Система регулирования уровня воды в канале Советский патент 1987 года по МПК G05D9/12 

Изобретение относится к автоматическому регулированию, а именно к системам автоматического водорегулирования уровней и расходов воды на открытых каналах.

Целью изобретения является расширение области применения системы за счет обеспечения возможности регулирования водо- распределения в открытых каналах, подача воды в которых осундествляется головной насосной станцией, и повышение быстродействия и надежности системы.

На фиг. 1 представлена функциональная схема системы; на фиг. 2 - схема датчика уровня; на фиг; 3 - схема радиоприемного блока; на фиг. 4 - схема ши- ротно-импульсного модулятора; на фиг. 5 - схема блока реле; на фиг. 6 - схема первого блока суммирования; на фиг. 7 - схема датчика расхода потребителей; на фиг. 8 - схема второго блока суммирования; на фиг. 9 - схема первого порогового блока; на фиг. 10 - схема радиопере- даюш,его блока; на фиг. 11 - схема насосной станции.

Система содержит затвор 1, датчик 2 уровня, блок 3 реле, радиоприемный блок 4, широтно-импульсный модулятор 5, исполнительный блок 6, первый блок 7 сумми- рования, датчик 8 расхода воды потребителями, второй блок 9 суммирования, первый пороговый блок 10, блок 11 коммутации, ра- диопередаюший блок 12, второй пороговый блок 13, блок 14 управления насосной станцией 15, расходомер 16, блок 7 сравнения и третий пороговый блок 18.

Каждый датчик 2 уровня {фиг. 2) выполнен в виде магнитоуправляемого геркона 19, установленного на неподвижном диске 20, напротив которого размещен рычаг 21 и магнитом 22, связанным со шкивом 23, в спиральных пазах 24 которого находится гибкая тяга 25, связанная с поплавком 26, причем шкив датчика уровня может иметь переменный диаметр по длине. Для обеспечения постоянного натяга гибких тяг каж- дый датчик уровня снабжен противовесом 27. Радиоприемный блок 4 (фиг. 3) состоит из последовательно соединенных радиоприемника 28, усилителя 29, демодулятора 30, усилителя 31 с емкостными накопителями и блока 32 выходных реле.

Широтно-импульсный модулятор 5 (фиг. 4 состоит из мостовой схемы 33, блока 34 магнитных пускателей и блока 35 формирования длительности. В мостовой схеме 33 контакты 36о1-Збш представляют собой первую пару контактов реле Збо-Збц блока 32 выходных реле. Контакты 36t,i -36,, реле Збо-36., образуют первый выход блока 32 выходных реле, а контакты ЗВв -36,и реле образуют второй выход ука- занного блока. Контакты 37, -37, представляют собой первую пару контактов реле 37.,-37, блока 3 реле (фиг. 5).

0

0

5

0

0

В первом блоке 7 суммирования (фиг. 6) контакты 36 -36 представляют собой вто рую пару контактов, реле Збо-36 блока 32 выходных реле, контакты 37о2-37/2 - вторую пару контактов реле 37о-37/ блока 3 реле, контакты реле 38о-38 представляют собой контакты герконов 19 датчика 2 уровня в конце вышерасположенного участка канала. Имеется также сумматор 39.

Датчик 8 расхода воды потребителями содержит чувствительный элемент 40 и коммутирующий блок 41. Коммутирующий блок 41 содержит пороговые элементы 421-424 и реле 43i-43.1 (фиг. 7). :

Во втором блоке 9 суммирования (фиг. 8) контакты 43ii-4 34i представляют собой контакты реле 43i-434 ; коммутирующего блока 41 датчика 8 расхода воды потребителями. Контакты 3682-:36ii2 представляют собой вторую пару контактов реле 36g- 36м блока 32 выходных реле. Имеется также сумматор 44.;

Первый пороговый бло 10 (фиг. 9) состоит из пороговых элементов 45о-45ii. Блок 11 коммутации состфит из реле 46о- 46п.:

Радиопередающий блс1к 12 (фиг. 10) состоит из последовательнсз соединенных частотного модулятора 47 и передатчика 48. Частотный модулятор 47 имеет в своем составе двенадцать конденсаторов, каждый из которых последовательно соединен с контактами соответствующего реле 46о-46ii блок 11 коммутации.

