一种基于功率检测的泵站信息智能监测终端的率定方法与流程

本发明涉及一种率定方法，特别是涉及一种基于功率检测的泵站信息智能监测终端的率定方法，属于数据采集监测技术领域。

背景技术：

泵站是水利工程中重要的组成部分，在人们的日常生产和生活中扮演着重要的角色，承担着调水、供水、灌溉、防洪除涝等重任。在我国大型泵站较为集中的地区，已经初步形成了以大型泵站为主，小型泵站为辅的调水、供水、灌溉、排涝的工程体系。大部分地区还处于传统手动方式向自动化方式转变的初级阶段。

随着计算机技术、测量技术、通信技术的快速发展，我国开始实施泵站信息化工程，经过较长时期的发展取得了一定的成果；但是随着泵站数量的逐年增加，对数量庞大的泵站的监管还存在着诸多缺陷。现有技术中，采集方式大都利用专用的流量计或者计量设备进行信息的获取，通常设备体积庞大且成本较高，对泵站的监管还停留在机组运行状态的监测，不能对泵站信息进行全面、有效地实时动态监测。

目前常用的测流方法有：传统的流速仪测流方法、电磁流量计测流法、超声波测流法、孔板流量计测流法、涡轮流量计测流法等。

传统的流速仪测流方法：通过测量若干部分面积的垂直于过水断面的部分平均流速乘以部分过水面积求得部分流量，再计算其代数和得出断面流量，测流精度不高。

超声波流量计测流法：对被测流体要求较高，只可用于清洁的液体和气体流量，精度不高，稳定性较差，易受到管道的影响，管道对流量计的精度产生较大影响，当对仪器进行外部率定需要实际的同质流体，使用场合有限，且使用传统的流速仪测流方法进行比测率定，测量的精度不高。

电磁流量计测流法：对环境要求较高，管道锈蚀、附着物会对仪器的测流精度产生较大影响，在进行实际率定时，采用局部位置流速代替断面平均流速，测量的精度不高。

孔板流量计测流法：在进行系数率定时，影响因素众多且错综复杂，精度难以提高，流量系数与雷诺数有关，测量范围度窄；孔板磨损时，率定系数将失效，长期使用精度难以保证。

涡轮流量计测流法：通过多叶片的转子感受流体平均流速，从而推导出流量或总量，但是不能长期保持校准特性，进行再次校准时需要更换传感器，而不能通过简单地修改率定参数，实现再次校准。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于，克服现有技术中的不足，提供一种基于功率检测的泵站信息智能监测终端的率定方法，实现全面、有效地实时动态监测，并提取出合理的率定参数，可保证测量过程的精确性，计算高效，精度可靠，有助于泵站信息的监测更加精准。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种基于功率检测的泵站信息智能监测终端的率定方法，包括以下步骤：

1)检查泵站机组状态，确定泵站机组处于停机状态；

2)给泵站信息智能监测终端上电，启动泵站信息智能监测终端，并完成初始化；

3)对泵站信息智能监测终端进行信息配置；

4)泵站信息智能监测终端进行零点检测，判断泵站机组在停机状态是否有漏电流，并消除漏电流的影响；

5)给泵站机组上电，确定泵站机组处于满载状态后，泵站信息智能监测终端按时间间隔获取若干个检测点的功率和流量检测数据，运行基于功率检测的参数率定算法，提取率定参数；所述率定参数包括漏电流的阈值、特征系数和量程；

6)将泵站机组断电至停机状态，泵站信息智能监测终端进行零点漂移检测；

7)将配置信息和确定的率定参数进行存储、上传及完整性检查；

所述基于功率检测的参数率定算法，具体为，

根据若干个检测点的功率和流量检测数据，获得功率和流量之间的对应关系，提取功率和流量之间的数学表达式，通过最小二乘法进行数据拟合，拟合完成后确定特征系数，并生成拟合函数，建立功率和流量之间的率定模型为，

其中，Q为泵站机组的实际流量，P为泵站机组工作功率，P0为泵站机组的额定功率，Q0为泵站机组在额定工作条件下的额定输出流量，k1为泵站机组正常运行状态下拟合的功率和流量数学表达式的特征系数，k2为泵站机组过载时的保护系数，k1、k2为正数；

