本发明专利涉及泵站自动化控制领域，特别是一种给水泵站的反馈控制系统，整个系统包含不同功能的可编程逻辑控制器控制部分：上游‑水泵反馈控制部分对水泵叶片角度进行全调节自动控制；泵‑泵转速控制部分控制部分根据进水流量控制工作泵的转速变化；安全阀门反馈控制部分减少停泵时水锤对工作泵和管道的回流冲击破坏作用；蓄水池进水反馈控制部分调控蓄水池进水量。本发明建立了灵活且功能多样的自动化反馈控制系统，提高了泵站的管理效率，改进了泵站的运行问题。
1.一种给水泵站反馈控制系统，其特征在于：包括上游(1)，工作泵Ⅰ(2)和安全阀门(6)，上游(1)、工作泵Ⅰ(2)和安全阀门(6)依次连接，工作泵Ⅰ(2)和安全阀门(6)之间并联设有支路一和支路二，支路一上设有调节阀Ⅰ(4)，支路二上串联设有工作泵Ⅱ(3)和调节阀Ⅱ(5)；安全阀门(6)后方设有并联支路三和支路四，支路三连接蓄水池Ⅰ(9)，蓄水池Ⅰ(9)的进口处设有调节阀Ⅲ(7)；支路四连接蓄水池Ⅱ(10)，蓄水池Ⅱ(10)的进口处设有调节阀Ⅳ(8)；
上游(1)和工作泵Ⅰ(2)之间设有上游-水泵反馈控制部分(11)，所述上游-水泵反馈控制部分(11)与工作泵Ⅰ(2)电性连接；上游-水泵反馈控制部分(11)的工作是根据检测上游(1)水位变化控制改变工作泵(2)的叶片角度；
工作泵Ⅰ(2)上设有泵-泵转速控制部分(12)，所述泵-泵转速控制部分(12)与工作泵Ⅱ(3)电性连接；所述泵-泵转速控制部分(12)根据内设控制值在接受工作泵Ⅰ(2)进口处的流量信号后进行判断，发出不同信号控制工作泵Ⅱ(3)和工作泵Ⅰ(2)转速变化；
安全阀门(6)上设有安全阀反馈控制系统Ⅰ(13)和安全阀反馈控制系统Ⅱ(14)，安全阀反馈控制系统Ⅰ(13)实时监测调节阀Ⅰ(4)出口处管道的水压，安全阀反馈控制系统Ⅱ(14)实时监测调节阀Ⅱ(5)出口处管道的水压，当各支路调节阀出口管道处水压值上升接近其设计安全压力时，安全阀反馈控制系统Ⅰ(13)内设逻辑运算后发出信号给安全阀门(6)，安全阀反馈控制系统Ⅱ(14)内设逻辑运算后发出信号给安全阀门(6)，控制各支路调节阀减小阀门开度甚至关阀；其中使安全阀门(6)达到更小开度的信号更优先；其中，安全阀门(6)正常工作时的开度为0.5；
蓄水池Ⅰ(9)和蓄水池Ⅱ(10)上分别设有蓄水池进水反馈控制系统Ⅰ(15)和蓄水池进水反馈控制系统Ⅱ(16)；蓄水池进水反馈控制系统Ⅰ(15)与调节阀Ⅲ(7)电性连接，根据检测到的蓄水池Ⅰ(9)内的水位压力，进行相应内设逻辑程序运算后，发出信号控制调节阀Ⅲ(7)阀门开度；蓄水池进水反馈控制系统Ⅱ(16)与调节阀Ⅳ(8)电性连接，根据检测到的蓄水池Ⅱ(10)内的水位压力，进行相应内设逻辑程序运算后，发出信号控制调节阀Ⅳ(8)阀门开度。
2.根据权利要求1所述的一种给水泵站反馈控制系统，特征在于：所述上游-水泵反馈控制部分(11)对水泵叶片角度进行全调节控制，所述上游-水泵反馈控制部分(11)逻辑控制器内设控制方程为：Δθ(H1)＝0.0005H13-0.0536H12+1.6302H1-13.318
Δθ-与设计水位工况叶片角度的角度差，单位度；其中正表示增大，负表示减小。
3.根据权利要求1所述的一种给水泵站反馈控制系统，特征在于：所述泵-泵转速控制部分(12)控制系统工作泵Ⅱ(3)和工作泵Ⅰ(2)的转速变化，泵-泵转速控制部分(12)内设置工作泵Ⅰ(2)的最大流量值并记录工作泵Ⅰ(2)初设转速值，并实时监测工作泵Ⅰ(2)进水口处的流量，将其传输给泵-泵转速控制部分(12)，当判断工作泵Ⅰ(2)进水口处的流量未达到最大流量值时，泵-泵转速控制部分(12)控制工作泵Ⅱ(3)的转速为工作泵Ⅰ(2)初设转速值的一半，并控制工作泵Ⅰ(2)按初设转速值工作；当判断工作泵Ⅰ(2)进水口处的流量超过最大流量值时，此时泵-泵转速控制部分(12)发出控制信号传给工作泵Ⅰ(2)，控制工作泵Ⅰ(2)的转速提高工作泵Ⅰ(2)初设转速值的一半，并发出控制信号传给工作泵Ⅱ(3)，调控工作泵Ⅱ的转速变成工作泵Ⅰ(2)初设转速值。
