一种多泵供水测控系统灌溉管道压力控制器及控制方法

1.本发明属于农业机械节水灌溉领域，更具体地，涉及一种多泵供水测控系统灌溉管道压力控制器及控制方法。


背景技术：

2.节水灌溉设备是农业排灌机械的一种，用于将水源中的水经加压过滤后，通过管网和灌水器输送至作物根系附近土壤表面或土层中。灌溉作物时灌水器流量应保持在一定范围内，而灌水器流量与灌水器工作压力有关，因此灌水器工作时需要稳定的水压力。管道水压力调节可通过调节阀门开度改变管道阻力特性实现水泵工况点的调控，或通过调节水泵直接改变泵工况，因改变管道阻力特性耗能大、调节效果差，现常用变频恒压供水方式调节水压力。
3.变频调速恒压供水方式通过变频器调节水泵电动机转速来调节水泵工况点，现有变频恒压供水控制系统调控范围有限，调节方式和控制策略单一，难以满足对灌溉系统的调节需求。


技术实现要素：

4.本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供了一种多泵供水测控系统灌溉管道压力控制器及控制方法，该控制器通过传感器组件采集多种运行参数实时监测水泵运行状况，根据不同管道特性控制多个灌溉管道压力控制组件，通过优化水泵控制策略，更加细化、灵活并快捷地调节管道压力。
5.为了实现上述目的，本发明提供了一种多泵供水测控系统灌溉管道压力控制器，包括：
6.供水测控系统，所述供水测控系统包括控制主机、传感器组件和多个灌溉管道压力控制组件，多个所述灌溉管道压力控制组件分别设置于多个水泵上，所述控制主机根据所述传感器组件采集的参数信息来控制所述灌溉管道压力控制组件工作；
7.灌溉测控网络平台，与所述供水测控系统连接，所述灌溉测控网络平台内设置有第一处置预案和第二处置预案；
8.所述控制主机内设置有存储模块，所述存储模块用于存储从所述灌溉测控网络平台上下载的第一参数阈值、所述第二参数阈值；
9.当所述参数信息处于所述第二参数阈值时，所述控制主机能够从所述第一处置预案中选取第一处置方案；
10.当所述参数信息不处于所述第二参数阈值范围内时，所述控制主机能够生成故障数据；
11.所述控制主机能够根据所述故障数据从所述第二处置预案中选取第二处置方案；
12.ups电源，与所述供水测控系统连接。
13.可选地，所述传感器组件包括：
14.水压力传感器，设置于管道上；
15.转速传感器，与所述水泵连接；
16.加速度传感器，设置于所述管道的转折处和所述水泵上；
17.温湿度传感器，设置于所述管道上；
18.水位传感器，设置于蓄水设备上；
19.声音传感器，设置于所述水泵上；
20.功率传感器，设置于所述水泵上；
21.流量传感器，设置于所述管道上。
22.可选地，所述灌溉管道压力控制组件包括：
23.控制器，所述控制器连接有数字输入单元、模拟输入单元、数字输出单元和模拟输出单元，所述控制器与所述水压力传感器和所述水位传感器连接；
24.远程传输单元，所述控制器通过所述远程传输单元与所述控制主机连接；
25.至少一个变频器，所述控制器通过所述变频器与所述水泵连接。
26.可选地，所述水压力传感器包括真空压力传感器和水压力开关。
27.可选地，所述灌溉测控网络平台包括服务端平台软件和网络安全设备，所述服务端平台软件通过互联网与所述控制主机连接。
28.本发明还提供了一种多泵供水测控系统灌溉管道压力控制方法，利用上述的多泵供水测控系统灌溉管道压力控制器，其特征在于，该方法包括：
29.设置第一参数阈值、第二参数阈值、第一处置预案和第二处置预案；
30.存储第一参数阈值、第二参数阈值和第一处置预案；
31.获取传感器组件采集的参数信息；
32.判断所述参数信息是否处于所述第一参数阈值范围内，若所述参数信息处于所述第一参数阈值范围内，则保持原有控制状态，若所述参数信息不处于所述第一参数阈值范围内，则进行下一步判断；
