專利名稱：避咸泵站自動調度的控制系統及方法
技術領域：
本發 明涉及一種避咸泵站自動調度的控制方法，具體地說，涉及一種以三大條件為主，其它實時監控數據為輔的一種泵站全自動控制系統及方法。
背景技術：
潮汐影響地區歷來是人類聚集最密集，經濟文化最發達的區域。咸潮入侵對城市飲用水影響非常顯著，直接制約著經濟和民生建設的發展。河流下泄的淡水與漲潮流上溯的咸水相互摻混，致使河口沿程鹽度(氯度)不一致的現象稱為咸潮入侵。受咸潮入侵影響，河口段氯度變化可達到2 10倍。目前咸潮入侵的形勢嚴峻，以杭州為例，表現在以下三個方面首先，在自然因素上，由于強潮作用，錢塘江河口鹽水入侵嚴重，杭州閘口站實時鹽度可達7480g/l，遠遠超過飲用水含鹽量小于250mg/l的標準，咸水入侵導致城市停止供水；其次，現今水資源優化調配技術落后、缺乏蓄淡避咸調度理論和控制技術，致使水資源浪費現象嚴重，該蓄的淡水蓄不起來；再次，應急水庫因不經常取水易導致水庫富營養化，間歇性輸水系統長期不運轉也會發生污染甚至設備失靈。目前大多數的水利控制系統是基于人工操作的，一般是通過電話進行人為控制，效率低下且浪費人力資源；沒有鹽度信息預報，抽放水比較盲目，浪費大量可用水資源；雖然現有系統中也有實時鹽度監測，但因為不是自動控制，有較大的滯后性，如有咸潮突然來襲，會使一部分鹽度超標的潮水進入水庫。為此需要研究強混合河口水動力-鹽度耦合的高效預報技術，既為水庫泄水抑咸調度提供科學依據，又是蓄淡水庫避咸取淡調度的技術基礎，并且結合自動控制技術，做成完備的避咸泵站控制系統，是非常有必要的。

發明內容
本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種避咸泵站自動調度的控制系統及方法，本發明將“咸潮預報”與“蓄淡避咸控制”技術結合起來，有效避免咸水進入水廠，并能在枯水大潮組合的苛刻條件下保證水廠進水的含氯度達到最低，安全可靠，很好地解決了現有水利控制系統效率低、盲目性高、滯后性強的問題。本發明的目的是通過以下技術方案來實現的一種避咸泵站自動調度的控制系統，它由實時監測單元、鹽度預報單元、中央控制室和執行機構等組成；其中，所述實時監測部分由若干組江面監測儀、一個水庫液位計、一個閘門鹽度儀和若干個GPRS模塊組成，每個江面監測儀通過RS232串口總線連接一個第一 GPRS模塊、水庫液位計通過RS232串口總線連接一個第二 GPRS模塊，閘門鹽度儀通過RS232串口總線連接一個第三GPRS模塊；鹽度預報單元由第一計算機和第四GPRS模塊通過RS232串口總線連接組成。中央控制室由第二計算機和第五GPRS模塊通過RS232串口總線相連組成。執行機構由閘門、若干個水泵和若干個PLC組成，閘門和每個水泵各通過電纜線連接一 PLC ;所有PLC通過以太網與中央控制室的第二計算機相連。第一 GPRS模塊與第四GPRS模塊無線通信，第二 GPRS模塊、第三GPRS模塊和第四GPRS模塊均與第五GPRS模塊無線通信。一種避咸泵站自動調度的控制方法，該方法在上述避咸泵站自動調度的控制系統上實現，該方法具體為布置在江面上各點的江面監測儀獲得江面各點的水體流速和鹽度值，并發送至鹽度預報單元的第一計算機上，第一計算機根據江面各點的水體流速和鹽度值得到下一日適宜抽水的時間段，并將這個時間段發送至中央控制室的第二計算機中；水庫液位計采集水庫的水位信息并發送至中央控制室的第二計算機中，閘門鹽度儀采集水庫內的鹽度信息并發送至中央控制室的第二計算機中。