4.根据权利要求1所述的一种给水泵站反馈控制系统，特征在于：所述安全阀反馈控制部分Ⅰ、Ⅱ(13、14)减小停泵时水锤对管道和水泵的冲击破坏，所述安全阀反馈控制部分Ⅰ、Ⅱ(13、14)逻辑控制器内设控制方程为：式中，k1-安全阀开度；
p1-监测点管道水压(安全压力为10兆帕)，单位兆帕。
5.根据权利要求1所述的一种给水泵站反馈控制系统，特征在于：所述蓄水池进水反馈控制部分Ⅰ、Ⅱ(15、16)根据蓄水池液位压调节阀门开度进而控制进水流量，所述蓄水池进水反馈控制部分Ⅰ、Ⅱ(15、16)逻辑控制器内设控制方程为：k2(H2)＝0.0002H23-0.0352H22+0.6574H2+48.754
一种给水泵站反馈控制系统
技术领域
[0001] 本发明专利涉及自动控制领域，特别是一种给水泵站的反馈控制系统。
背景技术
[0002] 泵站工程是运用泵机组及过流设施传递和转换能量、实现水体输送以兴利避害的水利工程。泵站工程设施是专门水工建筑物，是提水灌溉、提水排涝、翻水调水工程的主体工程，和其他一般水工建筑物及沟、渠、河道、水库共成水利系统。随着工农业生产发展和科学技术的不断进步，自动化技术的广泛应用，以及控制技术水平的持续提高，泵站自动控制的应用范围在不断扩大，发展到今天的泵站自动化技术和自动化控制已初具规模，并逐步向一体化、智能化方向发展。目前，根据给水泵站在给水系统中的作用主要分为四种，分别是一级泵站、二级泵站、增压泵站和循环泵站，其中二级泵站是将处理厂清水池中的水输送到给水管网，以供应用户需要，其供水能力必须满足最高时的用水要求，同时也要适应用水量降低时的情况。为使水泵在高效条件下运行,一般设多台水泵，由泵间的不同组合,以及设置水塔或水池，来适应供水量的变化，有的也会采用调速水泵机组，以适应供水量和水压的变化。
[0003] 然而，在如今自动化水平达到一定层次的同时，在给水泵站的运用中仍有许多不足和需要改进的地方，我们仍有值得进一步研究和提高的空间。现阶段的给水泵站自动化控制主要是在开启与停泵的控制上，而对于泵站运行的管理效率不高，频繁的启停也会对泵组的工作能力带来影响，同时给水泵站仍存在的问题有，因出口压力不均导致出口压力小的泵流量被压制而出现并列运行给水泵抢水的现象，后果往往是出现汽化而使泵受到损害，泵站工作受到影响，还有因泵站运行状况不灵活，出现水泵出力过大和电机轴承、对轮等故障而导致电机过度发热，严重时会导致整个泵站工作停运，影响泵站的工作效率和工作环境的安全。
[0004] 经检索，与本发明相关的专利有：变水位取水泵站中水泵同步变速调节的节能控制方法(公开号：CN103195698A),涉及变水位取水节能控制领域，对控制器进行初始化、参数计算、调速运行、实时监测和在线修改，根据记录的运行参数拟合特性曲线在线修改,用实际运行值对理论计算值进行修正指导水泵运行，但其运行不灵活，不能解决水泵频繁启停带来的问题；调节同步变速变流量供热系统中水泵台数的节能控制方法(CN104210675A)，涉及变流量供热系统的控制领域，适用于采用多台循环水泵并联运行，对控制器进行初始化、计算切换点、进行运行水泵台数切换；随着管网流量的变化,控制器在工作状态向水泵变频调速器发出指令,进行切换,否则就继续进行多台泵并联同步变频调速运行，但其运行功能单一。