33.判断所述参数信息是否处于所述第二参数阈值范围内，若所述参数信息处于所述第二参数阈值范围内，则从所述第一处置预案中选取第一处置方案并执行所述第一处置方案，若所述参数信息不处于所述第二参数阈值范围内，则生成故障数据。
34.可选地，还包括将第一参数阈值、第二参数阈值、第一处置预案和第二处置预案设置于灌溉测控网络平台上。
35.可选地，还包括利用控制主机将第一参数阈值、第二参数阈值、第一处置预案下载至存储模块。
36.可选地，在生成故障数据后，还包括：
37.所述控制主机连接所述灌溉测控网络平台；
38.根据所述故障数据从所述第二处置预案中选取第二处置方案，若能够选取出所述第二处置方案，则执行所述第二处置方案，若不能够选取出所述第二处置方案，则发出停机信号。
39.可选地，若所述第一处置方案或所述第二处置方案将所述参数信息调整至所述第一参数阈值范围内，则在存储模块内记录日志，若所述第一处置方案或所述第二处置方案不能将所述参数信息调整至所述第一参数阈值范围内，则发出停机信号并报告故障码。
40.本发明提供了一种多泵供水测控系统灌溉管道压力控制器及控制方法，其有益效果在于：
41.1、该控制器具有更灵活的系统架构，适用范围更广，该控制器包括灌溉测控网络平台、供水测控系统、灌溉管道压力控制组件，灌溉管道压力控制组件可独立工作，也可由供水测控系统监控，供水测控系统连接1个或多个灌溉管道压力控制组件，灌溉测控网络平台连接1个或多个供水测控系统，并支持自动组网，系统支持用户通过网络平台监控供水测控系统、灌溉管道压力控制组件，用户可上载控制参数、下载监控信息数据，该供水测控系统与现有恒压供水设备整合，提供监测和部分控制功能；
42.2、该控制器中支持多种传感器类型，支持多种传感器通信方式，控制算法支持对单个传感器的编程，支持在部分传感器失效的情况下运行，支持传感器信号在供水测控系统、灌溉管道压力控制组件之间共享，该供水测控系统集成部分传感器并对不同传感器组合工况进行优化，并可根据失效传感器类型改变控制策略，支持多种传感器故障保护模式；
43.3、该控制器支持对输入与输出端子独立编程，支持接入常见设备状态输入，如反冲洗过滤装置的启停状态、施肥设备的启停状态、水位开关状态、压力开关状态、变频设备启停状态、水泵启停状态，系统可通过编程将上述状态信息同步至输出端子；
44.4、当农村偏远区域电网不稳定时，该供水测控系统具有ups电源并对断电工况进行优化，可在断电时为灌溉管道压力控制组件、传感器组件、部分低功耗设备维持一段时间供电，持续监控设备断电后的状态，及时发现断电故障，依托蜂窝网络通知用户，并为后续故障诊断提供监测数据。
45.本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
46.通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
47.图1示出了根据本发明的一个实施例的供水测控系统的示意图。
48.图2示出了根据本发明的一个实施例的灌溉管道压力控制组件的流程图。
49.图3示出了根据本发明的一个实施例的控制器通过变频器控制水泵的控制示意图。
50.图4示出了根据本发明的一个实施例的通过水压力传感器控制变频器的控制流程示意图。
51.图5示出了根据本发明的一个实施例的供水测控系统的控制流程示意图。
52.图6示出了根据本发明的一个实施例的多泵供水测控系统灌溉管道压力控制器的示意图。
53.附图标记说明：
54.1、供水测控系统；2、控制主机；3、传感器组件；4、灌溉管道压力控制组件；5、灌溉测控网络平台；6、ups电源；7、数字输入单元；8、模拟输入单元；9、数字输出单元；10、模拟输出单元；11、控制器；12、远程传输单元；13、变频器。
具体实施方式
55.下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
