Способ водораспределения на открытых каналах Советский патент 1983 года по МПК E02B13/00 

. И-зобретение относится к сельском хозяйству, к автоматизации технолог ческого процесса водораспределения на открытых системах. Известен способ- водораспределения , включающий изменение подачи ра хода в начало участков каналов в за висимости от изменения расходов их потребителей и поддержание постоянного (заданного) расхода в конце участка, который реализован в виде системы каскадного регулирования по нижнему бьефу ij . Недостатком этого способа является длительное время перестройки режима работы канала при изменении расходов потребителей, что приводит к увеличению резервных емкостей и повышению стоимости канала. Известен также способ водораспределения на открытых каналах, вклю чающий разбивку канала на произволь ные участки, изменение расходов на участках в зависимости от изменения расходов- потребителей и регулирование расхода участков с возможностью форсировки f , Недостатком способа является слож ность регулирования ввиду отработки возмущения расхода какого-либо участка перегораживающими сооружениями всех вышележащих участков, а также отсутствие оптимизации использовани резервов, что приводит к неоправдан ному увеличению числа управляющих воздействий и к необходимости специ альной планировки канала. Целью изобретения является упрощение регулирования водораспределением путем оптимизации перераспределения внутренних резервов участков канала. Поставленная цель достигается тем, что измеряют резервы воды на участках и при наличии возмущений расхода на отдельных участках onpeAB ляют время срабатывания резерва участков, которое сравнивают с временем добегания от водоисточника до участк а регулирование производят при наличии одного или группы участков, для которых время добегания меньше времени срабатывания резерва, и в следующей последовательности из группы выделяют подгруппы участков, начиная с конца канала, для которых частное от деления суммы резервов подгруппы на модуль суммы возмуще51г . НИИ расходов больше или равно времени добегания до наиболее удаленного участка подгруппы, и регулирова ние расходов производят последовательно только на участках подгруппы, начиная с нижнего, с помощью перегораживающих сооружений, на них, последовательно устраняя возмущения расхода участков вплоть до верхнего участка подгруппы, а баланс на участ ках дополнительно корректируется по скорости изменения уровня в конце каждого бьефа. На фиг. 1 дана схема канала с пере гораживающими сооружениями; на фиг.2схема расположения резервов на участке канала; на фиг. 3 - канал произвольного типа. Способ осуществляется следующим образом. Канал разбит на участки (1,2,..., J-1 j) перегораживающими сооружениями (фиг. 1)V Потребители в виде открытых водовыпусков или насосных станций подключены к соответствующим участкам. В каждый участок подается определенная величина расхода,., соответствующая графику водопотребления. В канале наблюдается устанрвившийся процесс. При этом информационноуправляющая система осуществляет периодический опрос датчиков телеизмерения и получает информацию о расходах в начале каждого участка Q. , j, в конце участка j, и потребителей этого участка (ц.,„,...,с(). На основании полученной информации управляющий блок (микропроцессор, микроэвм ) осуществляет расчет баланса для каждого участка.: - J TZ u..где ttj - КПД данного участка. -. Далее осуществляется расчет объ3 воды в резервах Wpg - для случая О или резервной ёмкости ,, для случая 6 Q О (фиг. 2). После этого, при наличии возмуений на участках канала определяют время срабатывания (прий О) или накопления (при&0;1 О) резервов ;- Р« J Щ/ V - AQj и сравнения его с временем, добегания требуемого расхода от ближайшего источника орошения. В случае, когда

Lpe.iA.OB.j

никакого управления не производится, а назначается время повторного опроса уяастка

л

( л -пег..

о,

On.-S (момент, когда еремя срабатывания резервов сравняется с временем дот. бегания) .

Учйстки, у которых время срабатывания резервов соизмеримо с аре- менем добегания, выделяются в группу управляемых объектов. В результате применения последней операции к всем участкам системы выделяется группа, требующая немедленной корректировки расходов.:

После выделения группьГ участков, на которых необходимо регулирование, осуществляют последовательную проверку управляемых участков, начиная с нижнего и выделяются подгруппы, .время срабатывания суммарных резервов которых больше времени добегания требуемых расходов от ближай шего источника орошения. Причем небаланс и. резервы предыдущих участков алгебраически суммируются, а управ лёние перегораживающими сооружениями производится только в этих подгруппах с учетом сохранения допустимого небаланса (т.е. выполнения прежнего условия 1рез Аое для всех участков подгруппы). После завершения управле ния наступает установившийся процесс до .момента очередной корректировки участков, у которых

/; Л рет, -АСБ

Для пояснения описанного способа рассмотрим пример реализации способу,

Пусть на J-M участке (фиг. 1) hoтреби.тель отказался от воды, вызвав положительный небаланс, т.е. . (например, ). Пусть также резервы на J-M участке V/ngj, j 10000 а время добегания д Q.J от источника , ч. Тогда время накопления резервов

Wpej.J ООООМ

Р« 1 7оГ Т с °°° ®;

что требует немедленной перестройки системы, так как через 2,8 ч

4

.участок наполняется и вызывает непроизводительный сброс воды (переходит на ве эхний бьеф).-.

. Допустим также, что на (j-1).M с участке потребитель принял воду,

вызвав отрицательный небаланс Л J;j

(например, 4. Qj-..,-1 MVc, а резервы

на (j-l)-M участке равны Wpp,-. 10000 м,

при времени добегания до j 2,8 ч.

