Система регулирования водораспределения открытого канала Советский патент 1984 года по МПК G05D9/12 

перегораживакяцего сооружения для каждого участка канала соединены с соответствующими: вторыми входами регуляторов уровней своего унастка канала, вторые выходы блоков дистанционной коммутации каждого регулядора уровней связаны с входами соответствующих приводов затворов водовыпусков и перегораживающих сооружений.

СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ ЮДОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ ОТКРЫТОГО КАНАЛА,содержащая регуляторы уровней по числу перегораживающих сооружений, устГ ройство управления и для каждого участка канала датчик уровня; воды верхнего бьефа перегораживающего сооружения, датчики уровня воды нижнего бьефа водовьшусков, датчиков положения затворов водовыпусков, датчик положения затвора перегораживающего сооружения, датчик расхода воды в начале участка и приводы . затворов водовыпусков и перегораживающих сооружений, причем устройство управления включает в себя-блок задания и последовательно соединенные блок памяти, блок умножения, суммирующий накопитель и блок дистанционной коммутации, а каждый регулятор уровней - блок задания, вход которого соединен с соответствующим первым выходом блока дистанционной коммутации устройства управления, отличающая ся тем, что, с целью повьшения быстродействия системы, в устройство управления введены распределитель импульсов и блок сдвиговой памяти, а в каждый регулятор уровней - блок памяти и последовательно соединенные распределитель импульсов, блок сдвиговой памяти, блок умножения, суммирующий накопитель и блок дистанционной коммутации , причем выход блока задания в каждом регуляторе уровней подключен к второму входу блока сдвиговой памяти, третий вход которого связан с вторым выходом распределителя импульсов и с первым входом блока памяти, подключенного вторым входом к третьему выходу распределителя импульсов, а выходом - к второму входу блока умножения, четвертый вход блока сдвиговой памяти соединен с первым выходом олока дистанционной коммутации, а второй выход - с соответствующим вторым входом блока дистанционной коммутации устройства управления, подключенного вторым выходом к первому входу блока сдвиговой isd памяти, второй вход которого зан с выходом блока задания, первый to выход распределителя импульсов усто ройства управления связан с первым hd входом блока памяти, второй выход с вторьм входом блока памяти и с третьим входом блока сдвиговой памяти, а третий выход - с четверть входом блока сдвиговой памяти, выход которого подключен к второму входу блока умножения, выходы датчика расхода воды в начале участка, датчика уровня воды верхнего бьефа перегораживающего сооружения, датчиков уровня воды нижнего бьефа водовыпусков, датчиков положения затворов водовыпусков, датчика положения затвора

Изобретение относится к водному хозяйству и касается автоматизации водораспределения открытого канала.

Известна система регулирования . водораспределения открытого канала с перегораживающими сооружениями и водовыпусками с затворами и приводами к ним, содержащая регуляторы уровней воды, связанные с датчиками уровней верхних и нижних бьефов перегораживающих сооружений, блоки заданий, сумматоры, датчики возмущений, датчики положения затворов и инверторы Cl3.

Недостатком известной системы является невозможность регулировани водораспределения открытого дсанала, подача воды в который лимитирована, так как не обеспечивается регулирование затворов водовыпусков потреби.телей при изменении величины подачи воды в канал.

Наиболее близкой по своей технической сущности к изобретению является система регулирования водорас- пределения открытого канала с перегораживающими сооружениями и водовьшусками с затворами и приводами к ни содержащая регуляторы уровня воды верних бьефов перегораживающих сооружений, регуляторы уровня воды нижни бьефов водовыпусков, датчики уровня воды соответстввенно нижних и верхних бьефов, датчики положения затворов, блоки задания, блок дистанционной коммутации, блок памяти, блок умножения и суммирующий накопитель 2.

Известная система обеспечивает перестройку и стабилизацию режима водораспределения таких открытых каналов, забор воды в которые и соответственно водоподача из них лимитированы. В режиме стабилизации водораспределения система регулирования обеспечивает соответствие между расходом водозабора в канал и суммарным расходом водоподачи в водовыпуски потребителей. В режиме перестройки водораспределения система регулирования обеспечивает переход (изменение) расходов водоподачи с одних заданных значений, соответствующих текущему расхоу водозабора в канал, на другие

(новые) заданные значения расходов водоподачи, соответствующие новому {или прежнему ) расходу водозабора в канал.

Недостатком известной системы

является низкое быстродействие и, как следствие, значительные отклонения фактических расходов водоподачи от новых заданных значений расходов водоподачи, что приводит к переборам

и недоборам воды в водовыпуски в

режиме перестройки водораспределения.