确定拟合函数的区间即为当前泵站机组的量程区间。

本发明进一步设置为：所述泵站信息智能监测终端包括处理中心，均与处理中心相互双向通讯的信息监测单元、掉电存储单元、显示单元和远程通信单元，分别为处理中心、信息监测单元、掉电存储单元、显示单元和远程通信单元提供电能的电源管理模块，以及与信息监测单元相连的若干个传感器；

所述传感器用于采集泵站的运行数据，并将运行数据传输给信息监测单元；

所述信息监测单元用于获取传感器采集的运行数据，并将运行数据经检测处理后传输给处理中心；

所述处理中心用于对信息监测单元传输来的运行数据通过信息处理获得泵站机组的监测数据，并基于监测数据建立率定模型，提取率定参数；

所述显示单元用于显示处理中心传输来的监测数据，并供用户进行配置信息的预设或实时输入，以及将配置信息传输给处理中心；

所述远程通信单元用于将处理中心传输来的监测数据发送到云平台的数据库进行存储，并从云平台调用数据库的历史监测数据给处理中心；

所述掉电存储单元用于接收处理中心写入的数据，并对数据进行更新和保存，所述数据包括配置信息、率定参数和监测数据。

本发明进一步设置为：所述信息监测单元包括依次相连的信号处理模块、寄存器单元和通讯接口，均与信号处理模块相连的电流检测模块、电压检测模块和流量检测模块，以及分别连接于电流检测模块、电压检测模块和流量检测模块上的传感器接口；

所述传感器接口用于接入传感器，获取传感器采集的运行数据，所述电流检测模块、电压检测模块和流量检测模块分别用于将传感器采集的运行数据转换为电流数字信号、电压数字信号和流量数字信号，所述信号处理模块用于将电流数字信号、电压数字信号和流量数字信号转换成采集信息传输给寄存器单元，所述寄存器单元用于保存信号处理模块传送的采集信息、并将采集信息传输给通讯接口，所述通讯接口用于将采集信息传送给处理中心。

本发明进一步设置为：所述显示单元为集成处理器的触摸显示屏。

本发明进一步设置为：所述配置信息包括泵站信息智能监测终端所用服务器IP及端口号、泵站名称、泵站编号和泵站水泵机组编号，所述监测数据包括泵站水泵机组的运行状态、实时流量、本次水量和累计水量。

本发明进一步设置为：所述采集信息包括三相电流、三相电压、功率因素和三相功率。

本发明进一步设置为：所述步骤1)检查泵站机组状态，确定泵站机组处于停机状态，具体为，

1-1)检查泵站机组状态；

1-2)判断泵站机组是否处于停机状态，若是执行步骤1-3)，若否执行步骤1-4)；

1-3)将泵站机组与泵站信息智能监测终端相连；

1-4)等待泵站机组自然停机或通过手动操作使泵站机组处于停机状态。

本发明进一步设置为：所述步骤4)中的零点检测，具体为，

4-1)进行电流检测；

4-2)进行电流有效值计算；

4-3)确定漏电流的阈值；

4-4)归零处理。

本发明进一步设置为：所述步骤6)中的零点漂移检测，具体为，

6-1)进行电流检测；

6-2)进行电流有效值计算；

6-3)判断零点漂移，若是执行步骤6-4)，若否执行步骤6-5)；

6-4)转到步骤4)；

6-5)转到步骤7)。

本发明进一步设置为：所述步骤7)将配置信息和确定的率定参数进行存储、上传及完整性检查，具体为，

7-1)存储率定参数；

7-2)上传配置信息及率定参数；

7-3)请求泵站信息及率定参数；

7-4)判断信息是否完整，若是率定结束，若否重复步骤7-2)至步骤7-4)。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：

