本发明涉及控制调度领域，特别涉及一种泵站智慧排水调度控制系统。
背景技术：
在城市污水处理系统中，排水泵站不仅担任着将整个城市污水输送到各污水处理厂的重担，还具有格栅过滤、缓冲池厌氧处理等污水预处理、以及排水管网水量调配等功能。
它主要的任务是收集各类用户排出的污水，将污水提升到一定的高度后，通过重力流向下一个泵站，或通过压力推向下一个泵站，最后一个泵站将污水排给污水处理厂。
由此，在日常排水调度时，容易产生各个泵站无序排水，影响泵站排水的工作效率，或由于调度不平衡，导致局域泵站污水满溢。
技术实现要素：
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种泵站智慧排水调度控制系统，具有保障泵站稳定运行、提高泵站排水效率、节约能耗、延长设备寿命、防止污水满溢的特点。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种泵站智慧排水调度控制系统，包括数据检测单元、模式选择单元、调度单元和控制单元，数据检测单元、模式选择单元和调度单元分别与控制单元相连；
所述数据检测单元用于获取单个泵站中进水池和出水池的液位信号、单个泵站中出水管的压力信号、以及单个泵站中出水管的流量信号；
所述模式选择单元中配置有多个低层模式接口，所述低层模式接口用于获取用户的选择请求；
所述控制单元被配置为：
建立与每个低层模式接口对应的恒液位模式、恒压模式和限流模式，以及基于用户的选择请求进入到相应的恒液位模式、恒压模式和限流模式中；其中，
在恒液位模式中，控制单元基于液位信号以按调度单元的指令控制该泵站中多台水泵启停以将进水池和出水池的液位恒定至预设范围；
在恒压模式中，控制单元基于压力信号以按调度单元的指令控制该泵站中多台水泵启停以将出水管的压力恒定至预设范围；
在限流模式中，控制单元基于流量信号以按调度单元的指令控制该泵站中多台水泵启停以将出水管的流量恒定至预设范围。
优选的，在恒液位模式中，所述控制单元被配置为：
设定进水池的排水高液位和出水池的进水低液位；
设定进水池的停泵低液位和出水池的停泵高液位；
基于获取的液位信号，判断进水池的液位是否达到设定的排水高液位、或出水池的液位是否达到设定的进水低液位；
若是，则按调度单元的指令控制多台水泵按预设启动顺序启动第一台水泵，并进一步判断进水池的水位是否继续上升或出水池的水位继续下降，若是，则按预设启动顺序启动第二台水泵，直至多台水泵全部开启。
优选的，在恒液位模式中，控制单元还被配置为：
判断进水池的水位是否下降至停泵低液位或出水池的水位上升至停泵高液位；
若是，则按调度单元的指令控制多台水泵按预设关闭顺序关停第一台水泵，并进一步判断进水池的水位是否继续下降或出水池的水位继续上升，若是，则按预设关闭顺序关停第二台水泵，直至多台水泵全部关闭。
优选的，在恒压模式中，所述控制单元被配置为：
设定出水管的排水低压力和停泵高压力；
基于获取的压力信号，判断出水管的压力是否达到设定的排水低压力；
若是，则按调度单元的指令控制多台水泵按预设启动顺序启动第一台水泵，并进一步判断出水管的压力是否继续下降，若是，则按预设启动顺序启动第二台水泵，直至多台水泵全部开启。
优选的，在恒压模式中，控制单元还被配置为：
判断出水管的压力是否达到设定的停泵高压力；
若是，则按调度单元的指令控制多台水泵按预设关闭顺序关停第一台水泵，并进一步判断出水管的压力是否继续上升，若是，则按预设关闭顺序关停第二台水泵，直至多台水泵全部关闭。
优选的，在限流模式中，所述控制单元被配置为：
基于获取的流量信号，判断出水管的流量是否小于预设的流量；
若是，则基于获取的压力信号，进一步判断出水管的压力是否达到设定的排水低压力；
若是，则按调度单元的指令控制多台水泵按预设启动顺序启动第一台水泵，并进一步判断出水管流量是否继续下降，则按预设启动顺序启动第二台水泵，直至多台水泵全部开启。
优选的，所述控制单元还被配置为：
判断出水管流量是否大于预设的流量；