Цель изобретения - повышение быстродействия системы регулирования. Поставленная цель достигается

тем, что .в системе регулирования водораспределения открытого канала с перегораживающими сооружениями и прилегающими к ним сверху участками канала с водовыпусками, забор воды

в который лимитирован, содержащей регуляторы уровней по числу перегораживающих сооружений, устройство управления и для каждого участка канала датчик уровня воды верхнего бьефа

перегораживающего сооружения, датчики уровня воды нижнего бьефа водовыпусков, датчики положения затворов водовыпусков , датчик положения затвора перегораживающего сооружения, датчик

расхода воды в начале участка и приводы затворов водовыпусков и перегораживающих сооружений, причем устройство управления включает в себя блок задания и последовательно соединенные блок памяти, блок умножения, суммирующий накопитель и блок дистанционной коммутации, а каяудый регулятор уровней - блок задания, вход которого соединен с соответству ющим первым выходом блока дистанционной коммутации устройства управления в устройство управления введены распределитель импульсов и блок сдвиговой памяти, а в каждый регулятор уровней - блок памяти и последовательно соединенные распределитель импульсов, блок сдвигово памяти, блок умножения, суммируюЕЩЙ накопитель и блок дистанционной коммутации, причем выход блока задания в каждом регуляторе уровней подключен ко второму входу блока сдвиговой памяти, третий вход которого связан со вторым выходом распределителя импульсов и с первым входом блока памя ти, подключенного вторым входом к третьему выходу распределителя импульсов, а выходом - ко второму вход блока умножения, четвертый вход блока сдвиговой памяти соединен с первым выходом блока дистанционной коммутации, а второй выход - с со,ответствующим вторым входом блока дистанционной коммутации устройства управления, подключенного вторым выходом к первому входу блока сдвиго вой памяти, второй вход которого связан с выходом блока задания, первый выход распределителя импульсов . устройства управления связан с первым входом блока памяти, второй выход - со вторым входом блока памяти, и с третьим входом блока сдвиговой памяти, выход которого подключен ко второму ВХОДУ блока умножения, выходы датчика расхода воды в начале участка, датчика уровня воды верхнего бьефа перегораживающего сооружения, датчиков уровня воды нижнего бьефа водовыпусков, датчиков положения затворов водовыпусков, датчика положения затвора перегораживающего сооружения для каждого участка канала соединены с соответствующими вторыми входами регуляторов уровней своего участка канала, вторые выходы блоков дистанционной коммутации каждого регулятора уровней связаны .с входами соответствующих приводов затворов водовыпусков и перегоражива ющих сооружений. Открытый канал представляет собой совокупность в общем случае г локальных участков канала, состоящих каждый из перегораживающего сооружего к нему сверху водовыпусками. дставлена блок-схема темы; на фиг. 2а,б козффициентов соотках памяти устройстрегулятора уровней; :,временная диаграмма соответственно вней и устройства уп, ность функционировагулятора 1 уровней; измерения текущих значений параметров с датчиков; количество датчиков измерения параметров регулятора 1 уровней; считывания текущих значений параметров с регуляторов 1 уровней;количество текущих значений параметров в системе,регулирова() выработка и вывод регулирующих воздействий на затворы; количество затворов на локальном участке канала;периодичность выработки регулирующих воздействие на затворы; периодичность вывода регулирующих воздействий на затворы; периодичность функционированйя устройства 2 управления; выработка и .вывод уставок в регуляторы 1 уровней; количество регулируемых водовыпусков и перегораживающих сооружений на открытом канале; время считывания текущего значения измеренного параметра с регулятора 1 уровней;

периодичность выработТ

TDI ки уставок

т периодичность вывода

01 уставок в регуляторы. 1 уровней;

Д1 время выработки регулирующих воздействМ {время смещения периода выработки,регулируюпщх воздействий относительно периода вывода регулирующих воздействий); время выработки уста

ut вок (время смещения периода выработки уставок относительно периода вывода уставок);

I моменты начала выработки регулирующих воздействий;

2 моменты начала вывода

регулирующих воздействи

на затворы;

3 моменты начала выработк

уставок;

4 моменты начала вьгоода

уставок в регуляторы 1

уровней;

на фиг. 4

блок-схема блока сдвиговой памяти.

Предлагаемая система включает два или более регуляторов 1 уровней и устройство 2 управления.