1、本发明提供的率定方法，实现全面、有效地实时动态监测，并提取出合理的率定参数，可保证测量过程的精确性，计算高效，精度可靠，有助于泵站信息的监测更加精准。

2、本发明提供的泵站信息智能监测终端，体积小巧、安装方便、便于携带、成本较低，具有良好的互换性和扩展性，能够同时对多个站点的多态机组进行同时在线监测，使得监测信息更加全面，从而大幅提高泵站信息的集成程度。

上述内容仅是本发明技术方案的概述，为了更清楚的了解本发明的技术手段，下面结合附图对本发明作进一步的描述。

附图说明

图1为本发明率定方法的简略流程图；

图2为本发明率定方法的详细流程图；

图3为本发明率定方法中泵站信息智能监测终端的原理框图；

图4为本发明率定方法中泵站信息智能监测终端的信息监测单元的原理框图。

具体实施方式

下面结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。

如图1及图2所示，本发明提供一种基于功率检测的泵站信息智能监测终端的率定方法，包括以下步骤：

1)检查泵站机组状态，确定泵站机组处于停机状态；

2)给泵站信息智能监测终端上电，启动泵站信息智能监测终端，并完成初始化；

3)对泵站信息智能监测终端进行信息配置；

4)泵站信息智能监测终端进行零点检测，判断泵站机组在停机状态是否有漏电流，并消除漏电流的影响；

5)给泵站机组上电，确定泵站机组处于满载状态后，泵站信息智能监测终端按时间间隔获取若干个检测点的功率和流量检测数据，运行基于功率检测的参数率定算法，提取率定参数；所述率定参数包括漏电流的阈值、特征系数和量程；

6)将泵站机组断电至停机状态，泵站信息智能监测终端进行零点漂移检测；

7)将配置信息和确定的率定参数进行存储、上传及完整性检查；

所述基于功率检测的参数率定算法，具体为，

根据若干个检测点的功率和流量检测数据，获得功率和流量之间的对应关系，提取功率和流量之间的数学表达式，通过最小二乘法进行数据拟合，拟合完成后确定特征系数，并生成拟合函数，建立功率和流量之间的率定模型为，

其中，Q为泵站机组的实际流量，P为泵站机组工作功率，P0为泵站机组的额定功率，Q0为泵站机组在额定工作条件下的额定输出流量，k1为泵站机组正常运行状态下拟合的功率和流量数学表达式的特征系数，k2为泵站机组过载时的保护系数，k1、k2为正数；

确定拟合函数的区间即为当前泵站机组的量程区间。

对于功率和流量之间的率定模型：

当泵站终端实时监测的泵站机组工作功率0W≤P＜0.05KW，这时检测的功率信号通常为泵站机组工作环境中的干扰信号造成的功率变化，此时泵站机组处于关机状态没有流量输出，在式中将泵站机组的实际流量Q进行归零处理。

当泵站终端实时监测的泵站机组工作功率0.05KW≤P＜0.8P，这时的功率呈现快速上升的趋势，通过拟合该段的功率值可以发现功率的时间序列呈现一条近似快速上升的直线关系，但这时的泵站机组处于空载运行的状态，虽然功率上升很快，但是也没有流量输出，在式中也将泵站机组的实际流量Q进行归零处理。

当泵站终端实时监测的泵站机组工作功率0.8P0≤P＜1.2P0，这时的功率在的P0正负20％之间波动，此时泵站机组的实际输出流量随着P的波动也在Q0附近波动，通过拟合获得的实际流量表达式为Q＝Q0+k1*(P-P0)，这时泵站机组工作处于正常运行状态。

当泵站终端实时监测的泵站机组工作功率P＞1.2P0，这时的功率处于非正常状态，泵站机组可能会因为短路或者堵转造成故障，此时泵站机组的实际输出的流量和额定输出流量Q0之间存在一定的倍数关系，这时将这个倍数关系设定为泵站机组过载的保护系数k2，此时将泵站工作状态判定为非正常状态并进行报警提示。

如图3所示，所述泵站信息智能监测终端包括处理中心，均与处理中心相互双向通讯的信息监测单元、掉电存储单元、显示单元和远程通信单元，分别为处理中心、信息监测单元、掉电存储单元、显示单元和远程通信单元提供电能的电源管理模块，以及与信息监测单元相连的若干个传感器。

