一种排涝站智能综合控制系统的制作方法

1.本发明涉及水利工程建设技术领域，尤其涉及一种排涝站智能综合控制系统。


背景技术：

2.随着国民经济及科学技术的进一步发展，科学管理和控制水资源越来越显示其重要性和必要性，尤其是在我国水资源并不充裕以及国家加强环境保护、严控排污的情况下，加强水利设施的信息化建设，更加有效利用和控制水资源已成为亟待解决的问题。故要从工程水利向数字水利转变，从传统水利向现代水利转变，进一步发挥水利工程效益，提高水利设施的数字化和可靠性，已成为当前的迫切任务。
3.而目前排涝泵站的管理多数还是采用在附近设置配备人员的管理所或者在汛期时再到现场人工操作的方式，这样不仅增加人力、物力、财力的开支，并且无法及时准确掌握现场的最新信息，尤其是一些排涝泵站处于交通不便的偏远地带，一旦夜间忽然暴雨倾盆，这样容易造成开泵不及时引起的内涝灾害，给人民群众造成重大的财产损失。
4.现有技术中的一种基于远程自动监测的闸站排涝辅助决策装置(授权公告号是cn204925722u)，该装置主要包括数据监测设施、服务器、手机app程序、可编程控制器；数据监测设施测定的内外河水位通过无线通信网络传送给服务器,服务器根据抓取的天气预报及内外河水位数据确定所需排涝能力,通过无线通信网络向手机app程序主动推送闸门及排涝泵启闭建议,管理人员选择接受或拒绝建议，可编程控制器根据管理人员的选择做出对应的闸门、排涝泵启闭决策，但该装置主要用于农田内涝预前处理，提前排涝以提高排涝能力，不适合直接用于专门的排涝泵站；
5.现有技术中的一种水务综合管理系统(授权公告号：cn 104267706b),该发明系统各主要环节进行自动化监视、控制和管理,在节约电耗、药耗和水耗的前提下保证制水水质和供水质量,并能够及时对生产和处理工艺出现的各种故障进行处理,减少故障损失,提高设备利用率和使用寿命,提高水务系统的自动化、信息化管理水平，当该发明不能实现排涝站的智能控制。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种排涝站智能综合控制系统，利用有线网络和4g/5g无线网络连接技术，以实现排涝站智能远程控制、排涝站远程测控、无人值守，并降低内涝风险及提高排涝站的运行可靠性。
7.为实现上述目的，本发明提供技术方案如下：
8.一种排涝站智能综合控制系统，包括排涝站与监控中心，所述排涝站的数量为n，其中n为大于或等于1的自然数，每个所述排涝站均通过通信网络与所述监控中心连接，
9.所述通信网络包括第一光端机和第二光端机，所述第一光端机和所述第二光端机通过光纤连接；
10.所述监控中心包括第二交换机、监控计算机，所述第二交换机通过有线网络和无
线网络连接所述第二光端机，所述监控计算机连接所述第二交换机；
11.所述排涝站包括视频监控设备、第一交换机、ai智能控制器、检测传感器、自流排水闸门及排涝泵，所述视频监控设备与所述ai智能控制器均连接所述第一交换机，所述第一交换机通过有线网络或无线网络连接所述第一光端机，所述检测传感器包括内河水位传感器和外河水位传感器，所述内河水位传感器和所述外河水位传感器均连接所述ai智能控制器，所述内河水位传感器用于采集内河水的实时水位，所述外河水位传感器用于采集外河水的实时水位；
12.其中：
13.所述排涝站的控制水位信息包括多种水位信息，从低到高分别为最低运行水位、启排水位、设计保护水位和最高运行水位，所述最低运行水位、启排水位、设计保护水位和最高运行水位均设于内河上，当内河水的实时水位高于所述启排水位、且所述内河水的实时水位低于所述外河水的实时水位时，所述ai智能控制器控制所述排涝泵运行；
14.当内河水的实时水位高于外河水的实时水位时，所述ai智能控制器控制自流排水闸门打开，使内河的水自流排至外河；当内河水的实时水位低于或等于外河水的实时水位时，所述ai智能控制器控制自流排水闸门关闭，不让外流水流向内河。其中外流水主要指外河水，也包括雨水等。