Каждый из регу 1яторов I уровней связан .с датчиком 3 уровня воды верхнего бьефа перегораживающего сооружения, датчиками 4 уровней воды нижних бьефов водовыпусков, датчиком 5 расхода воды в начале участка канала, датчиками 6 положения затвора перегораживающего сооружения, датчиками 7 положения затворов водовьтусков. Регулятор 1 уровней обеспечивает регулирование водораспределения на локальном участке канала и включает блок 8 дистанционной коммутации, суммирующий накопитель 9, блок 10 умножения, блок I1 сдвиговой памяти, распределитель импульсов 12, блок 13 памяти, блок 14 задания.

Устройство 2 управления включает блок 15 дистанционной коммутации, суммирукиций накопитель 16, блок 17 умножения, блок 18 сдвиговой памяти .распределитель импульсов 19, блок памяти 20, блок 21 задания.

Входы блоков I4 задания всех регуляторов I соединены с выходами блока 15 дистанционной коммутации устройства 2 управления, входы которого соединены с выходами блоков 11 сдвиговой памяти всех регуляторов 1 уровней.

Количество датчиков 4 уровня воды нижних бьефов водовыпусков и датчиков 7 положения затворов водовыпусков в каждом регуляторе 1 уровней зависит от числа водовыпусков .

Блок 13 памяти регулятора 1 уровней и блок 20 памяти устройства 2 управления имеют одинаковое принципиальное нсполнение и предназначены для хранения весовых коэффициентов , которые хранятся в виде матрицы (см. фиг. 2).

В каждой строке матрицы блока 13 хранятся весовые коэффициенты, относящиеся к i-му затвору локального участка канала

, j, ,2,...п, j l,2,...,Ml, Kij, ,2,...,n, j,2,..., М2, где M1- количество регулИру6{4ых

водовыпусков и перегораживающих сооружений на локальном участке канала; М2- количество текущих и предыдущих значений измеряемых параметров в регуляторе уровней;

К..- весовой коэффициент, опред1еляющий степень влияния уставки для j-ro регулируемого водовьшуска или перегораживающего сооружения на регулирующее воздействие для

1-го затвора;

К-.- весовой коэффициент, опреляющий степень влияния j-ro текущего или предьодущего значения измеряемого параметра на регулирующее воздействие для t-ro затвора.

В каждой строке матрицы блока 20 хранятся весовые коэффициенты, относящиеся к i-му регулируемому водоныпуску или перегораживающему сооружению открытого канала

К.. , ,2,...,J, j l,2,;..,Nl;

Klj , ,2,,..,J, j l,2N2;