若當前時刻在第一計算機判定的適宜抽水的時間段內，且水庫內水位未達預設的警戒水位，且閘門口的鹽度值未達預設的警戒鹽度值，第二計算機通過PLC開啟水泵抽水。若水庫內水位達到預設的警戒水位或鹽度值達到預設的警戒鹽度值，第二計算機通過PL C停止水泵。若水庫內水位超過預設的警戒水位，第二計算機通過PLC開啟閘門放水。進一步地，所述第一計算機根據江面各點的水體流速和鹽度值得到下一日適宜抽水的時間段具體如下第一計算機通過以下數學模型得到下一日適宜抽水的時間段連續方程字+ ▽ ■ (pV) = O
Ot運動方程-〔■■€!■■■-+ ▽ · /)νν) = pi + Vp + VMtWV]
dt鹽度輸運方程+ ▽ ■ (SV) -二 V -[.4VS]其中，P為密度；t為時間；V為流速；f為單位質量力；p為表面力；μ為粘滯系數；U t為垂向粘滯系數；S為鹽度；A為鹽分紊動擴散系數。本發明的有益效果是，本發明能準確的預報下一日可抽放水的時間段，最大程度的減少可用水資源的浪費；可以有效避免咸水進入水廠，并能在枯水大潮組合的苛刻條件下保證水廠進水的含氯度達到最低。


圖I是控制系統框圖；圖2是實施例中錢塘江站點分布；圖3是PLC控制程序流程圖。
具體實施例方式General Packet Radio Service (通用分組無線業務)簡稱為GPRS,它經常被描述成〃2. 5G〃，也就是說這項技術位于第二代(2G)和第三代(3G)移動通訊技術之間，是一種以GSM (全球手機系統)為基礎的數據傳輸技術。GPRS網絡自身獨有的技術與應用上的優勢，特別適用于突發性、高頻率、小流量的數據傳輸服務。這些特征正是遠程監測系統數據的特點。因此GPRS特別適合各種數據采集/通信或監測系統的使用。如圖I所示，整個系統是由實時監測單元、鹽度預報單元、中央控制室和執行機構四大部分組成。其中，實時監測部分由若干組江面監測儀、一個水庫液位計、一個閘門鹽度儀和若干個GPRS模塊組成，若干組江面監測儀安裝在江面的多個位置，水庫液位計安裝在水庫內，閘門鹽度儀安裝在閘門外，每個江面監測儀通過RS232串口總線連接一個第一 GPRS模塊、水庫液位計通過RS232串口總線連接一個第二 GPRS模塊，閘門鹽度儀通過RS232串口總線連接一個第三GPRS模塊；鹽度預報單元由第一計算機和第四GPRS模塊通過RS232串口總線連接組成。中央控制室由第二計算機和第五GPRS模塊通過RS232串口總線相連組成。執行機構由閘門、若干個水泵和若干個PLC組成，閘門和每個水泵各通過電纜線連接一 PLC ;所有PLC通過以太網與中央控制室的第二計算機相連。第一 GPRS模塊與第四GPRS模塊無線通信，第二 GPRS模塊、第三GPRS模塊和第四GPRS模塊均與第五GPRS模塊無線通信。本發明的避咸泵站自動調度的控制方法在上述避咸泵站自動調度的控制系統上實現，該方法具體為布置在江面上各點的江面監測儀獲得江面各點的水體流速和鹽度值，并發送至鹽度預報單元的第一計算機上，第一計算機根據江面各點的水體流速和鹽度值得到下一日適宜抽水的時間段，并將這個時間段發送至中央控制室的第二計算機中，水庫液位計采集水庫的水位信息并發送至中央控制室的第二計算機中，閘門鹽度儀采集水庫內的 鹽度信息并發送至中央控制室的第二計算機中。