15.利用有线网络和4g/5g无线网络连接技术，实现对排涝站进行智能控制，根据排涝站的具体情况，预先设定内河水的最低运行水位、启排水位、设计保护水位和最高运行水位，当内河水的实时水位高于所述启排水位时，所述ai智能控制器控制所述排涝泵运行，并且具有排涝泵和自流排水闸门两种独立的排涝方式：当内河水的实时水位高于所述启排水位、且所述内河水的实时水位低于所述外河水的实时水位时，所述ai智能控制器控制排涝泵运行排水；当内河水位的实时水位高于外河水的实时水位时，采用自流排水闸门进行排水。
16.作为进一步的方式，所述检测传感器还包括雨量传感器及流量传感器，所述雨量传感器及流量传感器均连接所述ai智能控制器；
17.所述雨量传感器布设于所述排涝站旁的地面上，用于实时检测降雨量；
18.所述流量传感器设于所述排涝泵的排水管道中，用于侦测排水管道中的流量；
19.所述排涝泵为m台，其中m为大于或等于1的自然数，所述排涝泵与所述ai智能控制器相连，所述ai智能控制器根据所述内河水位传感器、所述外河水位传感器、所述雨量传感器及所述流量传感器的信号控制任一所述排涝泵自动投入或退出运行，并记录所述排涝泵的运行数据，所述排涝泵的运行数据包括运行的时间、电压、电流、排水流量和排水累积总量；
20.其中，下雨时，内河水的实时水位上升，当所述雨量传感器检测到的雨量超过设定值、且内河水的实时水位低于外河水的实时水位、且内河水的实时水位到达启排水位时，所述ai智能控制器控制1台所述排涝泵开启，若1台所述排涝泵无法降低或维持水位，水位继续上升，所述ai智能控制器控制2台所述排涝泵开启，依次类推，直至所述ai智能控制器控制所有的m台所述排涝泵开启。
21.作为一种可选的方式，当内河水的水位已经超过最低运行水位但是还未达到启排水位时，预先设定降雨量的设定值，当降雨量达到预先的设定值时，ai智能控制器先控制启
动1台排涝泵，如果内河水的实时水位还在继续上升，再启动第2台排涝泵，如果内河水的实时水位还在继续上升，则再启动第3台排涝泵，依次类推，直至ai智能控制器控制所有的m台所述排涝泵开启。
22.ai智能控制器通过雨量传感器采集分析出当前雨量大小，并根据内河水位传感器检测到的内河水的实时水位及上升速度，预估当前来水流量，根据内河水位传感器、外河水位传感器、雨量传感器及流量传感器的信号判断开启运行排涝泵的数量，随着内河水位的上升/下降逐步调整运行排涝泵的数量。
23.作为进一步的方案，所述检测传感器还包括压力传感器，所述压力传感器设于所述排涝泵的进出水口处，用于采集所述排涝泵进出水口处的压力，并通过ai智能控制系统计算出各台所述排涝泵的电机机组的运行效率和比较本地相同机组同时运行情况优劣，并进行实时显示、存储数据和长期的查询，为后期运行维护所述排涝泵提供相关数据。
24.作为进一步的方案，所述检测传感器还包括温度传感器，所述温度传感器与所述ai智能控制器相连，所述温度传感器设于所述排涝泵的电机上。
25.作为进一步的方案，所述排涝站智能综合控制系统还包括三相多功能电力仪表，所述三相多功能电力仪表与所述排涝泵的电源输入端连接，所述三相多功能电力仪表用于测量所述排涝泵的电压及电流数据。
26.每台排涝泵电源端安装三相多功能电力仪表，可以测量三相相电压、线电压、三相电流、总用电量等数据。仪表自带电压/电流缺相诊断、电压/电流相序诊断等保护功能。ai智能控制器通过modbus-rtu通讯协议与多功能电力仪表通讯，实时获取排涝泵运行电压、电流等数据。排涝泵轴承位置安装温度传感器，ai智能控制器通过模拟量模块采集温度传感器数据。排涝泵启动运行ai智能控制器将会自动开始计时，直至排涝泵停机。排涝泵累计运行时间保存在数据寄存器内。电磁流量计用于测量封闭管道中导电液体的体积流量。在排涝泵出水管合适位置安装同管径电磁流量计测量出水流量。ai智能控制器通过modbus-rtu通讯协议与电磁流量计通讯，读取水管瞬时流速及累计流量等数据。所有数据的存储、查询使用软件内置数据库完成。
