区域加压泵站动态调蓄

区域加压泵站动态调蓄

吴广南

长沙水业集团有限公司 湖南省长沙市 430000

摘要

城市区域性加压泵站如果不进行科学的调度运行，容易造成加压泵站进水口附近管网压力大幅波动，并对自来水厂二级泵房的运行造成不利影响。因此，本文从区域性加压泵站运行实际出发，根据历史数据、泵站实施参数及中心调度室下发的控制指令预测出当前时段的目标进水流量及目标供水量，并通过调节阀门达到目标进水流量。经过长时间的观察测试，除非有特殊供水需求，通过下位机历史数据库预测的供水流量基本与实际供水流量相差无几，对加压泵站的调度起到了非常良好的指导作用。

关键词：供水量预测 泵站调度 区域加压泵站 自控

一、引言

智慧水务的基础是水务数字化，其发展进程从自动化到信息化，再到数字化、“互联网+”。智慧水务建设主要从智慧水厂、智慧管网、智慧营销、智慧管理、智慧服务等角度发力。其中，智慧管网——包括供水管网、区域加压泵站，以及外延的二次供水泵房，是打通供水最后一公里的核心要点。区域加压泵站要做到用户高峰时期不抢水，低谷时期多进水，充分利用加压泵站清水池的调蓄功能，给用户更好的用水体验。

二、现状分析

当前，我国城市规模不断扩大，城市供水管网系统不断扩展，在城市偏远郊区或者地势较高的区域，经常出现管网水压不够、无法正常给当地居民供水的现象。通常采用增设区域性加压泵站进行二次加压的方法来解决区域的供水问题，但是区域性加压泵站如果不进行科学调度运行，会造成加压泵站进水口附近管网压力大幅波动，如在用户用水高峰期，加压泵站集中向市政管网取水，造成市政管网压力骤降，并对自来水厂二级泵房的运行造成不利影响^[1]。

当前针对供水系统优化调度的研究工作主要集中于采集相关的供水信息进行模型的搭建，进而对某一时段的用水量进行预测，并结合供水管网工况和水泵的运行工况，得到最终的优化调度方案。而由于设备设施的缘故，这种方案很难得到推广^[2]。因此，如何更好的运用区域加压泵站清水池的调蓄能力，成为解决问题的关键。

三、设计原理

目前，各行各业要求的自动化程度越来越高，我们在区域加压泵站的自动化设计之初就提出了控制边缘化、自称闭环控制的理念。区域泵站设计为无人值守，由中心调度室下发控制策略，各区域泵站根据下发策略自称闭环控制。

由于现场没有可靠的上位机控制系统，所以需用PLC语言编制出一套用于下位机PLC的历史数据库。通过历史数据判断当天哪个时段为供水高峰期，哪个时段为供水低谷期。在高峰期时，尽量减少泵站进水，充分利用库容水量满足供水需求，减少管网压力。利用用水低谷期，增加进水量，尽可能地利用水池容量，将水池补满。

设计原理：

根据历史数据、泵站实施参数及中心调度室下发的控制指令预测出当前时段的目标进水流量及目标供水量。

通过调节阀门达到目标进水流量，并根据历史数据的分析预测当前的进水流量。

同时，PLC程序中也设置了很多报警及应急处置程序，保证区域加压站的供水需求。

设计方案

1.搭建现场层级的PLC历史数据库模型

1.1 配置同步系统时钟

基于NTP网络时间协议，在泵站环网内搭建NTP服务器，现场实现时考虑网络可靠性可配置多服务器实现冗余。在PLC硬件组态中配置同步时钟功能，指向NTP服务器IP地址，实现环网时钟同步。

1.2 搭建历史数据库

基于精确同步的系统时钟，可实现多站点同步采集泵站出水量。

1.2.1搭建24小时历史数据库

在PLC程序块内创建全局DB块，DB块属性配置为直接地址寻址方式，作为24小时历史数据存储区；编程时考虑采用间接式指针寻址，循环计算并赋值指针地址，实现历史出水量数据存储。

1.2.2搭建历史数据库

在PLC程序块内创建全局DB块，DB块属性配置为直接地址寻址方式，作为历史数据存储区；完成24小时出水量数据存储后，利用块数据复制指令，复制数据至历史数据库，并通过指针循环赋值，实现数据逐日迁移，从而实现历史数据模型的搭建。

2.搭建现场层级的PLC数据分析模型

利用间接寻址的编程方式，循环运算操作指针地址，实现读取历史数据。通过不断求取同时间段出水量数据权重，运算并得出其加权平均值。

通过指针读取出水量历史数据，并与运算加权平均数进行循环比对，运算并绘制24小时供水量峰/谷趋势图以及预期出水量。

3.搭建清水池动态调蓄控制模型

根据预期出水量与当前峰/谷趋势点，实现对站内清水池水量需求分析，并反馈到现场控制模型中，从而实现清水池水量动态调节，实现管网压力平衡并保障生产。

考虑预期与实际生产出现的偏差，需将实时出水量作为控制条件，通过微分运算，得出系统误差Kp，Kp作为控制增益反馈至前端实现补偿。

结论

通过实践证明，本文对区域性加压泵站清水池的动态调蓄控制方法是切实可行的，经过长时间的观察测试，除非有特殊供水需求，通过下位机历史数据库预测的供水流量基本与实际供水流量相差无几，对加压泵站的调度起到了非常良好的指导作用。

用水量预测的精度对调度方案结果的好坏有非常大的影响，通过系统误差系数的补偿，对于因天气系统以及其他生活活动导致的预期偏差有一定的纠正作用。

关于本论文设计方案部分，根据一定规模历史数据进行的模糊权重分析所求得的数据具有一定的生产指导意义。同时，是掌握用户实际用水规律，精细化控制清水池蓄水时间，解决高峰期市政管网压力骤降问题的有效尝试。

另外，为保证加压泵站调蓄的精确性，系统运行过程中的传感器数据必须尽量精确有效，以减少控制误差。

六、参考文献

[1] 王东晓. 城市供水系统的优化调度与智能控制策略探析[J]. 中国市场, 2017(17):303-304.

[2] 李刚, 刘晓峰, 雷楚武, et al. 城市供水系统中区域性加压泵站运行方式研究[J]. 城镇供水, 2018, 205(06):22+48-53.