若是，则按调度单元的指令控制多台水泵按预设关闭顺序关停第一台水泵，并进一步判断出水管的流量是否继续上升，若是，则按预设关闭顺序关停第二台水泵，直至多台水泵全部关闭。
优选的，所述模式选择单元中还配置有多个中层模式接口，所述中层模式接口用于获取用户的选择请求；
所述控制单元还被配置为：
建立与每个中层模式接口对应的节能模式、长寿模式和高效模式，以及基于用户的选择请求进入到相应的节能模式、长寿模式和高效模式中；其中，
在节能模式中，控制单元基于选定的恒液位模式、恒压模式或限流模式，按调度单元的指令控制泵站中各台水泵变频运行，并获取每台水泵的能效系数以优先开启能效系数高的水泵；
在长寿模式中，控制单元按调度单元的指令控制泵站中各台水泵的运行时间相同；
在高效模式中，控制单元按调度单元的指令控制泵站中全部水泵以工频或超频运行。
优选的，所述能效系数=时间开动率*能耗表现指数*设备质量指数，其中，
时间开动率=实际运行时间/（实际运行时间+故障停机时间）；
能耗表现指数=实际产量*额定功率/实际电量/额定流速；
设备质量指数=设备理论折旧费/（设备理论折旧费+设备维护维修费）。
优选的，所述数据检测单元还用于获取单个泵站中本地集水纳管的流量信号；
所述模式选择单元中还配置有高层模式接口，所述高层模式接口用于获取用户的选择请求；
所述控制单元还被配置为：
建立与高层模式接口对应的自动模式，以及基于用户的选择请求进入到相应的自动模式中；其中，
在自动模式中，控制单元基于该泵站中本地集水纳管的流量信号，并判断该泵站中本地集水纳管的流量信号是否小于预设的基准值，若是，则控制该泵站进入到所述节能模式或长寿模式中；反之，若否，则控制该泵站进入到所述高效模式中。
综上所述，本发明对比于现有技术的有益效果为：
通过用户在该系统中选择恒液位模式、恒压模式或限流模式，用以控制泵站以在对应的模式下进行工作，从而每个泵站可以进行相互配合调度，以避免上下游泵站之间的无序排水及污水满溢事件，从而保障泵站稳定运行，有效提高了整体泵站的排水有序性，以提高排水效率、节约能耗、延长设备寿命等。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其他特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明技术方案中泵站、上位机、下位机的连接示意图；
图2为本发明技术方案中控制调度系统的系统框图。
具体实施方式
为了更好的使本发明的技术方案清晰的表示出来，下面结合附图对本发明作进一步说明。
实施例一
一种泵站智慧排水调度控制系统，包括数据检测单元、模式选择单元、调度单元和控制单元，数据检测单元、模式选择单元和调度单元分别与控制单元相连。
每个泵站包括依次连接的进水管、本地集水纳管、进水池（或泵池）、水泵、出水池（或高位井）、出水管。本地集水纳管用以收集本地管网汇集的污水并传输至进水池中。水泵设置在泵房中，水泵通过电动机进行驱动。其中，泵站的进水池、泵池和出水池或高位井上均设置有液位传感器，液位传感器用于输出进水池、泵池和出水池（或高位井）的液位信号；泵站的出水管上设置有压力传感器和流量传感器，压力传感器用于输出出水管的压力信号和流量信号；泵站的本地集水纳管上设置有流量传感器，该流量传感器用于输出本地集水纳管的流量信号。值得说明的是，当出水管没有配置流量传感器时，调度单元可以根据水泵运行时间、频率、液位等数据，依据水力模型进行排水流量计算；当本地集水纳管没有配置流量传感器时，调度单元可以根据上下游泵站流量数据，依据管网模型进行本地集水纳管流量计算。
所述调度单元部署在上位机中，用于获取外部数据及管理指令，并通过对历史大数据及实时数据的关联分析对各泵站运行指标进行计算，并做出调度指令。
本系统中的数据检测单元用于获取单个泵站中进水池（或泵池）和出水池（或高位井）的液位信号、单个泵站中出水管的压力信号、以及单个泵站中出水管的流量信号。