Насосная станция 15 содержит (фиг. 11) насосные агрегаты 49i, 492,...,49 «. Блок 14 управления состоит из определителя 50 очередности включения, определителя 51 очередности выключения и логических схем ИЛИ 52ь 522.

Мостовая схема 33 содержит (фиг. 4) поляризованное реле 53 и резисторы 54i- 54. Блок 34 магнитных пускателей состоит из промежуточных реле 55 и 56 и магнитных пускателей 57 и 58. Блок 35 формирования длительности содержит конденсатор 59, транзистор 60, реле 61, щаговый искатель 62, и резисторы 63-67.

Система работает следующим образом.

В исходном состоянии расход, подаваемый в канал и разбираемый потребителями, сбалансирован и система работает устойчиво. При этом уровни воды в участках канала поддерживаются постоянными. При изменении расхода воды потребителями какого-либо участка, например третьего, на величину Agi с датчика 8 расхода воды потребителями снимается сигнал, пропорциональный величине A|i изменения расхода. Информация с этого датчика передается через второй блок 9 суммирования на радиопередающий блок 12. При этом от датчика 2 уровня воды в конце третьего участка сигнала еще нет, так как уровень воды в контролируемом створе в конце указанного участка от приложенного возмунления изменяется очень медленно в силу большой инерционности объекта. Модулятор 47 радио- нередающего блока 12 генерирует одну из частот fg-fii. Модулирующие частоты воздейст- вуют на несуш,ую частоту радиопередатчика 48, которая выбирается в области УКВ-диа- пазона. Модуляция несущая - частотная. Радиоприемным блоком 4 сигнал, поступающий от радиопередающего блока 12, усиливается и демодулируется. При этом срабатывает одно из реле Збв-Збц блока 32 выходных реле радиоприемного блока 4, которое замыкает свои контакты в мостовой схеме 33 щиротно-импульсного модулятора 5 (один из контактов , при этом учитывается коэффициент PI соответствия изменения уровней воды от изменения расхода воды потребителями) и во втором блоке 9 суммирования (один из контактов

36и2).

В диагонали мостовой схемы 33 широтно- импульсного модулятора 5 появляется напряжение, пропорциональное величине изменения A iрасхода воды потребителями. Блок 35 формирования длительности широтно-им- пульсного модулятора 5 формирует последовательность управляющих импульсов с длительностью, пропорциональной напряжению в диагонали мостовой схемы 33.

После некоторого времени т датчик 2 уровня в конце третьего участка срабатывает. При этом в первом блоке 7 сумми- рования замыкаются контакты 38о-38/ соответствующих герконов 19 датчика 2 уровня, срабатывает один из пороговых элементов 45(1-47 первого порогового блока 10 и одно из реле 46о-46/ блока 11 коммутации, которое замыкает свои контакты в цепи мо- дулятора 47 радиопередающего блока 12. Модулятор 47 радиопередающего блока 12 генерирует одну из частот fo-fy- Модули- , рующие частоты воздействуют на несущую частоту радиопередатчика 48, которая выбирается в области УКВ-диапазона. Модуля- ция несущая-частотная. Радиоприемным блоком 4 сигнал, поступающий от радиопередающего блока 12, усиливается и демодулируется. При этом срабатывает одно из реле Збо-Збт блока 32 выходных реле радиоприемного блока 4, которое замыкает свои контакты в мостовой схеме 33 щиротно-импульсного модулятора 5 (один из контактов 36о1-3671) и в первом блоке 7 суммирования (один из контактов 36о2-Збта).

Отклонения уровней воды в начале тре- тьего участка вызывают срабатывание одного из герконов 19 датчика 2 уровня в начале указанного участка, что приводит к срабатыванию одного из реле 37о-37 блока 3 реле, которое замыкает свои контакты в другом плече мостовой схемы 33 щиротно- импульсного модулятора 5 (один из контактов 37о1-3771) и в первом блоке 7 суммирования (один из контактов 37о2-3772).