56.本发明提供了一种多泵供水测控系统灌溉管道压力控制器，包括：
57.供水测控系统，供水测控系统包括控制主机、传感器组件和多个灌溉管道压力控制组件，多个灌溉管道压力控制组件分别设置于多个水泵上，控制主机根据传感器组件采集的参数信息来控制灌溉管道压力控制组件工作；
58.灌溉测控网络平台，与供水测控系统连接，灌溉测控网络平台内设置有第一处置预案和第二处置预案；
59.控制主机内设置有存储模块，存储模块用于存储从灌溉测控网络平台上下载的第一参数阈值、第二参数阈值和第一处置预案；
60.当参数信息处于第二参数阈值时，控制主机能够从第一处置预案中选取第一处置方案；
61.当参数信息不处于第二参数阈值范围内时，控制主机能够生成故障数据；
62.控制主机能够根据故障数据从第二处置预案中选取第二处置方案；
63.ups电源，与供水测控系统连接。
64.具体的，该供水测控系统采集传感器组件的多种运行参数，监控灌溉管道压力控制组件的工作状态，整合监测反冲洗过滤器等设备，协调多个灌溉管道的压力，减少管道压力波动；灌溉管道压力控制组件能够控制多台水泵为灌溉管道供水，并通过控制水泵的转速调节管道的压力，根据水泵类型调节控制模式，实时监测水泵运行状态；在供水测控系统中，控制主机监控灌溉管道压力控制组件的工作状态，综合监测灌溉系统设备状态，适时调整控制策略，减少管道压力波动，及时发现异常信息；ups电源为控制主机、各个传感器、远程传输单元提供电源，在停电时可维持供电一段时间。
65.进一步的，控制主机能够从灌溉测控网络平台上下载第一参数阈值、第二参数阈值和第一处置预案并将其存储，能够提高控制反应速度，同时，对于第二处置预案，可以随时上传至灌溉测控网络平台，以便随着运行进程的进行，陆续提供更多的处置预案，实现更加精准的调控；另外，设置第一参数阈值和第二参数阈值，并设置相应的多个第一处置预案和多个第二处置预案，使得对于灌溉管道压力的调控更加细化，便于实现精准快捷地调控。
66.可选地，传感器组件包括：
67.水压力传感器，设置于管道上；
68.转速传感器，与水泵连接；
69.加速度传感器，设置于管道的转折处和水泵上；
70.温湿度传感器，设置于管道上；
71.水位传感器，设置于蓄水设备上；
72.声音传感器，设置于水泵上；
73.功率传感器，设置于水泵上；
74.流量传感器，设置于管道上。
75.具体的，传感器组件中水压力传感器将检测到的实时水压力信息传送给控制主机；转速传感器为控制主机提供电机运转速度状态信息；加速度传感器安装在对振动、位移敏感的管道转折处、泵体、过滤器过滤单元等，为控制主机提供前述单元的状态信息；温湿度传感器能够检测空气温湿度、水温、设备温度等，为控制主机提供前述单元的温度、湿度状态信息；水位传感器安装在水桶、水箱、水池、水井等蓄水设施内，为控制主机提供水位状态信息；声音传感器安装在对振动、噪声敏感的位置，如水泵、电源、地板等位置，为控制主机提供设备运转状态信息；功率传感器采集重点设备的功率信息，为控制主机提供设备运转状态信息；流量传感器安装在管道上，为控制主机提供管道流量信息；控制主机可采集多种运行参数，能够实时监测水泵的运行状态，根据不同管道特性控制多个灌溉管道压力控制组件，通过优化控制方法和算法调节水泵启停策略，以调节管道压力，减少管道压力波动。
76.可选地，灌溉管道压力控制组件包括：
77.控制器，控制器连接有数字输入单元、模拟输入单元、数字输出单元和模拟输出单元，控制器与水压力传感器和水位传感器连接；
78.远程传输单元，控制器通过远程传输单元与控制主机连接；
79.至少一个变频器，控制器通过变频器与水泵连接。
80.具体的，数字输入单元和数字输出单元将数字信号向控制器输入和输出，而模拟输入单元和模拟输出单元将模拟信号向控制器输入和输出，控制器可以连接水压力传感器和水位传感器，支持3个同类传感器，控制器直接控制水泵或通过控制至少一个变频器来控制水泵；控制器可与远程传输单元连接，可通过无线方式连接上一级控制器；控制器可通过串行总线连接上一级控制器、传感器、变频器。
