一种排水泵运行方法及系统与流程
本发明涉及排水系统领域，特别是涉及一种排水泵运行方法及系统。
背景技术：
排水系统作为有效解决积水堆积的执行机构，排水泵的频繁启/停将直接影响排水泵本体及相关电气回路的寿命。鉴于某些排水系统所处地理位置的特殊性，不利于排水泵的更换及检修维护，严重增加了检修维护人员的检修工期及日常巡检维护量。因此，可通改变排水泵的运行方法降低排水泵的启/停频繁度，间接延长排水泵的使用寿命。
工业所用多数辅机自动化设备的控制存在两种典型的控制方法：一种是设定定值控制，另一种是设定时间控制，两种控制方法都对辅机系统设备有着不同的影响。当前多数排水系统一般采用“定时排水”或“定值排水”的方法控制排水泵的运行，但是仅采用单一任意一种均无法使排水泵的使用率最大化。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种排水泵运行方法及系统，以进一步降低排水泵的启/停频繁度，使排水泵的使用率最大化，延长排水泵的使用寿命。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种排水泵运行方法，包括：
获取井内水位的历史数据；
根据所述井内水位的历史数据，确定所述井内水位历史增长速率的最值；所述最值包括所述井内水位历史增长速率的最大值和最小值；
根据所述井内水位历史增长速率的最值，结合井内水位的安全限值，确定排水泵的初步运行参数，所述初步运行参数包括排水泵的运行时间范围和相邻排水泵间的启停间隔时间范围；
获取排水泵排水模型；
获取所述设定时间段内排水泵效率曲线；
结合所述井内水位历史增长速率、所述排水泵效率曲线和所述排水泵排水模型，确定所述排水泵的最终运行参数，所述最终运行参数包括排水泵的最终运行时间和相邻排水泵间的最终启停间隔时间；
根据所述最终运行参数调节所述排水泵的运行状态。
可选的，所述根据所述井内水位历史增长速率的最值，结合井内水位的安全限值，确定排水泵的初步运行参数，具体包括：
利用公式t1max＝δh/vmin确定所述相邻排水泵间的启停间隔时间范围的最大值t1max，其中δh为井内水位的安全限值的变化区间，vmin为井内水位历史增长速率的最小值；
利用公式t1min＝δh/vmax确定所述相邻排水泵间的启停间隔时间范围的最小值t1min，其中vmax为井内水位历史增长速率的最大值；
利用公式t2max＝(t1max·vmax)/η确定所述排水泵的运行时间范围的最大值t2max，其中η为排水泵的的排水效率；
利用公式t2min＝(t1min·vmin)/η确定所述排水泵的运行时间范围的最小值t2min。
可选的，所述结合所述井内水位历史增长速率、所述排水泵效率曲线和所述排水泵排水模型，确定所述排水泵的最终运行参数，具体包括：
将所述井内水位历史增长速率、排水泵运行时间及所述排水泵的初步运行参数，输入所述排水泵排水模型，确定排水泵的计划运行参数，所述计划运行参数包括排水泵的计划运行时间和相邻排水泵间的计划启停间隔时间；
获取当前年度井内水位的变化曲线；
结合当前年度井内水位的变化曲线、所述排水泵效率曲线和所述排水泵排水模型，对所述排水泵的初步运行参数进行修正，确定所述排水泵的最终运行参数，所述最终运行参数包括排水泵的最终运行时间和相邻排水泵间的最终启停间隔时间。
可选的，所述将所述井内水位历史增长速率、排水泵运行时间及所述排水泵的初步运行参数，输入所述排水泵排水模型，确定排水泵的计划运行参数，具体包括：
将所述井内水位历史增长速率、排水泵运行时间输入所述排水泵排水模型
根据井内水位的变化趋势从所述三维曲面中选取最优曲线；所述最优曲线为与所述井内水位的变化趋势误差最小的曲线；
将所述最优曲线对应的相邻排水泵之间的启停间隔时间的取值确定为相邻排水泵间的计划启停间隔时间；