27.其中所述ai智能控制器为工控电脑、plc或mcu。工控电脑是基于嵌入式系统的操作平台，实现对所述云台、所述视觉相机及所述红外光谱探测器的控制，plc是programmable logic controller的简称，是可编程逻辑控制器，是一种具有微处理机的数字电子设备，用于自动化控制的数字逻辑控制器，可以将控制指令随时加载内存内储存与执行；mcu是microcontroller unit的简称，是微控制单元，又称单片微型计算机(single chip microcomputer)或者单片机，是把中央处理器(central process unit；cpu)的频率与规格做适当缩减，并将内存(memory)、计数器(timer)、usb、a/d转换、uart、plc、dma等周边接口，甚至lcd驱动电路都整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机。
28.作为进一步的方案，所述排涝站智能综合控制系统还包括红外探测器与报警器，所述红外探测器设于所述排涝泵的出水口处，所述红外探测器用于感应人体所发出的红外线，所述红外探测器与所述ai智能控制器连接，所述ai智能控制器接收所述红外探测器发出的电信号，所述报警器与所述ai智能控制器连接，并受所述ai智能控制器控制而发出报警声，所述报警器用于提醒所述排涝泵旁边的人和动物离开。
29.排涝泵排水口处有人游玩或者钓鱼，如果此时忽然启动排涝泵，会造成不必要的
人员伤害。所以在排涝泵排水口处安装人体感应摄像头，当摄像头侦测到附近有人时，立刻发出控制报警器发出警告，报警器包括语音，通过语音进行警告驱离。直至出水口附近无人方可开启排涝泵。
30.作为进一步的方案，所述视频监控设备为高清监控摄像头。
31.视频监控设备包括用于拍摄现场图像信息的摄像设备，高清监控摄像头是一种优选的方式。
32.作为进一步的方案，所述内河水位传感器和所述外河水位传感器均为超声波传感器。
33.液位传感器可选接触式液位传感器和非接触式液位传感器，超声波液位传感器作为一种非接触式液位传感器，是一种优选的方式。
34.作为进一步的方案，所述排涝站智能综合控制系统还包括大显示屏，所述大显示屏连接所述监控计算机，所述监控计算机接收所述检测传感器的采集信号、并将所述检测传感器的采集信号通过所述大显示屏显示。
35.通过大显示屏显示之后，更利于观察。
36.作为进一步的方案，所述排涝站智能综合控制系统还包括硬盘录像机，所述硬盘录像机连接所述视频监控设备。
37.作为进一步的方案，所述排涝站智能综合控制系统还包括移动监测控制终端，所述移动监测控制终端通过云端服务器连接所述第二交换机，所述移动监测控制终端通过无线通信网络随时调取各所述排涝站的实时显示运行数据和操控的各台所述排涝泵，以及查看各所述排涝站的视频监控画面。
38.本发明所实现的有益效果：
39.本发明利用有线网络及4g/5g无线网络技术对排涝站进行智能控制，实现了排涝站智能远程控制、排涝站远程测控、无人值守，并降低了内涝风险及提高排涝站的运行可靠性，降低了运行和管理成本。
附图说明
40.图1为本发明实施例的整体示意图。
41.其中：1、监控中心，11、第二交换机，12、监控计算机，13、大显示屏，2、通信网络，21、第二光端机，22、第一光端机，3、第一交换机，4、检测传感器，41、内河水位传感器，42、外河水位传感器，43、红外探测器，44、雨量传感器，45、排涝泵运行参数感应，46、流量传感器，47、排水管压测量仪，48、水闸门状态信息感应，5、视频监控，51、视频监控设备，52、硬盘录像机，53、高清监控摄像头，6、ai智能控制器输出控制，61、排涝泵电机组测控器，62、水闸门控制，63、泵房广播提示，64、出水口广播提示，65、安全或故障报警，7、排涝泵，8、ai智能控制器、100、移动监测控制终端。
具体实施方式
42.如图1所示，一种排涝站智能综合控制系统，包括排涝站与监控中心1，所述排涝站的数量为n，其中n为大于或等于1的自然数，每个所述排涝站均通过通信网络2与所述监控中心1连接，其中每个排涝站均包含一个排涝泵站。
43.通信网络2包括第一光端机22和第二光端机21，第一光端机22和第二光端机21通过光纤连接；