81.在一个实施例中，控制器可连接压力开关。控制器连接单个压力开关时，若控制器控制单台水泵启停，当控制器启动水泵运行一段时间，检测到压力开关状态与预设状态不相符时，可记录为故障，并显示故障代码供用户分析；若控制器控制多台水泵启停，当控制器启动全部水泵运行一段时间，检测到压力开关状态与预设状态不相符时，可记录为故障，并显示故障代码供用户分析。控制器连接多个压力开关时，可将压力开关设定为一定范围，若控制器控制单台水泵启停，当控制器启动水泵运行一段时间，检测到预设压力状态与设定的压力开关范围不相符时，可记录为故障，并显示故障代码供用户分析；若控制器控制多台水泵启停，当控制器启动全部水泵运行一段时间，检测到压力开关状态与预设状态不相符时，可记录为故障，并显示故障代码供用户分析；控制器可控制多台水泵启停，使得管道压力在压力开关范围内。进一步的，控制器可连接压力传感器。具体控制方式与前述控制器连接压力开关类似。
82.可选地，水压力传感器包括真空压力传感器和水压力开关。
83.可选地，灌溉测控网络平台包括服务端平台软件和网络安全设备，服务端平台软件通过互联网与控制主机连接。
84.具体的，服务端平台软件运行与服务器之间，远程传输单元通过互联网与服务器连接，其网络流量由网络安全设备监控；服务端平台软件是灌溉测控网络平台的核心；具有远程传输单元的供水测控系统、灌溉管道压力控制组件，采用蜂窝网络、wifi、有线连接的一种或组合方式连接互联网，进而连接灌溉测控网络平台；用户可通过网络平台上载控制
参数、下载监控信息数据。
85.本发明还提供了一种多泵供水测控系统灌溉管道压力控制方法，利用上述的多泵供水测控系统灌溉管道压力控制器，其特征在于，该方法包括：
86.设置第一参数阈值、第二参数阈值、第一处置预案和第二处置预案；
87.存储第一参数阈值、第二参数阈值和第一处置预案；
88.获取传感器组件采集的参数信息；
89.判断参数信息是否处于第一参数阈值范围内，若参数信息处于第一参数阈值范围内，则保持原有控制状态，若参数信息不处于第一参数阈值范围内，则进行下一步判断；
90.判断参数信息是否处于第二参数阈值范围内，若参数信息处于第二参数阈值范围内，则从第一处置预案中选取第一处置方案并执行第一处置方案，若参数信息不处于第二参数阈值范围内，则生成故障数据。
91.具体的，对于该控制器的控制方法，首先在灌溉测控网络平台上编辑输入第一参数阈值、第二参数阈值、第一处置预案和第二处置预案作为控制信息，然后从灌溉测控网络平台上获取控制器信息并将其下载至存储模块上，形成设定的参数范围，在根据传感器组件获取的实时的参数信息，将参数信息与第一参数阈值进行比较，当参数信息处于第一参数阈值内，则保持原有控制状态，如果参数信息不处于第一参数阈值内时，再将参数信息与第二参数阈值进行比较，如果参数信息处于第二参数阈值内，则从第一处置预案中选择相对应的第一处置方案，对参数信息进行调整，从而处理故障，但是当参数信息不处于第二参数阈值内，则生成故障数据，需要向灌溉测控网络平台请求帮助。
92.在一个实施例中，控制主机优先检测当前实时压力是否处于第一参数阈值内，也就是是否超出设定压力范围，当检测到异常的高压力时，优先控制变频器减速，尽快降低管道压力；当检测到异常的低压力时，控制变频器缓慢提速，直到保持管道压力在设定范围内；只有在压力值处于第一参数阈值时，才保持原有控制状态，无需调整变频器。
93.可选地，还包括将第一参数阈值、第二参数阈值、第一处置预案和第二处置预案设置于灌溉测控网络平台上。
94.具体的，灌溉测控网络平台可以记录多种参数阈值和处置预案，这样在操作者需要想达到何种灌溉管道压力要求时，就能从灌溉测控网络平台上找到，在将其下载至存储模块上，通过控制主机形成设定的参数范围。