гдеЖ- количество регулируемых водовьтусков на открытом канале; i количество текущих и предыдущих значений измеряемых параметров в системе регулировани весовой коэффициент, определяющий степень влияния заданного значения расхода водоподачи в j-й регулируемый водо выпуск на уставку для 1-го регулируемого водовыпуска или перегораживающего сооружения весовой коэффициент, определя ющий степень влияния j-ro текущего или предьщущего значений измеряемого параметра на уставку для 1-го регулируемого водовыпуска или пере гораживающего сооружения. Блок 18 сдвиговой памяти устройс ва 2 управления и блок 11 сдвиговой памяти каждого регулятора 1 уровней имеют одинаковое принципиальное вьт нение, предназначены для хранения текущих, формирования и хранения предыдущих значений измеренных пара метров и состоят из входных и выход ных вентильных схем (ВО и сдвиговы регистров ЛСР). Количество СР равно количеству датчиков измерения параметров. Каждый СР состоит из ячеек, в которых хранятся значения измерен ного параметра, причем в первой ячейке хранится текущее значение, а в последующих хранятся предыдущие значения измеренного параметра. Через первый (четвертый) вход блока П (18) на входные ВС блока поступают периодически (период Т1 (То)и последовательно во времени с интервалом1(1с1. (см. фиг, 3) сигналы с первого (третьего ) выхода распределителя импульсов 12 (191, которые разрешают прохождение через эти ВС поступающих синхронно с ними на четвертый (второй) вход сигналов о текущих значениях измеренных параметров от блока 8 (15) дистанционной коммутации. При этом сигналы о текущих значениях измеренных параметров поступают в первые ячейки соответствующих СР и запоминаются в них. Через период Т1 (TO )аналогично в первые ячейки соот ветствующих СР поступают сигналы о текущих значениях измеренных параметров и запоминаются в них. Аналогично происходит в каждом следующем периоде. Таким образом, в каждом СР в любой момент времени хранятся в первой ячейке текущее значе ние измеренного параметра; в каждой следующей ячейке сдвинуты по времени на один период Т(Тд) предыдущие значения измеренных параметров. Через третий вход блока 11 (18) через выходные ВС блока в периоде функционирования Т (1) поступают периодически (период Т(Тд)в течение времени4;В{,и последовательно во времени сигналы со второго выхода распределителя импульсов 12- (19), которые разрещают прохождение через эти ВС на блок 10 (17) умножения текущих и предьщущих значений измеренных параметров , хранящихся в каждом СР., а также устйвок Дзаданньк расходов водопрдачи) с выхода блока 14 (21)задания. Уставки (заданные расходы водоподачи) поступают на выходные ВС блока И (18) через второй(первый ) вход этого блока. Распределитель импульсов 12 регулятора 1 и распределитель импульсов 19 устройства 2 управления имеют одинаковое принципиальное исполнение и предназначены для формирования сигналов управления блоками соответственно 11, 18 сдвиговой памяти и блоками соответственно 13,20 памяти, обеспечивающими совместно с блоками соответственно 10,17 умножения и суммирующими накопителями соответственно 9, 16 выработку соответственно регулирующих воздействий и уставок. Распределитель.импульсов 12 (191 имеет три выхода. С первого (третьего) выхода распределителя импульсов 12 (19) снимается (см. фиг. ЗГ периодически (период Т () последовательность сигналов с интервалом следо- . вaнияtyft), которая синхронизирована с периодической последовательностью сигналов о текущих значениях измеряемых параметров, пост т1ающих на четвертый (второй)вход блока 11 (18) сдвиговой памяти через блок .8(15) дистанционной коммутации. Со второго выхода распределителя импульсов 12(19)в каждом периоде Т (Тр)функцит онирования снимается (см. фиг. 3) периодическая (период Т (Т,,)последовательность сигналов продолжительностыо с интервалом следования До 01 N1+N2/ Период Т(Т,;,1задается с третьего ( первого ) выхода распределителя 9 .. 1 импульсов 12 (19) и обеспечивает последовательно во времени выборки из блока 13 (20) памяти строки матри цы весовых коэффициентов, относящихся каждая к соответствующему затвору локального участка канала (регулируемому водовыпуску или перегоражива щему сооружению открытого канала) дл передачи их (строк) в блок 10 (171 умножения. При этом передача элементов каждой строки матрицы и умножение их на синхронно передаваемв1ё сюда из блока 11 (18) сдвиговой памяти соответствующие данные производится в течение временил(д)последо вательно во времени с интервалом следованияЛ(Д(),что обеспечивается сигналами со второго выхода распреде лителя импульсов 12 (19). Таким обра зом, благодаря сигналам с распредели теля импульсов 12 в блоке 8 умножения за период Т. в течение времени 4,последовательно во времени с интер валом следованияД для каждого затво ра локального участка канала ( см. фиг. 3) формируются произведения весовых коэффициентов выбранной строки матривд|1 на соответствующие им текущие и предьщущие значения измеряемых параметров и уставки, поступающих с блока 11 сдвиговой памяти, а в блоке 9 суммирующего накопителя формируется сумма этих произведений нарастающим итогом, которая представ ляет собой регулирующее воздействие на затвор. j Алгоритм выработки регулирующих воздействий в регуляторе 1 уровней может быть представлен в следуювем виде Ml М2 ,2,...,п, «) где Uj - регулирующее воздействие для 1 -го затвора; Qj - уставка для j-ro регулируемого водовыпуска или перегораживающего сооружения локального участка канала; Х- - текущее или предьщущее значение измеряемого параметра в регуляторе уровней. . Благодаря сигналам с распределителя импульсов 19 в блоке 17 умножения за период Т в течение времени 4- последовательно во времени с .