44.监控中心1包括第二交换机11、监控计算机12及大显示屏13，第二交换机11通过有线网络或无线网络连接第二光端机21，监控计算机12连接第二交换机11，大显示屏13连接所述监控计算机12，监控计算机12接收检测传感器4的采集信号、并将检测传感器4的采集信号通过大显示屏13显示出来。
45.排涝站包括视频监控5，具体包括视频监控设备51、第一交换机3、ai智能控制器8、检测传感器4、自流排水闸门及排涝泵7，视频监控设备51与ai智能控制器8均连接第一交换机3，第一交换机3通过有线网络或无线网络连接第一光端机22。
46.第二交换机11连接第二光端机21、第一交换机3连接一光端机22的具体方式是采用蒲公英4g/5g工业无线路由器，该路由器有多种上网方式：移动网络4g/5g、有线光纤、无线中继，广泛应用于lot物联网应用。该路由器可以设定有线优先，一旦检测到有线网络异常立刻切换为移动网络4g/5g，当有线网络恢复正常后自动切换为有线。
47.检测传感器4包括内河水位传感器41和外河水位传感器42、红外探测器43、雨量传感器44、排涝泵运行参数感应45、流量传感器46、排水管压测量仪47、水闸门状态信息感应48，内河水位传感器41和外河水位传感器42、红外探测器43、雨量传感器44、排涝泵运行参数感应45、流量传感器46、排水管压测量仪47、水闸门状态信息感应48均连接ai智能控制器8，内河水位传感器41用于采集内河水的实时水位，外河水位传感器42用于采集外河水的实时水位，雨量传感器44布设于排涝站的地面上，用于实时检测雨量，流量传感器46设于排涝泵的排水管道中，用于侦测排水管道中的流量。
48.排涝泵运行参数感应45包括排涝泵的电流、电压、温度、流量参数，监控中心能实时显示和存储排涝泵运行参数，实时显示和存储内外河水位参数、当地雨量变化、水闸状态；实时和存储各水泵电机运行的时间、累计排水量。及各泵站的排水量。ai智能控制器操控排涝泵启、停、自流排水闸开启、关闭。视频采集泵站出水口、进水口、保护区域、排涝泵、启动控制设备。
49.工作时，内河水位传感器41和外河水位传感器42、红外探测器43、雨量传感器44、排涝泵运行参数感应45、流量传感器46、排水管压测量仪47、水闸门状态信息感应48将各种信息(包括降雨量、水位等)实时数据传送给ai智能控制器8，再通过通信网络2传送给监控中心1，通过现场的视频监控5中的高清监控摄像头53可以实时观测泵站内设备以及闸门的运行情况，大显示屏13决策提供直观的图像信息。
50.具体的，排涝站的控制水位信息包括多种水位信息，从低到高分别为最低运行水位、启排水位、设计保护水位和最高运行水位，最低运行水位、启排水位、设计保护水位和最高运行水位均设于内河上，当内河水的实时水位高于所述启排水位时，ai智能控制器8控制排涝泵7运行；当内河水的实时水位高于外河水的实时水位时，ai智能控制器8控制自流排水闸门打开，使内河的水自流排至外河；当内河水的实时水位低于或等于外河水的实时水位时，ai智能控制器8控制自流排水闸门关闭，不让外流水流向内河。
51.利用有线网络和4g/5g无线网络连接技术，实现对排涝站进行智能控制，根据排涝站的具体情况，预先设定内河水的最低运行水位、启排水位、设计保护水位和最高运行水位，当内河水的实时水位高于启排水位时，ai智能控制器控制排涝泵运行，并且具有排涝泵
和自流排水闸门两种独立的排涝方式：当内河水的水位高于启排水位时，ai智能控制器8控制排涝泵运行排水；当内河水位的实时水位高于外河水的实时水位时，ai智能控制器8控制自流排水闸门进行排水。
52.其中ai智能控制器8可为工控电脑、plc或mcu。工控电脑是基于嵌入式系统的操作平台，实现对所述云台、所述视觉相机及所述红外光谱探测器的控制，plc是programmable logic controller的简称，是可编程逻辑控制器，是一种具有微处理机的数字电子设备，用于自动化控制的数字逻辑控制器，可以将控制指令随时加载内存内储存与执行；mcu是microcontroller unit的简称，是微控制单元，又称单片微型计算机(single chip microcomputer)或者单片机，是把中央处理器(central process unit；cpu)的频率与规格做适当缩减，并将内存(memory)、计数器(timer)、usb、a/d转换、uart、plc、dma等周边接口，甚至lcd驱动电路都整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机。