95.可选地，还包括利用控制主机将第一参数阈值、第二参数阈值、第一处置预案下载至存储模块。
96.可选地，在生成故障数据后，还包括：
97.控制主机连接灌溉测控网络平台；
98.根据故障数据从第二处置预案中选取第二处置方案，若能够选取出第二处置方案，则执行第二处置方案，若不能够选取出第二处置方案，则发出停机信号。
99.具体的，当参数信息也不处于第二参数阈值时，生成故障数据并发送至灌溉测控网络平台上，灌溉测控网络平台将对应的第二处置预案发送至控制主机上，在其中找到第二处置方案将故障数据进行处理，如果故障数据在灌溉测控网络平台上没有对应第二处置预案，则只能将该控制器进行停机处理，并通过报告故障码等待人工处理。
100.可选地，若第一处置方案或第二处置方案将参数信息调整至第一参数阈值范围
内，则在存储模块内记录日志，若第一处置方案或第二处置方案不能将参数信息调整至第一参数阈值范围内，则发出停机信号并报告故障码。
101.具体的，在该控制方法当中，无论是通过第一处置方案还是通过第二处置方案将故障数据解决后，都将处理过程中生产的数据记录日志中，便于下次从灌溉测控网络平台上获取控制器信息将其下载至存储模块上时，一并将这些第一处理方案和第二处置方案同时下载，提高解决故障数据的效率。
102.实施例
103.如图1至图6所示，本发明提供了一种多泵供水测控系统灌溉管道压力控制器，包括：
104.供水测控系统1，供水测控系统1包括控制主机2、传感器组件3和多个灌溉管道压力控制组件4，多个灌溉管道压力控制组件4分别设置于多个水泵上，控制主机2根据传感器组件3采集的参数信息来控制灌溉管道压力控制组件4工作；
105.灌溉测控网络平台5，与供水测控系统1连接，灌溉测控网络平台5内设置有第一处置预案和第二处置预案；
106.控制主机2内设置有存储模块，存储模块用于存储从灌溉测控网络平台5上下载的第一参数阈值、第二参数阈值和第一处置预案；
107.当参数信息处于第二参数阈值时，控制主机2能够从第一处置预案中选取第一处置方案；
108.当参数信息不处于第二参数阈值范围内时，控制主机2能够生成故障数据；
109.控制主机1能够根据故障数据从第二处置预案中选取第二处置方案；
110.ups电源6，与供水测控系统1连接。
111.在本实施例中，传感器组件3包括：
112.水压力传感器，设置于管道上；
113.转速传感器，与水泵连接；
114.加速度传感器，设置于管道的转折处和水泵上；
115.温湿度传感器，设置于管道上；
116.水位传感器，设置于蓄水设备上；
117.声音传感器，设置于水泵上；
118.功率传感器，设置于水泵上；
119.流量传感器，设置于管道上。
120.在本实施例中，灌溉管道压力控制组件4包括：
121.控制器，控制器连接有数字输入单元7、模拟输入单元8、数字输出单元9和模拟输出单元10，控制器11与水压力传感器和水位传感器连接；
122.远程传输单元12，控制器11通过远程传输单元12与控制主机2连接；
123.至少一个变频器13，控制器11通过变频器13与水泵连接。
124.在本实施例中，水压力传感器包括真空压力传感器和水压力开关。
125.在本实施例中，灌溉测控网络平台5包括服务端平台软件和网络安全设备，服务端平台软件通过互联网与控制主机2连接。
126.本发明还提供了一种多泵供水测控系统灌溉管道压力控制方法，利用上述的多泵
供水测控系统灌溉管道压力控制器，其特征在于，该方法包括：
127.设置第一参数阈值、第二参数阈值、第一处置预案和第二处置预案；
128.存储第一参数阈值、第二参数阈值和第一处置预案；
129.获取传感器组件采集的参数信息；
130.判断参数信息是否处于第一参数阈值范围内，若参数信息处于第一参数阈值范围内，则保持原有控制状态，若参数信息不处于第一参数阈值范围内，则进行下一步判断；