发明内容
[0005] 为了改进给水泵站的自动化控制过程，本发明专利提供一种给水泵站反馈控制系统，其目的是针对目前给水泵站在自动化控制系统遇到的问题，建立灵活且功能完善的自动化反馈控制系统，改进给水泵站的自动化控制的能力。
[0006] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
[0007] 一种给水泵站反馈控制系统，包括上游，工作泵Ⅰ和安全阀门，上游，工作泵Ⅰ和安全阀门依次连接，工作泵Ⅰ和安全阀门之间并联设有支路一和支路二，支路一上设有调节阀Ⅰ，支路二上串联设有工作泵Ⅱ和调节阀Ⅱ；安全阀门后方设有并联支路三和支路四，支路三连接蓄水池Ⅰ，蓄水池Ⅰ的进口处设有调节阀Ⅲ；支路四连接蓄水池Ⅱ，蓄水池Ⅱ的进口处设有调节阀Ⅳ；
[0008] 上游和工作泵Ⅰ之间设有上游-水泵反馈控制部分，所述上游-水泵反馈控制部分与工作泵Ⅰ电性连接；上游-水泵反馈控制部分的工作是根据检测上游水位变化控制改变工作泵的叶片角度；
[0009] 工作泵Ⅰ上设有泵-泵转速控制部分，所述泵-泵转速控制部分与工作泵Ⅱ电性连接；所述泵-泵转速控制部分根据内设控制值在接受工作泵Ⅰ进水口处的流量信号后进行判断，发出信号控制工作泵Ⅱ和工作泵Ⅰ转速变化；
[0010] 安全阀门上设有安全阀反馈控制系统Ⅰ和安全阀反馈控制系统Ⅱ，安全阀反馈控制系统Ⅰ实时监测调节阀Ⅰ出口处管道的水压，安全阀反馈控制系统Ⅱ实时监测调节阀Ⅱ出口处管道的水压，当各支路调节阀出口管道处水压值上升接近其设计安全压力时，安全阀反馈控制系统Ⅰ内设逻辑运算后发出信号给安全阀门，安全阀反馈控制系统Ⅱ内设逻辑运算后发出信号给安全阀门，控制各支路调节阀减小阀门开度甚至关阀；其中使安全阀门达到更小开度的信号更优先；其中，安全阀门正常工作时的开度为0.5；
[0011] 蓄水池Ⅰ和蓄水池Ⅱ上分别设有蓄水池进水反馈控制系统Ⅰ和蓄水池进水反馈控制系统Ⅱ；蓄水池进水反馈控制系统Ⅰ与调节阀Ⅲ电性连接，根据检测到的蓄水池Ⅰ内的水位压力，进行相应内设逻辑程序运算后，发出信号控制调节阀Ⅲ阀门开度；蓄水池进水反馈控制系统Ⅱ与调节阀Ⅳ电性连接，根据检测到的蓄水池Ⅱ内的水位压力，进行相应内设逻辑程序运算后，发出信号控制调节阀Ⅳ阀门开度。
[0012] 所述上游-水泵反馈控制部分对水泵叶片角度进行全调节控制，通过液压系统或机械调节机构可以调节大型水泵叶片角度，所述的上游-水泵反馈控制部分根据上游的最高水位、设计水位和最低水位，相应于在最低扬程、设计扬程和最高扬程时的水泵工况，在高扬程时调节叶片角度减小一定角度，可以减少流量；在低扬程时调节叶片增大一定角度，可以增加流量，所述上游-水泵反馈控制部分逻辑控制器内设控制方程为：
[0013] Δθ(H1)＝0.0005H13-0.0536H12+1.6302H1-13.318
[0014] 式中，H1-上游水位高度，单位米；
[0015] Δθ-与设计水位工况叶片角度的角度差，单位度；其中正表示增大，负表示减小。
[0016] 所述泵-泵转速控制部分控制工作泵Ⅱ的工作，所述的给水泵站反馈控制系统中，泵-泵转速控制部分根据工作泵组的的流量变化，对工作泵Ⅱ的工作转速进行调控，其控制器内设控制过程为：首先在泵-泵转速控制部分设置工作泵Ⅰ的最大流量值并记录其初设转速值，并实时监测工作泵Ⅰ进水口处的流量，将其传输给泵-泵转速控制部分，当判断工作泵Ⅰ进水口处的流量未达到最大流量值时，泵-泵转速控制部分控制工作泵Ⅱ的转速为工作泵Ⅰ初设转速值的一半，并控制工作泵Ⅰ按初设转速值工作；当判断工作泵Ⅰ进水口处的流量超过最大流量值时，此时泵-泵转速控制部分起作用，发出控制信号传给工作泵Ⅰ，控制工作泵Ⅰ的转速提高工作泵Ⅰ初设转速值的一半，并发出控制信号传给工作泵Ⅱ，调控工作泵Ⅱ的转速变成工作泵Ⅰ初设转速值。