интервалом следованияД для каждого регулируемого водовыпуска и перегора 2 жнвающего сооружения открытого канала {см. фиг. 3)формируются произведения весовых коэффициентов . выбранной строки матрицы на соответствующие им текущие и предьщущие значения измеряемых параметров и заданные значения расходов водоподачи, поступающие с блока I8 сдвиговой памяти, а в блоке 16 суммирующего накопителя формируется сумма этих произведений нарастающим итогом, которая представляет собой уставку для регулируемого водовыпуска или перегораживакщего сооружения. Таким образом, алгоритм выработки уставок в устройстве 2 управления может быть представлен в следующем виде ,,,«( ,2,..., , (2) уставка для i-го регулируемого водовыпуска или перегораживающего сооружения открытого канала; заданное значение расхода водоподачи в j-й регулируемый водовьтуск открытого канала; текущее или предыдущее значение измеряемого параметра в системе регулирования. Благодаря введению в алгоритмы выработки уставок и регулирующих воздействий предьщущих значений измеряемых параметров обеспечивается крсвениая экстраполяция ( прогноз) будущих значений измеряемых параметров , а следовательно, вырабатываемые значения уставок и регулирующих воздействий носят упреладающий характер и.уменьшают время переходного процесса при перестройке режима водораспределения с одних заданных расходов водоподачи на другие заданные расходы водоподачи. . Весовые коэффициенты являются индивидуальной характеристикой канала и представляют собой матрицу значений коэффициентов, которые рассчитываются по известным методикам, использующих, в общем случае гидрометрические данные (расходные характеристики перегораживающих сооружений и водовыпусков), получаемые гидрометрической службой Канала на основе результатов тарировочных работ; конструктивно-технологически характеристики канала ( пропускные способности перегораживающих сооружений и водовыпусков, максимальные значения уровней бьефов,коэффициент откосов, уклоны дна участков канала параметры поперечного сечения участ ков канала, размеры водопропускных отверстий перегораживающих сооружений и т.д.) , являющиеся паспортными характеристиками канала. Предлагаемая система работает следующим образом (см. фиг. 3). Периодически (период Т) и последовательно jso времени с интервалом следования 4,. сигналы с датчиков с И - . помощью блоков дистанционной коммутации поступают на четвертый вход блока 11 сдвиговой памяти, откуда с помощью синхронно поступающей на первый вход последовательности сигналов вводятся в первые ячейки сдвиговых регистров. Затем благодар периодически ( период Т )посту11ающим на второй вход блока 13 памяти сигналам распределителя импульсов 12-, а также периодической(период Т,) последовательности сигналов продолжительностью 4 с интервалом следований 4 , поступающей со второго выхода распределителя импульсов I2 на первый вход блока 13 памяти и третий вход блока 11 сдвиговой памяти, согласно алгоритму(И выраб ки регулирующих воздействий в блоке 9 суммирующего накопителя к мсжента времени 2 (см. фиг. За) формируются регулирующие воздействия, которые периодически (период помощью блока 8 дистанционной коммутации выводятся на соответствующие привод затворов локального участка канала. Уставки, считываемые с выхода блока 14 задания в блок t1 сдвигово памяти, вводятся в блок 14 благодар функционированию устройства 2 управления. Периодически (период Т)и послед вательно во времени с интервалом следования t текущие значения измеряемых параметров с помощью блока 15 дистанционной коммутации считываются с первых ячеек сдвиговых регистров блоков 11 сдвиговой памяти: регуляторов 1 уровней и поступает на второй вход блока 18 сдвиговой памяти, откуда с помощью синхронно поступающей на четвертый вход последовательности сигналов вводятся в первые ячейки сдвиговых регистров. Затем, благодаря периодически (период TQ,поступающим на первый вход блока 20 памяти сигналам распределителя импульсов 19, а тахсже периодической (период Т{)последова- .. тельности сигналов продолжительность Дд с интервалом следования -60, поступакщей со второго выхода расг пределителя импульсов 19 на второй вход блока 20 памяти и третий вход блока 18 сдвиговой памяти, согласно алгоритму (2)выработки уставок в блоке 16 суммирующего накопителя к моментам времени 4 (см. фиг. 361 формируются уставки, которые периодически (период Тд)с помощью блока 15 дистанционной коммутащш выводятся в блоки 14 задания регуляторов 1 уровней. Заданные расходы водоподачи, считываемые с выхода блока 2 задания в блок 18 сдвиговой памяти, вырабатываются вне предлагаемой системы и вводятся в блок 18 вручную. Таким образом, предлагаемая система позволяет, благодаря наличию блоков сдвиговой памяти, распределит телей импульсов и связанных с ними блоков памяти,блоков задания,суммирующих накопителей, блоков умножения, блоков дистанционной коммутации и датчиков измеряемых параметров, повысить быстродействие системы при перестройке режима водораспреде- ления. Повышение быстродействия системы при перестройке режима водораспределения имеет особенно большое значение, так как позволяет снизить переборы и недоборы в водовыпуски и тем улучшить дисциплину водопользования в условиях дефицита водных ресурсов.

дЕГ

КприЛо&ам 3ffm6ffflfff

г

jiiLr-

fL:r.

Фи.1

, am 2rzo Вшода ил ока 12

фиг. 2

ir-IT

Выходные ВС

i

/7

/7-/

Lj

СР

I

OmSfl. ,

J

1/1м.Ся /«H

.Win)

3ft) ШгбЛ.2(Г$)

0mlhl.14i2l

Jtik

Ira

n

r n-1

n-1

I

f/

CP

Л.Г5

BxodHitie sc

Отдл.8(1$) фиг, ч