将所述最优曲线对应的排水泵运行时间的取值确定为排水泵的计划运行时间。
本发明还公开一种排水泵运行系统，包括：
历史数据获取模块，用于获取井内水位的历史数据；
最值确定模块，用于根据所述井内水位的历史数据，确定所述井内水位历史增长速率的最值；所述最值包括所述井内水位历史增长速率的最大值和最小值；
初步运行参数确定模块，用于根据所述井内水位历史增长速率的最值，结合井内水位的安全限值，确定排水泵的初步运行参数，所述初步运行参数包括排水泵的运行时间范围和相邻排水泵间的启停间隔时间范围；
排水泵排水模型获取模块，用于获取排水泵排水模型；
排水泵效率曲线获取模块，用于获取所述设定时间段内排水泵效率曲线；
最终运行参数确定模块，用于结合所述井内水位历史增长速率、所述排水泵效率曲线和所述排水泵排水模型，确定所述排水泵的最终运行参数，所述最终运行参数包括排水泵的最终运行时间和相邻排水泵间的最终启停间隔时间；
调节模块，用于根据所述最终运行参数调节所述排水泵的运行状态。
可选的，所述初步运行参数确定模块具体包括：
历史增长速率最小值确定单元，用于利用公式t1max＝δh/vmin确定所述相邻排水泵间的启停间隔时间范围的最大值t1max，其中δh为井内水位的安全限值的变化区间，vmin为井内水位历史增长速率的最小值；
历史增长速率最大值确定单元，用于利用公式t1min＝δh/vmax确定所述相邻排水泵间的启停间隔时间范围的最小值t1min，其中vmax为井内水位历史增长速率的最大值；
运行时间范围最大值确定单元，用于利用公式t2max＝(t1max·vmax)/η确定所述排水泵的运行时间范围的最大值t2max，其中η为排水泵的的排水效率；
运行时间范围最小值确定单元，用于利用公式t2min＝(t1min·vmin)/η确定所述排水泵的运行时间范围的最小值t2min。
可选的，所述最终运行参数确定模块具体包括：
计划运行参数确定单元，用于将所述井内水位历史增长速率、排水泵运行时间及所述排水泵的初步运行参数，输入所述排水泵排水模型，确定排水泵的计划运行参数，所述计划运行参数包括排水泵的计划运行时间和相邻排水泵间的计划启停间隔时间；
当前年度井内水位变化曲线获取单元，用于获取当前年度井内水位的变化曲线；
修正单元，用于结合当前年度井内水位的变化曲线、所述排水泵效率曲线和所述排水泵排水模型，对所述排水泵的初步运行参数进行修正，确定所述排水泵的最终运行参数，所述最终运行参数包括排水泵的最终运行时间和相邻排水泵间的最终启停间隔时间。
可选的，所述计划运行参数确定单元具体包括：
三维曲面生成子单元，用于将所述井内水位历史增长速率、排水泵运行时间输入所述排水泵排水模型
最优曲线确定子单元，用于根据井内水位的变化趋势从所述三维曲面中选取最优曲线；所述最优曲线为与所述井内水位的变化趋势误差最小的曲线；
相邻排水泵间的计划启停间隔时间确定子单元，用于将所述最优曲线对应的相邻排水泵之间的启停间隔时间的取值确定为相邻排水泵间的计划启停间隔时间；
排水泵的计划运行时间确定子单元，用于将所述最优曲线对应的排水泵运行时间的取值确定为排水泵的计划运行时间。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
基于井内水位变化速率的特点，通过向排水泵排水模型中导入历史数据，得到能满足井内水位安全的排水泵运行时间及相邻排水泵的启/停间隔时间，结合井内水位变化速率曲线，完成联合排水控制方法的切换，降低了排水泵的启/停频繁度，减少排水泵每次启动至额定排水效率阶段的缓冲时间，提高了排水泵的有效利用率，同时降低排水泵因启动次数频繁造成的设备损耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明排水泵运行方法的流程示意图；