[0017] 所述安全阀反馈控制部分Ⅰ、Ⅱ减小停泵时水锤对管道和水泵的冲击破坏，水锤现象会破坏管道，冲击工作泵组，所述的安全阀反馈控制部分实时监测调节阀出口处管道的水压，当水压值上升接近设计安全压力时，安全阀反馈控制部分发出信号控制安全阀减小阀门开度甚至关阀，防止管道水压进一步上升，保护管道，水泵也避免受到高压回流水体冲击，所述安全阀反馈控制系统Ⅰ、Ⅱ逻辑控制器内设控制方程为：
[0018]
[0019] 式中，k1-安全阀开度；
[0020] p1-监测点管道水压(安全压力为10兆帕)，单位兆帕。
[0021] 所述蓄水池进水反馈控制部分Ⅰ、Ⅱ根据蓄水池液位压控制阀调节阀门开度进而控制进水流量，所述的蓄水池进水反馈控制部分根据蓄水池蓄水高度的变化，调节蓄水池进口处控制阀调节阀门的开度从而调节流量，灵活调节不同水库的不同需水量，且当某一水库储水位过高时可以控制停止进水以防溢出，所述蓄水池进水反馈控制系统Ⅰ、Ⅱ逻辑控制器内设控制方程为：
[0022] k2(H2)＝0.0002H23-0.0352H22+0.6574H2+48.754
[0023] 式中，k2-蓄水池进口处控制阀调节阀开度；
[0024] H2-蓄水池蓄水高度，单位米。
[0025] 本发明专利优点在于：
[0026] 1)提高了泵站运行的管理效率；
[0027] 2)缓解了频繁的启停对泵组的工作能力带来的影响；
[0028] 3)使泵站运行状况更加灵活；
[0029] 4)减少了水泵出力过大而导致电机轴承、对轮故障的问题，改善了工作安全环境；
附图说明
[0030] 图1是给水泵站反馈控制系统结构示意图。
[0031] 图2是上游-水泵反馈控制方程示意图。
[0032] 图3是泵-泵转速控制部分流程图。
[0033] 图4是安全阀反馈控制方程示意图。
[0034] 图5是蓄水池进水反馈控制方程示意图。
[0035] 附图标记说明：上游1，工作泵Ⅰ2，工作泵Ⅱ3，调节阀Ⅰ4，调节阀Ⅱ5，安全阀门6，调节阀Ⅲ7，调节阀Ⅳ8，蓄水池Ⅰ9，蓄水池Ⅱ10，上游-水泵反馈控制部分11，泵-泵转速控制部分12，安全阀反馈控制系统Ⅰ13，安全阀反馈控制系统Ⅱ14，蓄水池进水反馈控制系统Ⅰ15，蓄水池进水反馈控制系统Ⅱ16。
具体实施方式
[0036] 下面根据附图具体说明本发明：
[0037] 如附图1所示的一种给水泵站反馈控制系统中，上游1的水位变化频繁，根据水泵叶片全调节的特点，上游-水泵反馈控制部分11的工作是根据水位变化控制改变工作泵Ⅰ2的叶片角度，在高扬程时将工作泵Ⅰ2的叶片角度减小，从而减小流量，相应地在低扬程时将工作泵Ⅰ2的叶片角度增大，增加流量，这样动力机的轴功率保持在额定值左右满负荷运行，效率明显提高；工作泵Ⅰ2流量变化，泵-泵转速控制部分12的内设逻辑在接受工作泵Ⅰ2进口处的流量信号后，发出控制信号，调控工作泵Ⅱ3和工作泵Ⅰ2转速变化；给水泵站常启停泵的情况下，容易出现水锤现象，进而对泵产生冲击，对管道产生损害，因此需要预防或者减少其破坏的后果，设置安全阀反馈控制系统Ⅰ13、安全阀反馈控制系统Ⅱ14，根据调节阀Ⅰ4和调节阀Ⅱ5出口管道处的水压变化来控制安全阀门6的开度变化，当检测到调节阀Ⅰ4、调节阀Ⅱ5管道接近安全压力临界值时，安全阀反馈控制系统Ⅰ13、安全阀反馈控制系统Ⅱ14分别输出信号，控制安全阀门6开度变化，减少瞬间回流量而减小水锤现象带来的影响；不同蓄水池的蓄水能力不同，出水能力也不同，所以其蓄水量可以通过蓄水池进水反馈控制系统Ⅰ15、蓄水池进水反馈控制系统Ⅱ16的控制，根据蓄水池Ⅰ9、蓄水池Ⅱ10蓄水高度的变化，调节蓄水池进口处调节阀Ⅲ7、调节阀Ⅳ8的开度从而调节进池流量，从而灵活调节不同蓄水池的不同需求，当某一蓄水池储水位过高时可以进而关阀，从而停止进水以防溢出造成环境危害，同时当调节阀门都关闭时，此时可以手动停止工作泵的运行。