若當前時刻在第一計算機判定的適宜抽水的時間段內，且水庫內水位未達預設的警戒水位，且閘門口的鹽度值未達預設的警戒鹽度值，第二計算機通過PLC開啟水泵抽水。若水庫內水位達到預設的警戒水位或鹽度值達到預設的警戒鹽度值，第二計算機通過PLC停止水泵。若水庫內水位超過預設的警戒水位，第二計算機通過PLC開啟閘門放水。所述第一計算機根據江面各點的水體流速和鹽度值得到下一日適宜抽水的時間段具體如下第一計算機通過以下數學模型得到下一日適宜抽水的時間段連續方程￥ + ▽ ■ (pV) = Oi；t運云力方程+▽ . OVV) = pf + Vp + ▽. [(// + μ )VV]
(X鹽度輸運方程^+ V’(、SV) = V.[/iVS]
dt其中P為密度；t為時間'N為流速；f為單位質量力；p為表面力；μ為粘滯系數；μ t為垂向粘滯系數；s為鹽度；A為鹽分紊動擴散系數。該模型中，流速和鹽度是通過江面的監測儀實時測得的，即模型的輸入條件，其他量都是常數。所以輸入條件一般為上下游邊界的流速和鹽度過程線，經過離散疊代后，輸出得到未來時刻的流速和鹽度的分布圖，以此來對強潮河流鹽度分布進行高效預報，快速合理地預測出未來數天至數十天的鹽度分布，為上游水庫優化調度提供依據。下面結合實施例進一步描述本發明。如圖2所示，泵站在閘口處，然后分別在上游的聞堰、之江，下游的七堡、倉前、鹽官、鐓浦、乍浦共8個站點設置測試儀。如圖I所示，江面各點監測儀實時測得流速和鹽度，其中，流速可以通過ADCP (全稱為Acoustic Doppler Current Profilers,即聲學多普勒流速剖面儀,具有能直接測出斷面的流速剖面、具有不擾動流場、測驗歷時短、測速范圍大、精度高等特點，目前被廣泛用于海洋、河口的流場結構調查、流速和流量測驗等)測試得到，鹽度可以通過CTD (特指一種用于探測海水溫度，鹽度，深度等信息的探測儀器，名為溫鹽深儀)測試得到，所以輸入條件一般為上下游邊界的流速和鹽度過程線，經過離散疊代后，輸出得到未來時刻的流速和鹽度的分布圖，以此來對強潮河流鹽度分布進行高效預報，快速合理地預測出未來數天至數十天的鹽度分布，為上游水庫優化調度提供依據。水庫內的液位計將測到的水位值通過第二 GPRS模塊將數據發出，由中央控制室內的第五GPRS模塊接收并傳給第二計算機，然后將發來的水位數據與預設好的警戒水位值進行比較。系統采用西門子SITRANS Probe LU —體化超聲波液位計，24VDC輸入，Γ20ι Α輸出，精度為±0. 02mA, 54KHZ，量程為O. 25^12米；使用自動虛假回波抑制技術可避免固定物體的影響，提高信噪比，使精度到達量程的O. 15%或6毫米；傳感器為ETFE或PVDF材質，可抗化學腐蝕；另外，對于材料和過程溫度變化的應用，PBOBE LU還集成一個內置傳感器，以補償溫度變化。閘門鹽度儀放置在距閘門外約5m處，可以采用臺灣HOTEC SC-106在線鹽度儀。該鹽度儀有以下幾個特點特殊外殼設計，防水效果佳，具STDBY功能，方便保養及校正；4-20mA隔離輸出，不易受干擾，自動溫度補償每。C =2. 1% ;精確度可達±1. 5%FS ;超大型液 晶顯示(IXD)，耐溫至90°C不變黑。非常適宜用作海水鹽度監測。閘門處的警戒鹽度值可設為 250mg/L。本發明可以有效避免咸水進入水廠，并能在枯水大潮組合的苛刻條件下保證水廠進水的含氯度達到最低。