图2为本发明排水泵运行系统的结构示意图；
图3为本发明具体实施案例的蓄水库水位变化曲线；
图4为本发明具体实施案例的蓄水库入库流量变化曲线；
图5为本发明具体实施案例的井内水位变化速率曲线；
图6为本发明具体实施案例的枯水期三维曲面；
图7为本发明具体实施案例的丰水期三维曲面；
图8为本发明具体实施案例的枯水期最优曲线；
图9为本发明具体实施案例的丰水期最优曲线；
图10为本发明具体实施案例的当前年度井内水位上升速率监测示意图；
图11为本发明具体实施案例的排水泵抽水效率监测示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明排水泵运行方法的流程示意图。如图1所示，所述排水泵运行方法包括以下步骤：
步骤100：获取井内水位的历史数据。井内水位的历史数据可以从监控系统中导出，并进行整理，历史数据中包括每日井内水位数据，每日井内水位数据为每日水位的平均值。
步骤200：根据井内水位的历史数据，确定井内水位历史增长速率的最值。所述最值包括所述井内水位历史增长速率的最大值和最小值。井内水位历史增长速率的单位是m/h。在计算历史增长速率时，首先获取井深固定高程的差值所需要的时间，然后计算井深固定高程与时间之比，即为增长速率。例如，设定井深固定高程的差值为1m，增长速率＝(水位由2m增长至3m之间差值为1m)/(2m增长至3m对应的时间)。在确定历史增长速率的最值时，根据实际需求确定某个阶段的最大值和最小值，例如，需要区分丰水期和枯水期时，分别计算丰水期和枯水期两个阶段的井内水位历史增长速率的最大值和最小值。当不需要区分丰水期和枯水期时，可计算全年井内水位历史增长速率的最大值和最小值，也可以计算选定时间段内井内水位历史增长速率的最大值和最小值。此处的井内水位历史增长速率的最值对应的时间节点在后续中是一致的。
步骤300：根据井内水位历史增长速率的最值，结合井内水位的安全限值，确定排水泵的初步运行参数。所述初步运行参数包括排水泵的运行时间范围和相邻排水泵间的启停间隔时间范围。具体过程如下：
利用公式t1max＝δh/vmin确定所述相邻排水泵间的启停间隔时间范围的最大值t1max，其中δh为井内水位的安全限值的变化区间，vmin为井内水位历史增长速率的最小值；
利用公式t1min＝δh/vmax确定所述相邻排水泵间的启停间隔时间范围的最小值t1min，其中vmax为井内水位历史增长速率的最大值；
利用公式t2max＝(t1max·vmax)/η确定所述排水泵的运行时间范围的最大值t2max，其中η为排水泵的的排水效率；
利用公式t2min＝(t1min·vmin)/η确定所述排水泵的运行时间范围的最小值t2min。
从而确定相邻排水泵间的启停间隔时间范围为[t1min,t1max]，排水泵的运行时间范围为[t2min,t2max]。
例如，(井内水位的安全值3m)/井内水位变化速率的最小值＝45.33h，(井内水位的安全值3m)/井内水位变化速率的最大值＝40.43h，则相邻排水泵的启/停间隔时间范围在40.43h至45.33h之间；
对应的排水泵的最佳运行时间范围为：
(井内水位变化速率的最大值×45)/排水泵额定效率＝3.304h，(井内水位变化速率的最小值×40)/排水泵额定效率＝2.670h，则排水泵的运行时间为2.670h至3.304h之间。
步骤400：获取排水泵排水模型。排水泵排水模型具体为
步骤500：获取设定时间段内排水泵效率曲线。采用辅机系统与监控系统可获取排水泵排水效率相关的数据，进而得到排水泵效率曲线。
步骤600：结合井内水位历史增长速率、排水泵效率曲线和排水泵排水模型，确定排水泵的最终运行参数。所述最终运行参数包括排水泵的最终运行时间和相邻排水泵间的最终启停间隔时间。具体包括以下步骤：
