，对应升高二级泵站的目标控制流量。

在一个实施例中，本发明的控制系统具有故障保护功能，通过系统设置，确定控制系统需要自动运行或手动运行。

本发明还提供一种用于污水系统运行的调度控制方法，其特征在于，包括：

根据污水厂进水泵房的液位变化、污水厂进水水质情况以及出水水质情况，对进水泵房的进水流量进行离散化控制；

根据污水厂进水泵房(或上游管网)的液位变化以及不同天气条件下的液位条件，控制一级泵站的输送流量；

根据一级泵站上游管网的液位变化以及不同天气条件下的液位条件，控制二级泵站的输送流量；以及

修正和设置控制条件。

需要说明的是，在污水系统具备2级以上的泵站和管网时，可参考一级泵站与二级泵站联动控制单元的控制策略，同理对2级以上的泵站和管网进行联动运行控制，此处不再赘述。

图2示出了厂网联合调度控制装置的功能构架示意图，如图2所示，厂网联合调度控制决策支持数据库装置用于集成并实时在线监测污水管网、一级泵站、二级泵站、污水厂的运行信息，具体地包括：各级污水管网的液位、各泵站的输送流量、进水泵房的液位、污水厂进水水质以及出水水质。

同时通过建立厂网联合调度控制的策略库，依据污水管网和污水厂的实时运行信息，确定当前的污水管网中各级泵站和污水处理厂进水泵房的实时调度控制策略和控制条件，以确定污水管网与污水处理厂的联合调度策略。

图3示出了进水泵房的控制流程示意图，如图3可知，进水泵房的控制流程包括：

31、根据一定时间长度内进水泵房的集水池液位的变化值，实时确定进水泵房的离散化的目标控制流量；

32、通过调整进水泵房的水泵编组方案和反馈变频控制，控制进水泵房的进水流量趋近于目标控制流量；

33、根据污水厂进水的水质情况，对污水厂进水的目标控制流量进行前馈补偿，即当进水浓度较高时，适当降低进水泵房的目标控制流量，当进水浓度较低时，适当提高进水泵房的目标控制流量；

34、根据污水厂出水的水质情况，对污水厂进水的目标控制流量进行反馈补偿控制，即当污水厂出水的水质持续偏高一定时间时，适当降低进水泵房的目标控制流量。

图4示出了一级泵站的控制流程示意图，如图4可知，一级泵站的控制流程包括：

41、根据一定时间内进水泵房液位的变化值，实时确定一级泵站的目标控制流量，保证一级泵站的运行液位在安全液位范围之内；

42、根据一级泵站的目标控制流量优化水泵编组方案，进而依据当前的一级泵站的运行液位，通过水泵变频反馈控制使一级泵站的运行液位趋近于目标液位；

43、根据一定时间内一级泵站运行液位的变化值，通过进水阀门开度的反馈补偿控制，实现对一级泵站运行液位的进一步补偿控制，保证一级泵站的运行液位在安全液位范围之内。

图5示出了二级泵站的控制流程示意图，如图5可知，二级泵站的控制流程包括：

51、根据一定时间内二级管网液位的变化值，确定二级泵站的目标控制流量，保证二级泵站的运行液位在安全液位范围之内；

52、根据二级泵站的目标控制流量优化水泵编组方案，进而依据当前二级泵站的运行液位，通过水泵变频反馈控制使二级泵站的运行液位趋近于目标液位；

53、根据一定时间内二级泵站运行液位的变化值，通过进水阀门开度的反馈补偿控制，实现对二级泵站运行液位的进一步补偿控制，保证二级泵站的运行液位在安全液位范围之内。

最后，本申请的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。