В диагонали мостовой схемы 33 нояв.пя- ется новое напряжение, пропорциональное отклонениям уровней воды в начале и конце третьего участка канала. Блок 35 формирования длительности широтно-имнульсного модулятора 5 формирует последовательность управляющих импульсов с длительностью, пропорциональной величине отклонения уровней воды в начале и конце указанного участка. Ширина управляющих импульсов определяется величинами отклонений расхода воды потребителями и уровней воды в начале и конце этого участка.

Выходные сигналы блока 32 выходных реле радиоприемного блока 4 и блока 3 реле поступают на соответствующие входы второго 9 и первого 7 блоков суммирования, на другие входы которых поступают сигналы с датчика 8 расхода воды потребителями и датчика 2 уровня в конце выщерас- положенного участка (2-го участка).

Во втором сумматоре 9 суммируются сигналы об изменениях расхода воды потребителями во втором и третьем участках. Таким образом, сигнал на выходе сумматора 44 второго блока 9 суммирования зависит от изменения расхода воды потребителями второго и третьего участков канала.

В первом сумматоре 7 суммируются сигналы об отклонениях уровней воды в начале и конце третьего участка и в конце выще- расположенного участка (второго участка). Таким образом, сигнал на выходе сумматора 39 первого блока суммирования зависит от отклонения уровней воды в начале и конце третьего и в конце второго участков. При этом выполняется суммирование с учетом специфических особенностей (длнна, щирина, глубина, местность и т.д.) участков канала.

Алгоритм, по которому щиротно-нм- пульсный модулятор 5 второго участка формирует управляющий сигнал, может быть представлен, например, в следующем виде:

U,mu,.,iBiAgi+i(K«i-Ah i+KKi-AhKO,

1.

где UMIMM - управляющий сигнал щиротно- импульсного модулятора 5 второго участка канала; fii - коэффициент соответствия изме нения уровней воды от изменения расхода воды потребителями i-ro участка;

величина изменения расхода воды потребителями i-ro участка; KHI, KKI-постоянные коэффициенты веса начала и конца соответственно i-ro участка канала, характеризующие спе 1ифические особенности участков канала (глубина, щирина, длина, местность и т.д.)

Ahiii, АНк1 - отклонения уровней воды в начале и конце соответственного i-ro участка канала.

Таким образом, величина открытия за-, творов 1 каждого участка канала зависит не только от суммарных отклонений уровней воды в начале и конце всех нижерасположенных участков канала, но и от суммарного расхода воды потребителями указанных участков. При этом увеличивается быстродействие регулирования по всему каналу.

Если разность между суммарным расходом воды потребителя.ми всего канала и расходом, подаваемым насосной станцией 15, превышает пороговые значения ) второго порогового блока 13 на величину gi, на выходе второго порогового блока 13 появится сигнал, который включает в работу определитель 40 очередности включения.- Определитель 50 очередности включения выбирает насоспый агрегат 49i с наибольшим временем стоянки и включает его в работу. При этом ступенчато изменяется на величину расхода агрегата 49: расход, подаваемый в канал. Если носле включения дополнительного насосного агрегата 49i сигнал на выходе второго порогового блока 13 еще существует, определитель 50 очередности включения включает следующий насосный агрегат, т.д. Дополнительные агрегаты наносной станции 15 будут работать, пока не заполнятся резервные объемы всех участков канала. Так как величина резервных объемов как правило значительна, то число срабатываний дополнительных агрегатов резко уменьшается, что повышает надежность работы насосной станции 15.

Если в результате включения дополнительных агрегатов 49 уровень воды в конце и/или начале первого участка канала достигает максимально допустимого уровня, то с выхода третьего порогового блока 18, появляется сигнал, который включает в работу определитель 51 очередности выключения, который отключает насос, работающий наиболее продолжительное время. Если через некоторое время сигнал на выходе третьего порогового блока 18 еще существует, определитель 51 очередности выключения, отключает следующий насосный агрегат, и т.д. Это приводит к резкому уменьщению непроизводительных сбросов воды. Если в результате отключения дополнительных агрегатов уровень воды в конце и/или начале первого участка достигает минимально допустимого значения, на выходе третьего порогового блока 18 появляется сигнал, который включает в работу определитель 50 очередности включения. При этом процесс управления повторяется и не допускается опорожнение канала.