(1)将所述井内水位历史增长速率、排水泵运行时间及所述排水泵的初步运行参数，输入所述排水泵排水模型，确定排水泵的计划运行参数，所述计划运行参数包括排水泵的计划运行时间和相邻排水泵间的计划启停间隔时间。
(2)获取当前年度井内水位的变化曲线。
(3)结合当前年度井内水位的变化曲线、所述排水泵效率曲线和所述排水泵排水模型，对所述排水泵的初步运行参数进行修正，确定所述排水泵的最终运行参数，所述最终运行参数包括排水泵的最终运行时间和相邻排水泵间的最终启停间隔时间。
其中，步骤(1)的过程如下：
将所述井内水位历史增长速率、排水泵运行时间输入所述排水泵排水模型
根据井内水位的变化趋势从所述三维曲面中选取最优曲线；所述最优曲线为与所述井内水位的变化趋势误差最小的曲线；
将所述最优曲线对应的相邻排水泵之间的启停间隔时间的取值确定为相邻排水泵间的计划启停间隔时间；
将所述最优曲线对应的排水泵运行时间的取值确定为排水泵的计划运行时间。
步骤700：根据最终运行参数调节排水泵的运行状态。
本发明的排水泵运行方法依据井内水位变化速率的特点及周期性，提高排水泵的运行时间及相邻排水泵间的启停间隔时间，减少排水泵的启动次数，采用“定值排水”及“定时排水”联合使用的控制方法控制排水泵的启停状态，利用“井内水位上升速率曲线”完成联合排水控制方法的有效切换，从而降低排水泵的启/停频繁度，减少排水泵每次启动至额定排水效率阶段的缓冲时间，提高了排水泵的有效利用率，同时降低排水泵因启动次数频繁造成的设备损耗。
图2为本发明排水泵运行系统的结构示意图。如图2所示，所述排水泵运行系统包括以下结构：
历史数据获取模块201，用于获取井内水位的历史数据；
最值确定模块202，用于根据所述井内水位的历史数据，确定所述井内水位历史增长速率的最值；所述最值包括所述井内水位历史增长速率的最大值和最小值；
初步运行参数确定模块203，用于根据所述井内水位历史增长速率的最值，结合井内水位的安全限值，确定排水泵的初步运行参数，所述初步运行参数包括排水泵的运行时间范围和相邻排水泵间的启停间隔时间范围；
排水泵排水模型获取模块204，用于获取排水泵排水模型；
排水泵效率曲线获取模块205，用于获取所述设定时间段内排水泵效率曲线；
最终运行参数确定模块206，用于结合所述井内水位历史增长速率、所述排水泵效率曲线和所述排水泵排水模型，确定所述排水泵的最终运行参数，所述最终运行参数包括排水泵的最终运行时间和相邻排水泵间的最终启停间隔时间；
调节模块207，用于根据所述最终运行参数调节所述排水泵的运行状态。
所述初步运行参数确定模块203具体包括：
历史增长速率最小值确定单元，用于利用公式t1max＝δh/vmin确定所述相邻排水泵间的启停间隔时间范围的最大值t1max，其中δh为井内水位的安全限值的变化区间，vmin为井内水位历史增长速率的最小值；
历史增长速率最大值确定单元，用于利用公式t1min＝δh/vmax确定所述相邻排水泵间的启停间隔时间范围的最小值t1min，其中vmax为井内水位历史增长速率的最大值；
运行时间范围最大值确定单元，用于利用公式t2max＝(t1max·vmax)/η确定所述排水泵的运行时间范围的最大值t2max，其中η为排水泵的的排水效率；
运行时间范围最小值确定单元，用于利用公式t2min＝(t1min·vmin)/η确定所述排水泵的运行时间范围的最小值t2min。
所述最终运行参数确定模块206具体包括：
计划运行参数确定单元，用于将所述井内水位历史增长速率、排水泵运行时间及所述排水泵的初步运行参数，输入所述排水泵排水模型，确定排水泵的计划运行参数，所述计划运行参数包括排水泵的计划运行时间和相邻排水泵间的计划启停间隔时间；
当前年度井内水位变化曲线获取单元，用于获取当前年度井内水位的变化曲线；