所述传感器用于采集泵站的运行数据，并将运行数据传输给信息监测单元；其中，传感器形式多样，包括电流传感器、电压传感器和流量计。电流传感器可以是适配的互感器，也可以是电流变送器；电压传感器可以是变压器；流量计可以是差压式、涡轮式以及电磁式流量计。

所述信息监测单元用于获取传感器采集的运行数据，并将运行数据经检测处理后传输给处理中心。

所述处理中心用于对信息监测单元传输来的运行数据通过信息处理获得泵站机组的监测数据，并基于监测数据建立率定模型，提取率定参数；当泵站信息智能监测终端发生掉电故障时，处理中心可以通过读取掉电存储单元的数据进行现场恢复。

所述显示单元用于显示处理中心传输来的监测数据，并供用户进行配置信息的预设或实时输入，以及将配置信息传输给处理中心；所述显示单元为集成处理器的触摸显示屏。

所述远程通信单元用于将处理中心传输来的监测数据发送到云平台的数据库进行存储，并从云平台调用数据库的历史监测数据给处理中心；远程云平台可以是一台正常运行的服务器，也可以是一个服务器的集群。远程通信单元可以是独立的集成通讯模块，也可以是由多个单元构成的通信模块；以独立的集成通讯模块GPRS通讯模块为例，传输方式可以是TCP/IP传输，也可以是HTTP传输，以TCP/IP传输方式为例，可以选择最大传输速率为115.2kb。

所述掉电存储单元用于接收处理中心写入的数据，并对数据进行更新和保存，所述数据包括配置信息、率定参数和监测数据；所述配置信息包括泵站信息智能监测终端所用服务器IP及端口号、泵站名称、泵站编号和泵站水泵机组编号，所述监测数据包括泵站水泵机组的运行状态、实时流量、本次水量和累计水量。

如图4所示，所述信息监测单元包括依次相连的信号处理模块、寄存器单元和通讯接口，均与信号处理模块相连的电流检测模块、电压检测模块和流量检测模块，以及分别连接于电流检测模块、电压检测模块和流量检测模块上的传感器接口。

所述传感器接口用于接入传感器，获取传感器采集的运行数据，所述电流检测模块、电压检测模块和流量检测模块分别用于将传感器采集的运行数据转换为电流数字信号、电压数字信号和流量数字信号，所述信号处理模块用于将电流数字信号、电压数字信号和流量数字信号转换成采集信息传输给寄存器单元，所述寄存器单元用于保存信号处理模块传送的采集信息、并将采集信息传输给通讯接口，所述通讯接口用于将采集信息传送给处理中心。其中，所述采集信息包括三相电流、三相电压、功率因素和三相功率。

如图2所示，所述步骤1)检查泵站机组状态，确定泵站机组处于停机状态，具体为，

1-1)检查泵站机组状态；

1-2)判断泵站机组是否处于停机状态，若是执行步骤1-3)，若否执行步骤1-4)；

1-3)将泵站机组与泵站信息智能监测终端相连；

1-4)等待泵站机组自然停机或通过手动操作使泵站机组处于停机状态。

所述步骤4)中的零点检测，具体为，

4-1)进行电流检测；

4-2)进行电流有效值计算；

4-3)确定漏电流的阈值；

4-4)归零处理。

所述步骤6)中的零点漂移检测，具体为，

6-1)进行电流检测；

6-2)进行电流有效值计算；

6-3)判断零点漂移，若是执行步骤6-4)，若否执行步骤6-5)；

6-4)转到步骤4)；

6-5)转到步骤7)。

所述步骤7)将配置信息和确定的率定参数进行存储、上传及完整性检查，具体为，

7-1)存储率定参数；

7-2)上传配置信息及率定参数；

7-3)请求泵站信息及率定参数；

7-4)判断信息是否完整，若是率定结束，若否重复步骤7-2)至步骤7-4)。

本发明的创新点在于，实现全面、有效地实时动态监测，并提取出合理的率定参数，可保证测量过程的精确性，计算高效，精度可靠，有助于泵站信息的监测更加精准。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。