權利要求
1.一種避咸泵站自動調度的控制系統，其特征在于，它由實時監測單元、鹽度預報單元、中央控制室和執行機構等組成；其中，所述實時監測部分由若干組江面監測儀、一個水庫液位計、一個閘門鹽度儀和若干個GPRS模塊組成，每個江面監測儀通過RS232串口總線連接一個第一 GPRS模塊、水庫液位計通過RS232串口總線連接一個第二 GPRS模塊，閘門鹽度儀通過RS232串口總線連接一個第三GPRS模塊；鹽度預報單元由第一計算機和第四GPRS模塊通過RS232串口總線連接組成。中央控制室由第二計算機和第五GPRS模塊通過RS232串口總線相連組成。執行機構由閘門、若干個水泵和若干個PLC組成，閘門和每個水泵各通過電纜線連接一 PLC ;所有PLC通過以太網與中央控制室的第二計算機相連。第一GPRS模塊與第四GPRS模塊無線通信，第二 GPRS模塊、第三GPRS模塊和第四GPRS模塊均與第五GPRS模塊無線通信。
2.一種避咸泵站自動調度的控制方法，該方法在上述避咸泵站自動調度的控制系統上實現，該方法具體為布置在江面上各點的江面監測儀獲得江面各點的水體流速和鹽度值，并發送至鹽度預報單元的第一計算機上，第一計算機根據江面各點的水體流速和鹽度值得到下一日適宜抽水的時間段，并將這個時間段發送至中央控制室的第二計算機中；水庫液位計采集水庫的水位信息并發送至中央控制室的第二計算機中，閘門鹽度儀采集水庫內的鹽度信息并發送至中央控制室的第二計算機中。若當前時刻在第一計算機判定的適宜抽水的時間段內，且水庫內水位未達預設的警戒水位，且閘門口的鹽度值未達預設的警戒鹽度值，第二計算機通過PLC開啟水泵抽水。若水庫內水位達到預設的警戒水位或鹽度值達到預設的警戒鹽度值，第二計算機通過PLC停止水泵。若水庫內水位超過預設的警戒水位，第二計算機通過PLC開啟閘門放水。
3.根據權利要求I所述避咸泵站自動調度的控制方法，其特征在于，所述第一計算機根據江面各點的水體流速和鹽度值得到下一日適宜抽水的時間段具體如下第一計算機通過以下數學模型得到下一日適宜抽水的時間段 連續方程|+ ▽_(#) = () ft運動方程+ V · (pYV) = /rf + Vp + V *[(// + //r)VV] ct 鹽度輸運方程+ K(SV) = VWVS] (Λ 其中，P為密度；t為時間；V為流速；f為單位質量力；p為表面力；μ為粘滯系數；μ t為垂向粘滯系數；S為鹽度；A為鹽分紊動擴散系數。
全文摘要
本發明公開了一種避咸泵站自動調度的控制系統及方法，它由實時監測單元、鹽度預報單元、中央控制室和執行機構等組成；實時監測部分由若干組江面監測儀、一個水庫液位計、一個閘門鹽度儀和若干個GPRS模塊組成，鹽度預報單元由第一計算機和第四GPRS模塊通過RS232串口總線連接組成，中央控制室由第二計算機和第五GPRS模塊通過RS232串口總線相連組成，執行機構由閘門、若干個水泵和若干個PLC組成；應用本發明，可以有效避免咸水進入水廠，并能在枯水大潮組合的苛刻條件下保證水廠進水的含氯度達到最低。
文檔編號E03B3/04GK102900124SQ20121037477
公開日2013年1月30日 申請日期2012年9月29日 優先權日2012年9月29日
發明者陳勇哲, 孫志鋒, 王浩 申請人:浙江大學