模式选择单元中配置有多个低层模式接口，低层模式接口用于获取用户的选择请求；低层模式接口可接hmi触摸屏或外接设备，在一个实施例中，用户在触摸屏上的点击操作以向低层模式接口发送选择请求。在另一个实施例中，外接设备包括鼠标或键盘，用户在鼠标或键盘上的点击操作以向低层模式接口发送选择请求。
控制单元被配置为：建立与每个低层模式接口对应的恒液位模式、恒压模式和限流模式，以及基于用户的选择请求进入到相应的恒液位模式、恒压模式和限流模式中。
其中，在恒液位模式中，控制单元基于液位信号以按调度单元的指令控制该泵站中多台水泵启停以将进水池（或泵池）和出水池（或高位井）的液位恒定至预设范围。具体地，在恒液位模式中，控制单元被配置为：设定进水池（或泵池）的排水高液位和出水池（或高位井）的进水低液位；设定进水池（或泵池）的停泵低液位和出水池（或高位井）的停泵高液位；基于获取的液位信号，判断进水池的液位是否达到设定的排水高液位、或出水池的液位是否达到设定的进水低液位；若是，则按调度单元的指令控制多台水泵按预设启动顺序启动第一台水泵，并进一步判断进水池（或泵池）的水位是否继续上升或出水池（或高位井）的水位继续下降，若是，则按预设启动顺序启动第二台水泵，直至多台水泵全部开启，同时调节频率。
值得说明的是，控制单元还被配置为：判断进水池（或泵池）的水位是否下降至停泵低液位或出水池（或高位井）的水位上升至停泵高液位；若是，则按调度单元的指令控制多台水泵按预设关闭顺序关停第一台水泵，并进一步判断进水池（或泵池）的水位是否继续下降或出水池（或高位井）的水位继续上升，若是，则按预设关闭顺序关停第二台水泵，直至多台水泵全部关闭，同时调节频率。
其中，在恒压模式中，控制单元基于压力信号以按调度单元的指令控制该泵站中多台水泵启停以将出水管的压力恒定至预设范围。具体地，在恒压模式中，控制单元被配置为：设定出水管的排水低压力和的停泵高压力；基于获取的压力信号，判断出水管的压力是否达到设定的排水低压力；若是，则按调度单元的指令控制多台水泵按预设启动顺序启动第一台水泵，并进一步判断出水管的压力是否继续下降，若是，则按预设启动顺序启动第二台水泵，直至多台水泵全部开启，同时调节频率。
值得说明的是，控制单元还被配置为：判断出水管的压力是否达到设定的停泵高压力；若是，则按调度单元的指令控制多台水泵按预设关闭顺序关停第一台水泵，并进一步判断出水管的压力是否继续上升，若是，则按预设关闭顺序关停第二台水泵，直至多台水泵全部关闭，同时调节频率。
其中，在限流模式中，控制单元基于流量信号以按调度单元的指令控制该泵站中多台水泵启停以将出水管的流量恒定至预设范围。具体地，在限流模式中，所述控制单元被配置为：基于获取的流量信号，判断出水管的流量是否小于预设的流量；若是，则基于获取的压力信号，进一步判断出水管的压力是否达到设定的排水低压力；若是，则按调度单元的指令控制多台水泵按预设启动顺序启动第一台水泵，并进一步判断出水管流量是否继续下降，则按预设启动顺序启动第二台水泵，直至多台水泵全部开启，同时调节频率。
值得说明的是，控制单元还被配置为：判断出水管流量是否大于预设的流量；若是，则按调度单元的指令控制多台水泵按预设关闭顺序关停第一台水泵，并进一步判断出水管的流量是否继续上升，若是，则按预设关闭顺序关停第二台水泵，直至多台水泵全部关闭，同时调节频率。
本申请中，智慧排水的调度管理是由上位机为主角来实施的，本系统配置在上位机中，下位机（plc）设置在每个泵站中，下位机用于汇集泵站中各个传感器的数据及设备运行数据上发至上位机，并相应用以执行上位机的调度指令。
因此，本系统基于用户的选择请求，控制每个泵站进入到相应恒液位模式、恒压模式和限流模式中，以达到每个泵站可以进行相互配合调度，提高上下游泵站之间排水的有序性，实现整体泵站的调度管理。
其中，每个泵站模式选择的决策依据有：
1、排水管网（含雨水管、河道）结构、上下游关系、流通能力、水力模型以及当前各节点水位、压力和流量；
2、各排水泵站的排水能力、当前运行状态、排水裕度及趋势；
