Система регулирования водораспределения открытого канала Советский патент 1983 года по МПК G05D9/12 

Изобретение относится к водному . хозяйству, а именно автоматиэации водораспределения открытого канала. ;. Известна система автоматического регулирования водрраспределения открытого канала, .содержащая регулято ры уровней воды, связанные с датчиками уровней верхних и нижних бьефов перегораживающих сооружений, блоки заданий и сумматоры 11 . Недостатке известной системы является наличие непроизводительных сбросов воды при отключении потребителей. Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретени является система регулирования водо распределения открытого канала с перегораживающими сооружениями и во довыпусками с затворами и приводами к ним, содержащая регуляторы уровне воды, связанные с датчиками уровней верхних и нижних бьефов перегораживгиощих сооружений, блоки заданий, сумматоЕ«, датчики возмущений, датчики положения регуляторов и ин;Верторы С2. Известная система обеспечивает перестройку и стабилизацию режима водораспределения таких открытых ка налов, подача воды в которые и, соответственно, забор воды из них не лимитированы. При этом в процессе функционирования каналов допускаются произвольные во времени включения и величины открытия затворов водовыпусков со стороны потребителей, которые в любой момент могут быть удовлетворены согласно их потребности. Однако существует множество открытых каналов, подача вод в которые и, соответственно, забор воды из них лимитированы. В процессе функционирования этих каналов не допускаются произвольные во времени включения и величины открытия затворов водовыпусков со стороны.потр бителей. В связи с этим забор воды и, соответственно, регулирование за воров водовыпусков потребителей на таких каналах должны осуществляться в зависимости от изменения величины подачи воды в канал. Основным недос татком известной/система является I невозможность регулирования водорас пределения открытого канала, подача воды в который лимитирована, так как не обеспечивается регулирование затворов водовыпусков потребителей при изменениях величины подачи воды в канал. Цель изобретения - расширение области применения системы регулирования водораспределения. Поставленная цель достигается тем, что в систему регулирования эодораспрюделения открытого канала, содержащую регуляторы уровня воды верхних бьефов перегораживающих со- . оружений, выходами связанные с приводами затворов перегораживающих , сооружений, а входгиии - соответственно с выходами первых блоков задания и с выходггми датчиков уровняводы верхних бьефов перегораживающих сооружений, а также приводы затворов водовыпусков и датчики положения затворов -водовыпусков, введены датчик расхода воды в начале канала, датчики положения затворов перегораживающих сооружений, последовательно соединенные вторые блоки задания и регуляторы уровня воды нижних бьефов водовыпусков, последовательно соединен«ые блок памяти, блок умножения, суммирующий накопитель и блок дистанционной коммутации, а Также датчики уровня воды нижних бьефбв водовыпусков, выходы которых подключены X вторвм входам соответствующих регуляторов уровня воды нижних бьефов водовыпусков, вькодами связанных с приводами затворов водовыпусков, первый выход блока дистанционной коммутации подключен к входу блока умножения, вторые выходы - к входам соответствующих первых и вторых блоков задания, выходы датчика расхода воды в начале канала, датчиков положения затворов перегораживающих сооружений и водовыпусков, датчиков уровня воды верхних бьефов перегораживающих сооружений к датчиков уровня воды нижних бьефов, водовыпусков соединены с соответствующими вторыми входами блока дистанционной коммутации. Открытый канал представляет собой совокупность в общем случае m узлов (каждый из которых состоит из перегораживающего сооружения и прилегающих к нему в общем случае водовыпусков J, связанных участками Открытых водоводов. На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемой системы для 1-го и т-го узлов; на фиг. 2 - схема регулятора уровня воды; на фиг. 3 - схема блока истанционной коммутации. Система вкл13чает датчики 1 уровней воды верхних бьефов перегоражи вающих сооружений и датчики 2 уровней воды нижних бьефов водовыпусков, первые входы которых соединены соответственно с входами регуляторов 3 уровня воды верхних бьефов перегораживающих сооружений,, выходы которы: связаны с приводами затворов перегораживающих Ьосрузхекий и входс1ми регуляторов 4 уровня воды нижних бьефов водовыпусков, выходы котсрык соЗДииены с приводами затворов вояовьшусков, пркч&и вторые входы рагуляторов 3 уровня воды верхних бьефов перегораживающих сооружений соединены с выходами первых блоков 5 зада- ния, а вторые входы регуляторов 4 уровня воды нижних бьефов водовыпус- ков - с выходами вторыхблоков 6 зат Дания; датчики 7 положения затворов перегораживающих сооружений, датчики 8 положения затворов водовыпусков и датчик 9 расхода воды в начале канала, выходы которых, а также вторые выходы датчиков 1 уровней воды верхних бьефов перегораживающих сооружений и датчиков 2 уровней воды нижних бьефов водовыпусков соединены с соответствующими вторьали входами блока 10, дистанционной коммутации; последовательно соединенные блок 11 памяти, блок 12 умножения и суммирующий накопитель 13, выход которого соединен с первым входом блока 10 дистанционной коммутации, первый выход которого подключен к входу блока 12 умножения, а вторые выходы - к входам соответствующих, первых 5 и вторых 6 блоков задания.