53.其中排涝泵7故障判断，排涝泵7是通过电机带动：
54.电机缺相运行：运行电压、电流与正常值比较明显异常，且电机会迅速升温触发热保护。可编程控制器判断电机缺相运行。自动关停异常电机、上传报警并轮换正常电机运行；
55.电机轴承磨损：电机轴承磨损会造成异响，并且效率降低，出水流量低于正常值，温度高于正常温度值，电流高过正常值，可编程控制器根据以上条件判断电机轴承磨损。自动关停异常电机、上传报警并轮换正常电机运行；
56.电机吸水口被异物堵塞：电机运行电流明显低于正常值，出水流量低于正常值。可编程控制器根据以上条件判断电机吸水口被堵。自动关停异常电机、上传报警并轮换正常电机运行。
57.另外，ai智能控制器8接受到报警信号在大屏上提示并且保存记录。报警复位需要相关权限人员方可复位。历史报警记录可查询。每台排涝泵运行时可编程控制器会自动累计该排涝泵运行时间。将数据保存在断电保存数据寄存器。每次启动泵组前，先将每台泵组的运行时间进行比较，优先启动运行时间最短的机组。使各泵组工作时间大致相同，磨损均匀，提高运行可靠性。
58.上述排涝站智能综合控制系统还包括移动监测控制终端100，移动监测控制终端100通过云端服务器连接第二交换机11，移动监测控制终端100通过无线通信网络(可以是4g或5g无线通信网络)随时调取各排涝站7的实时显示运行数据和操控的各台排涝泵7，以及查看各排涝站7的视频监控画面。具体的，所述移动监测控制终端100为手机或平板电脑，可实现对本系统的远程监控与控制。
59.具体的，当雨量传感器44侦测到雨量时(包括暴雨)，此时内河水位上升，当内河水的实时水位到达启排水位时，ai智能控制器8控制1台排涝泵7开启，若1台所述排涝泵无法降低或维持水位，水位继续上升，ai智能控制器8控制2台排涝泵7开启，依次类推，直至ai智能控制器控制所有的m台排涝泵7开启。其中作为一种可选的实施方式，当内河水的水位已经超过最低运行水位但是还未达到启排水位时，预先设定降雨量的设定值，当降雨量达到预先的设定值时，ai智能控制器先控制启动1台排涝泵，如果内河水的实时水位还在继续上升，再启动第2台排涝泵，如果内河水的实时水位还在继续上升，则再启动第3台排涝泵，依次类推，直至ai智能控制器控制所有的m台所述排涝泵开启。ai智能控制器通过雨量传感器
采集分析出当前雨量大小，并根据内河水位传感器检测到的内河水的实时水位及上升速度，预估当前来水流量，根据内河水位传感器、外河水位传感器、雨量传感器及流量传感器的信号判断开启运行排涝泵的数量，随着内河水位的上升/下降逐步调整运行排涝泵的数量。
60.本发明排涝站智能综合控制系统的防洪排涝具体原理是包括自流排涝和自动强制排涝两部分：
61.(1)自流排涝：当内河水位升高时，当内河水位超过外河水位时，ai智能控制器8控制自流排水闸门打开，内河的水自流至外河，防止内涝；开闸后一段时间，当内河水位不超过外河水位时，ai智能控制器8控制自流排水闸门自动关闭。
62.(2)自动强制排涝：当内河水位升高时，特别是雨量传感器有20mm(可根据排涝泵站集雨面积调整)以上的降雨时，当内河水的实时水位高于启排水位、且内河水的实时水位低于外河水的实时水位时，ai智能控制器8控制排涝泵7运行，若1台所述排涝泵无法降低或维持水位，水位继续上升，ai智能控制器8控制2台排涝泵7开启，依次类推，直至ai智能控制器控制所有的m台排涝泵7开启。
63.另为了安全，当内河水位将超过最高运行水位或外河水位将超过堤防保护水位时，发出警报，并关闭所有排涝泵和切断总电源。
64.最后需要说明的是，上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本技术所附权利要求所限定的范围。