[0038] 根据大型水泵叶片全调节的特点，通过液压系统或机械调节机构可以微调叶片角度。在所述给水泵站反馈控制系统中，上游-水泵反馈控制系统根据上游的最高水位、设计水位和最低水位，相应于地调节最低扬程、设计扬程和最高扬程时的水泵工况：在高扬程时减小叶片角度，可以减小流量；在低扬程时增大叶片角度，可以增加流量，在较大的流量范围内保持了水泵运行效率基本不变。
[0039] 如附图2是上游-水泵反馈控制方程示意图，其逻辑控制器内设控制方程为：
[0040] Δθ(H1)＝0.0005H13-0.0536H12+1.6302H1-13.318
[0041] 式中，H1-上游水位高度，单位米；
[0042] Δθ-与设计水位工况叶片角度的角度差，单位度；其中正表示增大，负表示减小。
[0043] 如附图3所示为泵-泵转速控制部分流程图，所述的给水泵站反馈控制系统中，泵-泵转速控制部分根据工作泵组的的流量变化，对工作泵Ⅱ和工作泵Ⅰ的工作转速进行调控，其控制器内设控制过程为：首先在泵-泵转速控制部分设置工作泵Ⅰ的最大流量值并记录其初设转速值，并实时监测工作泵Ⅰ进水口处的流量，将其传输给泵-泵转速控制部分，当判断工作泵Ⅰ进水口处的流量未达到最大流量值时，泵-泵转速控制部分控制工作泵Ⅱ的转速为工作泵Ⅰ初设转速值的一半，并控制工作泵Ⅰ按初设转速值工作；当判断工作泵Ⅰ进水口处的流量超过最大流量值时，此时泵-泵转速控制部分起作用，发出控制信号传给工作泵Ⅰ，控制工作泵Ⅰ的转速提高工作泵Ⅰ初设转速值的一半，并发出控制信号传给工作泵Ⅱ，调控工作泵Ⅱ的转速变成工作泵Ⅰ初设转速值。
[0044] 所述给水泵站反馈控制系统中，安全阀门反馈控制部分是监测调节阀出口处管道的水压，当水压值上升接近设计安全压力时，安全阀反馈控制部分发出信号控制安全阀减小阀门开度甚至关阀，减少回流量，防止管道水压进一步上升，保护了管道，工作泵也避免了受到高压回流水体冲击。
[0045] 如附图4是安全阀门反馈控制方程示意图，其逻辑控制器内设控制方程为：
[0046]
[0047] 式中，k1-安全阀开度；
[0048] p1-监测点管道水压(安全压力为10兆帕)，单位兆帕。
[0049] 所述给水泵站反馈控制系统中，蓄水池进水反馈控制部分根据蓄水池液位压控制调节阀的开度进而控制进水流量，特征在于：所述的蓄水池进水反馈控制部分根据蓄水池蓄水高度的变化，调节蓄水池进口处调节阀的开度从而调节流量，灵活调节不同水库的不同需水量，且当某一水库储水位过高时可以控制停止进水以防溢出。
[0050] 如附图5是蓄水池进水反馈控制方程示意图，其逻辑控制器内设控制方程为：
[0051] k2(H2)＝0.0002H23-0.0352H22+0.6574H2+48.754
[0052] 式中，k2-蓄水池进口处调节阀开度；
[0053] H2-蓄水池蓄水高度，单位米。
[0054] 可以理解的是，图中所示的系统结构并不构成对系统的限定，可以包括比图示更多或更少的设备，或者组合某些设备，或者不同的设备部署。
[0055] 本发明不限于上述实施例，也包含本发明构思范围内其它实施例和变形例。