I :

Количество датчиков 2 уровня воды, регуляторов 4, блоков 6 задЗния и датчиков 8 положения затвора на каждом из m узлов зависит от числа водовыпусков.

Датчик 9 расхода воды прелназначен для измерения величины подачи воды в канал из источника (реки, водохранилища ) и размещен в начале канала.

Регуляторы 3 уровня воды верхнего бьефа перегораживающего соору жения и регулят оры 4 уровней воды нижнего бьефа водовыпусков тлеют; одинаковое принципиальное исполнение. Блок-схема регулятора представлена на фиг. 2 и состоит из блока сравнения 14 и ШИМ. 15.

На один вход блока 14 поступают сигналы от датчика уровня, а на другой вход - сигналы от блока задания На выходе блока 14; вырабатываются сигналы рассогласования пропорциональные по величине разностей сигналов от датчика уровня и блрка. задания. Сигналы рассогласования с выхода блока сравнения поступа ют на вход блока 15, который вырабатывает на выходе импульсные сигналы, с длительностью импульса,пропорциональной: величине сигнала рассогласования. .

Первые 5 и вторые 6 блоки задания преобразуют ригналы установок в сигналы удобные для сравнения их в регуляторе с сигналами от датчиков. Блоки 5 и б задания имеют одинаковое принципиальное исполнение. Одним из вариантов исполнения блока задания является шаговый двииа тель. На вход двигателя поступают

импульсные сигналы уставок, которые преобразуются на выходе в сигналы угла поворота вала шагового двигателя пропорциональные величине сигнала уставки.

Блок 10 дистанционной коммутации функционирует периодически и предназначен для коммутации и передачи последовательно во времени измерительных сигналов от датчико.в к блоку 12 умножения, а также сигналов уста- вок от суммирующего накопителя 13 к первым 5 и вторым 6 локам задания. Блок 10 дистанционной коммутации может быть выполнен, например, на базе распределителя импульсов16, связанного с вентильными схемами 17 (см. фиг. 3 ).

Блок 11 памяти предназначен для хранения значений весовых коэффициентов , нзвестных для каждого конкретного открытого канала.

Блок l5 умножения производит поочередное последовательно во времени умножение значения сигнала от каждого датчика на свой весовой козффи1хиен,т...

Суммирующий накопитель 13 предназначен для выработки сигналов уставок путем суммирования нарастающим итогом сигналов, поступающих последовательно во времени из блока 12 умножения.

Алгоритм функционирования последовательно соединенных блоков 11-13 с учетом подключенного к входу блрка 12 первого выхода блока 10 может быть представлен в следующем виде

U,.Цк.V,V-.,

где п - количество датчиков; N - количество регуляторов; Ц- значение установки для 1-го

регулятораi

. dj- значение сигнала от j-го датчика;

К -г весовой коэффициент..

Весовые коэффициенты являются индивидуальной характеристикой канала н представляют- собой известную матрицу значений коэффициентов.

Для расчета этих коэффициентов используются гидродинамические харак Теристики (передаточные функции участков ) канала, получаемые экспериментальным путем, гидрометрические данные (расходные характеристики перегораживающих сооружений и водовыпусков ), получаемые гидрометрической службой канала на основе результатов тарировочных работ; конструктивно-технологические характеристики канала ( пропускные способности перегораживающих сооружений и водовыпусков, максимальные значения уровней

бьефов, коэффициенты откосов, уклоны дна участков канала, параметры поперечного .сечения .частков канала, размеры водопропускных отверстий перегораживающих сооружений и водовыпусков и т.д.), являющиеся паспортными характеристиками канала,

Согласно приведенному алгоритму функционирования весовые коэффициенты определяют степень влияния измеряемого, параметра на значение рассчитываемой установки и приводят размерность измеряемого- параметра к размерности сигнала уставки..