10

Тогда.,;.,- 2, то также требует перестройки системы, ибо . через 2,8 ч (-1)-й участок сработа15ет свои резервы. Однако применение операции оптимизации показывает, что суммарный (5) небаланс

(-1 )0

0 Время срабатывания суммарных резервов t. рез : оо т.е.Срез,. . Следовательно, достаточно изменить расход только на перегораживающем сооружении между (j-1)-M и j-M участками, на AQ., т.е. уменьшить на -1 м/с

5 и оба участка,а также вся система, будут сбалансированы.

В известных способах каждое возмущение со стороны потребителей потре- . бовало бы управления всеми перегора0живающими сооружениями, в том числе и на сбалансированных участках вплоть до головного, что неоправданно раскачивает оросительную систему, за- .вышает объемы передаваемой информа5;ции, и, следовательно, загружает канал связи и аппаратуру пункта уп;р.авления ненужной информацией, ад ряде случаев исключает сходимость

0 алгоритмов управления. , ..

, Для пояснения процесса выделения групп и подгрупп управляемых участков рассмотрим следующий пример.

5 На фиг. 3 изображен канал произвольного типа, состоящий из 7 уча стков (1-7) из которых 5 (1, 2, , 3i 5, 7) имеют резервные емкости,

,-§ Два (4, 6; - нет

50 Очевидно, что баланс для нерезервированных участков всегда должен быть равен нулю (), а для резервированных - может быть положительным или отрицательным. Величина небаланса на каждом участке определяется резервами воды Wpg (при AQ 0) или .резервными объемами Wp (при а 4 0). Рассмотрим процесс выделения групп управляемых участков. С этой целью первоначально для каждого участка определяется время срабатывания (или накопления) резервов -tp Для первого участка Для второго 5)реэ,1 и т.д. При этом зависит как от величины возмущения (±Д(1), так и от фактического объема резервов и учитывается в предлагаемом способе Затем определяется время добегания требуемых расходов от источник водоснабжения (на фиг. 3 И) до каждого участка -Сдо5 . Очередной операцией является попарное сравнение времени добегания требуе мого расхода до каждого участка с менем врабатывания его резерва ЧоБ.1 V л л . Лова Если для участков 2до& ре то, несмотря на имеющее место возмущение , никаких операций по управлению перегораживающими сооружениям не производится. В этом заключается первая минимизация управляющих в 5Эдействий. Аналогичная проверка производитс периодически через время т1п(Сре1 годоБ) до тех пор, пока один или группа участков не сработает (накопит резерв до величины, при которо г .1 . /рпи-/да-/ А06.1, т.е. время срабатывания резерва соизмеримое временем добегания. Все эти участки попадут в группу управляемых объектов. Допустим, таких участков три - 2, 5, 7, причем на 2 и 5 участках Ли О, а на 7 - . . . 8 .принципе работу системы уже на этом этапе можно застабилизировать. Для этого достаточно затво ми первого участка изменить расход на величину 60,-(а (l7(lfVA из) (зж дое из ЛО. ео своим знаком) .затворами 2, 3, и 4 участков изменить расход на величину uCi«- ((i5), и, наконец, затворами 5 и 6 участков изменить расход на величину -uQ. Однако такой подход приводит к избыточности операций управления (7 операций).С целью их миним1 зации в группе управляемых .участков (у нас 2,5 и 7) выполняется операция поиска подгрупп, допускающих внутреннее перераспределение резервов (оптимизацию их использования). С этой целью, начиная с конца, последовательно суммируются Wpg, иди и определяется время срабатывания суммарных резервов. Пусть в нашем случае () тогда л Wpei.-V Wpe3,7 p«w 7uV :Q77 ЕслиСре-)5, означает возможность внутреннего перерегулирования. В нашем случае затворами 6-го участка изменяется расход на величину (Л-Q 7 -Л Qs). На этом регулировка нижней части какала заканчивается. Для регулировки 2-го участка затворами 1гго участка изменяется расход на вели- . чину (&QY) Ct операции). Вслучае, если в группу вошли только участки 5 и 7 для регулировки канала потребовалось бы всего три операции. Из описания видно, что способ.не требует одинаковых объемов резервов, одинаковых длин и уклонов участков, допускает включение нерезервированных участков и использует меньшее число рНераций управления, чем при работе с группами. В частном случае описанный способ также может потребовать управления всеми перегораживающими сооружениями (как в прототипе). Такая ситуация возникает когда во всех бьефах канала.небаланс расходов имеет одинаковый знак (во всех участках одновременно включились или отключились потребители), а резервы находятся на минимальной границе. Однако это очень редкий практически не встречающийся в эксплуатации, случай. Как правило, одновременной регулировке подлежат Л-2 подгруппы перегораживающих сооружений, а непрерывный контроль обеспечивает доставку необходимых расходов в любую точку канала. Для исключения эффекта накопления ошибок от погрешности гидроиетрии при определении расходов баланс на участках дополнительно корректируется по скорости изменения уровня в конце каждого бьефа за интервал времени по модели, описанной в 1 .

Данный способ эффективен при наличии в системе незарегуяированных источников, допускает существенные колебания расходов в голове канала, а также позволяет реализовать управлемме снизу (от поля)по показаниям датчиков влажности, размещенных на орошаемых массивах (случайный потребитель). При этом используется минимальное число операций, обеспечивая хорошую устойчивость управления, при минимальных объемах передаваемой информации и затрачиваемой энергии.

Экономический эффект составляет около 9 руб. на гектар орошаемой .

-WpST ,- zr

/ / / / //// X .//Х / /

.2

пш

ffpe3

Фй.г. 5