0

5

0

5

0

5

0

Формула изобретения Система регулирования уровня воды в канале, содержащая в начале первого участка гидроканала датчик уровня и радиоприемный блок, а также п каналов регулирования по числу гидроперегораживающих сооружений, причем первый канал регулирования включает последовательно соединенные первый пороговый блок, блок коммутации и радиопередающий блок, последовательно соединенные широтно-импульсный модулятор и исполнительный блок, связанный выходом с затвором первого гидро- перегораживающего сооружения, радиоприемный блок, выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входа.ми широтно-импульсного модулятора, третий вход которого подключен к выходу блока реле, связанного входом с датчиком уровня в начале нижерасположенного участка гидроканала, второй канал регулирования и каждый последующий включают также последовательно соединенные первый сумматор, подключенный соответственно первым, вторы.м и третьим входами к выходу датчика уровня в конце выщерасположен- ного участка канала, к выходу блока реле и к первому выходу радиоприемного блока, а выходом - к перво.му входу первого порогового блока на первом гидропере- гораживающем сооружении выход датчика уровня вышерасположенного участка гидроканала соединен с первым входом первого порогового блока своего канала регулирования, отличающаяся те.м, что, с целью расширения области при.менения за счет обеспечения возможности регулирования водо- распределения в открытых каналах, подача воды в которых осуществляется головной насосной станцией, повышения быстродействия и надежности системы, она содержит в начале первого участка гидроканала последовательно соединенные блок сравнения, второй пороговый блок и блок управления насосной станцией, а также раходо- мер и третий пороговый блок, первый вход которого подключен к первому выходу радиоприемного блока, второй вход - к выходу датчика уровня в начале первого участка гидроканала, а выход - к второму входу блока управления, вход расходомера подключен к насосной станции, а выход - к первому входу блока сравнения, связанного вторым входом с вторым выходо.м радиоприемного блока, а в каждом канале регулирования - последовательно соединенные датчик расхода потребителей и второй су.м- матор, выход которого подключен к второму входу первого порогового блока своего канала, а второй вход - к второму выходу радиоприемного блока своего канала.

Риг

Изобретение относится к автоматическому регулированию, а именно к системам автоматического водорегулирования уровней и расходов воды на открытых каналах. Цель изобретения - расширение области применения, повышение быстродействия системы - достигается тем, что система дополнительно содержит датчик расхода воды потребителями, второй блок суммирования, последовательно соединенные второй пороговый блок, блок управления, насосную станцию, расходомер, блок сравнения и третий пороговый блок, вход блока реле связан с выходом датчика уровня в начале данного участка канала, а выход - с третьим входом широтно-импульсного модулятора, первый, второй и третий входы первого блока суммирования соединены соответственно с выходом блока реле, выходом датчика уровня в конце вышерасположенного участка канала и первым выходом радиоприемного блока, а выход - с первым входом первого порогового блока, первый и второй входы второго блока суммирования соединены соответственно с выходом датчика расхода воды потребителями я вторым выходом радиоприемного блока, а выход - с вторым входом первого порогового блока, в первом участке канала выход датчика уровня в конце участка соединен с первым входом первого порогового блока, а выход датчика уровня в начале участка - с первым входом третьего порогового блока, второй вход которого соединен с первым выходом радиоприемного блока, а выход - с первым входом блока управления, второй вход блока сравнения соединен с вторым выходом радиоприемного блока, а выход - с входом второго порогового блока. 11 ил. i (Л оо о 00 со со СО

20

13 22

А

27

21 ,2д

-2425

2

9иг.г

ФиаЗ

/РигЛ

Л /19

37

/,

/Због /36,г /Зб7г

I J7

LJ

(Pu2.5

П

(I 0 (I

2,

4J

/ v

1

PU2.7

Фиг. 8

Фиг. 9