修正单元，用于结合当前年度井内水位的变化曲线、所述排水泵效率曲线和所述排水泵排水模型，对所述排水泵的初步运行参数进行修正，确定所述排水泵的最终运行参数，所述最终运行参数包括排水泵的最终运行时间和相邻排水泵间的最终启停间隔时间。
所述计划运行参数确定单元具体包括：
三维曲面生成子单元，用于将所述井内水位历史增长速率、排水泵运行时间输入所述排水泵排水模型
最优曲线确定子单元，用于根据井内水位的变化趋势从所述三维曲面中选取最优曲线；所述最优曲线为与所述井内水位的变化趋势误差最小的曲线；
相邻排水泵间的计划启停间隔时间确定子单元，用于将所述最优曲线对应的相邻排水泵之间的启停间隔时间的取值确定为相邻排水泵间的计划启停间隔时间；
排水泵的计划运行时间确定子单元，用于将所述最优曲线对应的排水泵运行时间的取值确定为排水泵的计划运行时间。
下面结合一个具体实施案例进一步说明本发明的方案。
鉴于水情变化的影响，分析近年内蓄水库入库流量、坝前水位对井内水位变化速率的影响，比较近几年内井内水位变化速率特点及周期性，图3为本发明具体实施案例的蓄水库水位变化曲线；图4为本发明具体实施案例的蓄水库入库流量变化曲线；如图3及图4是导出水清数据(2016年的入库流量、坝前水位、井内水位变化速率)进行整理，取每日入库流量及坝前水位的平均值，选取一整年的，并导入到matlab中形成曲线比较观察变化趋势。可以看出，入库流量增加，坝前水位升高，井内水位变化速率就会增大，因此，蓄水库入库流量、水位与井内水位变化速率呈一定的正比例关系。
比较近几年内井内水位变化速率特点及周期性。图5为本发明具体实施案例的井内水位变化速率曲线，根据图5可知，井内水位变化速率呈现出一定的周期性，2016年的曲线与2017年的曲线可衔接上，随着年份将曲线衔接在一起，呈现出周期性，特点是：枯水期井内水位变化速率平稳，丰水期大坝孔间隙密度及山体暗流受坝前水位水压的影响，使渗漏量及暗流达到一定的饱和度，同时井内水位变化速率就变得相对稳定。查询监控系统数据库的历史数据，分别计算出枯水期、丰水期井内水位变化速率的最值。
结合井深高程、排水泵的额定效率及井内水位变化速率的最值，在保证井内水位安全的前提下，计算出“定时排水”控制方法中排水泵的运行时间范围和相邻排水泵间的启停间隔时间范围。
利用matlab建立“定时排水”数学模型，分别将枯水期、丰水期的井内水位变化速率导入建模方程中，设定排水泵的运行时间范围和相邻排水泵间的启停间隔时间范围，形成三维曲面。如图6和图7所示，图6为本发明具体实施案例的枯水期三维曲面；图7为本发明具体实施案例的丰水期三维曲面。
在得到三维曲面后，根据井内水位的变化趋势从三维曲面中调取最优曲线，图8为本发明具体实施案例的枯水期最优曲线，图9为本发明具体实施案例的丰水期最优曲线，如图8及图9所示，得到能满足井内水位安全要求的排水泵运行时间及相邻排水泵之间的启/停间隔时间，降低排水泵的启/停频繁度。
图8得到的最优曲线对应的参数如表1所示：
表1枯水期最优曲线
图9得到的最优曲线对应的参数如表2所示：
表2丰水期最优曲线
利用井内水位的自然上升及水位的下降建立“井内水位上升速率”及“排水泵抽水效率”曲线，作为联合排水控制方法的切换依据。图10为本发明具体实施案例的当前年度井内水位上升速率监测示意图，图11为本发明具体实施案例的排水泵抽水效率监测示意图。
进一步将“井内水位上升速率”及“排水泵抽水效率”的实时监测数据导入建模方程中进行修正，从而得到更为准确的排水泵运行时间及相邻排水泵间的启/停间隔时间，进一步采用最终确定的排水泵运行时间及相邻排水泵间的启/停间隔时间完善联合排水控制方法的应用。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
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