3、各污水处理厂的能力、当前运行状态、处理裕度及趋势；
4、各泵站缓冲池或城市“海绵”单元的负荷、裕度及趋势；
5、供水情况、防汛情况、气象（雨量）及趋势；
6、城市管理及“五水共治”的需要。
由此，根据以上依据制定各泵站排水的模式，以下发指令给泵站的下位机，各泵站下位机接到本系统的调度指令后，按上位机安排的排水任务、控制模式及参数要求，切换控制模式，调整控制参数，实施新的控制逻辑。
实施例二
模式选择单元中还配置有多个中层模式接口，中层模式接口用于获取用户的选择请求；
控制单元还被配置为：建立与每个中层模式接口对应的节能模式、长寿模式和高效模式，以及基于用户的选择请求进入到相应的节能模式、长寿模式和高效模式中。其中，
在节能模式中，调度单元基于获取的电量信号和流量信号，计算能效系数，建立节能模型；控制单元基于能效系数、节能模型、及选定的恒液位模式、恒压模式或限流模式，按调度单元的指令控制泵站中各台水泵变频运行，并获取每台水泵的能效系数以优先开启能效系数高的水泵。
具体地，调度单元下发调度指令至各个泵站的下位机（plc）以控制电动机变频控制运行达到水泵变频运行的目的，由此，不再单一以逐台开动或停止水泵的控制方式，而是以变频的方式实现泵站恒液位模式、恒压模式或限流模式。
其中，在需要开启新一台水泵加入运行时，优先开启能效系数高的水泵以节省电能。能效系数=时间开动率*能耗表现指数*设备质量指数，其中，
时间开动率=实际运行时间/（实际运行时间+故障停机时间）；
能耗表现指数=实际产量*额定功率/实际电量/额定流速；
设备质量指数=设备理论折旧费/（设备理论折旧费+设备维护维修费）。
具体地，鉴于tpm强调全面综合地进行设备维护管理，那么评价设备综合效果的oee指标计算值必须是可信的，能真正反映tpm管理效果。所以oee计算方法在设备管理中非常重要而且十分必要。
在分析设备oee前，我们先来讨论一下另一个重要的设备评价指标----设备能力指数cmk。
cmk=(t-2ε)/6σ
其中：t指公差范围；ε指偏移量，等于设计规范中心减去收集数据的平均值；σ为标准偏差。设备能力指数cmk≥1.67；当设备能力达不到时，需立即分析并采取纠正预防措施，然后再重新进行分析，直至符合；若生产设备不能改善，应寻求可替代的生产设备。
其中：t指公差范围；ε指偏移量，等于设计规范中心减去收集数据的平均值；σ为标准偏差。设备能力指数cmk≥1.67；当设备能力达不到时，需立即分析并采取纠正预防措施，然后再重新进行分析，直至符合；若生产设备不能改善，应寻求可替代的生产设备。
同样，在流程型污水处理生产中，典型oee计算公式也难以套用，因此我们需要根据污水处理设备管理特征来进行修正设计。
对oee修正设计的原则是理解特定行业的设备综合效率的绩效要素。对于污水处理行业，设备综合效率的绩效要素是设备生命、运行能耗、维护成本这三要素。
以下设计，将以此原则对典型oee计算公式（oee=时间开动率×性能表现指数×产品质量指数）中的开动率、表现指数、质量指数进行修正设计。
（1）开动率
在污水处理行业，时间可用率或开动率中操作时间或运行时间不一定是越短越好，因为为了省电我们可能采用变频控制技术，通过降频，虽适当延长了运行时间，但单位用电量的水处理量增加了；由于大部分设备都在自动化系统控制下根据实时情况开开停停或降频运行，进行了运行优化处理，所以在时间开动率上的计划开动时间也是动态的。所以，我们可以简单地把计划开动时间用实际运行时间加上故障停机时间代替就可以反映污水处理设备的时间开动率，即：
时间开动率=实际运行时间/计划开动时间
=实际运行时间/(实际运行时间+故障停机时间)
实际运行时间和故障停机时间可以从泵站下位机中获取。
（2）表现指数
在污水处理行业，性能表现率或表现指数中的总产量也不是我们要特别追求的，因为我们希望产量在一个平衡的区间内，而运行成本能降下去。为此，也需对此进行修正，我们用单位设备能耗的产量表现来代替单位时间的产量表现，并称为“能耗表现指数”。对于用电设备，我们可以通俗地用平均每度电的产量来计算能耗表现指数。因此，性能表现指数可用实际单位设备能耗的产量与理论单位设备能耗的产量之比来表示。