131.判断参数信息是否处于第二参数阈值范围内，若参数信息处于第二参数阈值范围内，则从第一处置预案中选取第一处置方案并执行第一处置方案，若参数信息不处于第二参数阈值范围内，则生成故障数据。
132.在本实施例中，还包括将第一参数阈值、第二参数阈值、第一处置预案和第二处置预案设置于灌溉测控网络平台上。
133.在本实施例中，还包括利用控制主机将第一参数阈值、第二参数阈值、第一处置预案下载至存储模块。
134.在本实施例中，在生成故障数据后，还包括：
135.控制主机连接灌溉测控网络平台；
136.根据故障数据从第二处置预案中选取第二处置方案，若能够选取出第二处置方案，则执行第二处置方案，若不能够选取出第二处置方案，则发出停机信号。
137.在本实施例中，若第一处置方案或第二处置方案将参数信息调整至第一参数阈值范围内，则在存储模块内记录日志，若第一处置方案或第二处置方案不能将参数信息调整至第一参数阈值范围内，则发出停机信号并报告故障码。
138.综上，在供水测控系统中，控制主机2与传感器组件3中的多个传感器、灌溉管道压力控制组件4相连接，控制主机2获取来自传感器的数据信息，能获取来自远程传输单元的数据信息，能够获取来自灌溉管道压力控制组件4的数据信息，并将所有数据信息储存至存储模块内，控制主机实时获取传感器的信息，评估控制效果，并重新计算新的控制参数，控制主机重复上述过程，完成供水测控系统对多个水泵的测控；在灌溉管道压力控制组件中，控制器11是灌溉管道压力控制组件的核心，控制器11采集传感器的监测数据和采集数字信号、模拟信号，共同完成供水测控系统的控制，使得供水测控系统根据任务特性调整最适宜的工作状态，并监控设备运行状态，及时预警潜在故障，达到节能、降噪的效果，从而使运行环境舒适、运行成本最低，满足用户使用的需求，多个变频器13分别用于控制水泵，变频器13具有整流模块、滤波模块、逆变模块、制动单元、驱动单元、检测单元、处理单元，变频器13根据水泵实际工况通过调整电压、电流、频率改变其转速，进而调节水泵的流量与水压力，控制器11与变频器13通信，控制变频器13工作状态，调节水泵工作状态，控制器11还能通过串行通信端口与水压力传感器、水位传感器和下一级的控制单元通信；在控制器通过变频器对水泵进行控制时，控制器11控制多台变频器13控制多台水泵时，启动过程与控制单台变频器的方式类似，每个泵同一时间仅有1个开关处于开启状态，水泵提速至最大转速后，会由变频器直接驱动转为工频运行模式，控制器11会同时控制多台变频器13独立完成上述过程，当需要加速时，控制器11根据需求选择同步控制多台变频器13提高频率，或依次控制变频器13提高频率，当需要减速时，控制器11根据需求控制变频器13降低频率，或关闭处于工频运行的水泵，重新采用变频模式启动并提速至需要的转速；在控制器优先通过水压力
传感器来控制变频器时，检测当前压力是否超出设定压力范围，当检测到异常的高压力时，优先控制变频器减速，尽快降低管道压力，当检测到异常的低压力时，控制变频器缓慢提速，直到保持管道压力在设定范围内；在供水测控系统的控制流程中，控制主机可与网络平台连接，可从灌溉测控网络平台5下载控制信息到内部的存储模块中，并根据内部的控制信息生成控制参数，控制控制器11运行，控制主机2被设置为可将日志记录至内部存储模块，用户可根据日志分析设备运行状况；该控制器采用灌溉测控网络平台5、供水测控系统1、灌溉管道压力控制组件4三层结构，灌溉管道压力控制组件4可独立工作，也可由供水测控系统1监控，供水测控系统1连接一个或多个灌溉管道压力控制组件4，灌溉测控网络平台5连接一个或多个供水测控系统1，也可连接并一个或多个灌溉管道压力控制组件4，灌溉管道压力控制组件4与供水测控系统1支持自动组网。
139.以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。