Предлагаемая система работает следующим образом, .

Периодически на блок 12 углножения через блок 10 дистанционной коммутации поступают последовательно во в.ремени сигналы от . датчиков 1, 2, 7,. 8, -9 всех узлов открытого канала.

На основе этих сигналов согласно приведенному алгоритму функционирования последовательно соединенных блоков. 10, 12,, 13 вырабатываются сигналы уставок, которые блоком дистанционной комгдутации периодически передаются последовательно во времени на входы блоков 5 и б задания. После преобразования сигналов уставок в блоках 5 и б задания последние поступают на первые входы соответствующих регуляторов 3 и 4, на вторые входы которых поступают сигналы с соответствующих .датчиков 1 и 2 уровней воды, В .результате сравнения этих сигналов в регуляторах 3 и 4 последние вырабатывают сигналы, поступающие на прив.оды затворов соответственно перегораживающих сооружений и водовыпускову после отработки которых устанавливается режим водораспределения на .каналеу соответствующий текущемуз.нэчению полачй воды в канал. ,

Случайные отклонения текущих зна- чений уровней воды от выработанных

значений уставок устраняются регуля торами 3 и 4 следующим образом. Например, отклонился уровень воды в нижнем бьефе одного из водовыпусков . В этом случае на вход регулятора 4 уровня воды нижнего бьефа водовыпуска поступает сигнал с соответствующего датчика 2 уровня воды, на другой вход регулятора 4 поступает сигнал с соответствующего блока 6 задания, В результате сравнения эти сигналов в регуляторе 4 последний вырабатывает сигнал, поступающий на привод затвора водовыпуска, после отработки которого восстанавливается значение уровня воды в нижнем бьефе водовыпуска, соответствующее значению уставки.

Аналогично функционирует система при изменении уровня воды верхнего бьефа перегораживающего сооружения. В этом случае на .вход регулятора 3 уровня воды верхнего бьефа перегораживающего сооружения поступает сигнал с датчика 1 уровня воды, на другой вход регулятора 3 поступает сигнал с блока 5 задания,

В результате сравнения этих сигналов в регуляторе 3 последний вырабатывает сигнал, поступающий на привод затвора перегораживающего сооружения, после отработки которого восстанавливается значение уровня воды в верхнем бьефе перегораишвающего сооружения, соответствующее значению уставки.

Таким образом, предлагаемая позволяет, регулировать водораспределенив открытого канала, подача воды в который лимитирована. Осуществление автоматического регулирования затворов водовыпусков потребителей в зависимости от величины подачи ВОДЬ в канал особенно большое значзние в условиях дефицита водных ресурсов,

От 5локо5

. 5 или 6

0/п датчиков

1U/IU2

СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ ВОДОгРАСПРЕДЕЛЕНИЯ ОТКРЫТОГО КАНАЛА, содержащая регуляторы уровня воды верхних бьефов перегораживающих сооружений, выходс1ми связанные с приводами затворов перегораживающих сооружений, а входами - о оответственно с выходами первых блоков задания и с выходс1ми датчиков уровня воды верхних бьефов перегораживающих сооружений, а также приводы затворов водо- . выпусков и датчики положения затворов водовыпусков, отличающая с я тем, что, с целью расширения области применения системы, она .содержит датчик расхода.воды в начале канала, датчики положения затворов перегораживающих сооружений, последовательно соединенные вторые блоки задания и регуляторы уровня воды нижних бьефов водовыпусков, последовательно соединенные блок памяти, блок умножения, суммирующий накбпитель и блок дистанционной коммутации, а. также датчики уровня воды бьефов водовыпусков., выходы которых подключены к вторым входам соответствующих регуляторов уровня воды нижних бьефов водовыпусков, выходами связанных с приводами затворов водовыпусков, первый выход блока дистанционной коммутации подключен к входу блока умноже(П ния, вторые выходы - к входам соот- ветствующих первых и вторых блоков задания, выходы датчика расхода воды в начале канала, датчиков положения затворов перегораживакяцих сооружений и водовыпусков, датчиков уровня воды верхних бьефов перегораживающих сооружений и датчйкрв уровня воды нижних бьефов водовыпусков соеди4 нены с соответствующими вхою дами блока дистанционной .коммутации.

)i при Воду зотВора.

Pui.2

;J