用设备节能效率替换生产性能表现指数，即：
能耗表现指数=实际单位设备能耗的产量/理论单位设备能耗的产量
对于以耗电为主的设备，可以用电量表示能耗，即：
能耗表现指数=(实际产量/实际电量)/(额定流速/额定功率)
=实际产量×额定功率/实际电量/额定流速
实际产量（如流量）和实际电量可以从泵站下位机中获取，额定功率和额定流速可以采用设备铭牌上由设备生产厂家提供的数据。
（3）质量指数
在污水处理行业，质量指数也很难用产品合格率或产品质量数据来确定。为此，需对此进行修正，我们用设备本身的运行质量来代替产品质量，并称为“设备质量指数”。设备质量指数可用同一时间段的理论折旧费与实际折旧费之比来衡量，实际折旧费就是理论折旧费加上维修费用。
设备质量指数=设备理论折旧费/设备实际折旧费
=设备折旧费/(设备折旧费+设备维修费)
设备理论折旧费按财务会计记账的固定资产折旧费，设备维修费按实际产生的维修费用和维护保养费用统计。
通过以上的修正处理，我们将污水处理行业的oee的计算公式调整为：
oee=时间开动率×能耗表现指数×设备质量指数
其中：
时间开动率=实际运行时间/(实际运行时间+故障停机时间)
能耗表现指数=实际产量×额定功率/实际电量/额定流速
设备质量指数=设备理论折旧费/(设备理论折旧费+设备维护维修费)
由于考虑了节能因素和生命周期费用，所以上述oee可被称为绿色oee。
以上公式中的大部分数据可以从泵站下位机中和设备台账中获取，从而形成数据参数输入到本系统中。
在长寿模式中，调度单元基于获取的水泵运行信号及能效系数，计算寿命系统，建立长寿模型；控制单元基于寿命系数、长寿模型，按调度单元的指令控制泵站中各台水泵的运行时间相同及频率相同。具体地，本系统通过监测每个水泵运行的时间，以按调度单元下发调度指令以控制每个水泵的运行时间相同。即每个水泵交替启停以保证泵站处于恒液位模式、恒压模式和限流模式中。
在高效模式中，控制单元在保证基本安全要求前提下，按调度单元的指令控制泵站中全部水泵以工频或超频运行。
值得说明的是，控制单元中还配置有组合模式，组合模式就是上述各种模式进行组合应用。具体地，为单个泵站安排多个模式选择，根据泵站的工艺特点和管理要求，选择适用的控制模式，对选择的模式进行优先级排序，以排序的优选级对泵站进行控制。
由此在选择与中层模式接口对应的模式时，需要用户先选择与低层模式接口对应的恒液位模式、恒压模式或限流模式。
实施例三
数据检测单元还用于获取单个泵站中本地集水纳管的流量信号；
其中，当所述数据检测单元无法直接获取单个泵站中本地集水纳管的流量信号时，所述调度单元可以通过上下游泵站流量来计算本地集水纳管流量，所述本地集水纳管流量=本泵站到下游泵站流量之和-上游泵站到本泵站流量之和；
模式选择单元中还配置有高层模式接口，高层模式接口用于获取用户的选择请求；
控制单元还被配置为：建立与高层模式接口对应的自动模式，以及基于用户的选择请求进入到相应的自动模式中；其中，在自动模式中，控制单元基于该泵站中本地集水纳管的流量信号，并判断该泵站中本地集水纳管的流量信号是否小于预设的基准值，若是，则控制该泵站进入到所述节能模式或长寿模式中；反之，若否，则控制该泵站进入到所述高效模式中。
其中，在用户选定恒液位模式、恒压模式或限流模式后，再去选定自动模式，并且在自动模式中，控制单元控制泵站进入到节能模式或长寿模式通过预先设置的形式。
由此，在自动模式中，泵站将根据本地集水纳管的流量信号将自动控制泵站模式的控制。
值得说明的是，控制单元还配置有应急模式，应急模式用于特殊应急事件发生时，部分泵站开启高效模式，部分泵站开启限流模式，以实现部分泵站最大限度地快速排水。应急模式主要通过人工干预各泵站的排水负荷，以满足应急处理的需要。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。