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

11

Изобретение относится к автоматическому регулированию, а именно к системам автоматического водорегу- лирова шя уровней на открытых каналах ; и является усовера1е 1ствованием устройства по авт., св. К° 109514.

Цель изобретения - повьшение быстродействия и точности устройства. На фиг 1 представлена функцио- , нальная схема устройства; на фиг 2 - датчик уровня на фиг 3-- радиопередающий блок , на фиг, 4 - радиопри- емный блок| на фиг, 5 - широтно-им- пульсньй модулятор;; на фиг, 6 - блок .реле; на фиг,, 7 -- блок суммирований; I на фиг, 8 - пороговый блок.

Устройство содерлсит затвор 1 гидротехнического сооружения, затвор 2 водовьшуска, датчик 3 уровни, радиопередающий блок 4, радиоприемный блок 5, широтно-импульсный модулятор 6э исполнител1 ный блок У, блок реле 8j .датчик 9 положения затвора водовьшуска 5; датчик 10 положения затвора гидротехнического сооружения, пе вьй 1 1 и второй ) 2 блоки cytviMHpOBa- нияJ пороговый блок 13 и блок 14 коммутации ,

Каж,п,ый датчик 3 уровня (фиг, 2) выполнен в виде магнитоуправляемого геркона 15, установленного на неподвижном диске 16, напротив которого размещен рычаг 17 с магнитом IS, связанным со дгкивом 19; в спирапьных пазах 20 которого находится гибкая тяга 21, связанная с по.шшвком 22,, причем шкив уровня может иметь переменный да;аметр по длине Для обеспечения постоянного натяга гибких тяг датчик 3 уровня снабжен противовесом 23

Радиопередающий блок 4 (фиг 3) состоит из последовательно соединенных частотного модулятора 24 и передатчика 25 о Модулятор 24 имеет в своем составе двенадцать конденсаторов, каждый из которых последовательно соединен с контактами 26,,-26. соответствующего реле 26д-26,. блока 4 ком1-{утациио

Радиоприемный блок 5 (фиг„ 4) соетоит нз последовательно соединен ных радиоприемника 27, усилителя 28, демодулятора 29,,- усилителя с емкостными накопителями 30 и блока выходных реле

Широтно- ьШпульсный модулятор 6 (фиг, 5) состоит из мостовой схемы 32э блока 33 маг1штш х пускателей и

5953.2

блока 34 формирования длительности. В мостовой схеме 32 контакты - представляют собой первую наг.} контактов реле 35о --35. блока выходных 5 реле 31, а контакты представляют собой первую пару контактов реле Збр-Зб блока реле 8 (фиг. 6).

В первом блоке 11 суммирования (фиг„ 7) контакты 35gj-35., представ- 0 ляют собой вторую пару контактов реле , блока выходных реле 31, контакты 36(j-36. представляют собой вторую пару контактов реле Збо-Збу блока реле 8, контакты 37Q-37 пред- S ставляют собой контакты герконов 15 датчика 3 уровня в конце вьшерасполо- женного участка канала. Имеется также сумматор 38 о

Пороговый блок 13 (фиг. 8) состо- 2Q ит из пороговых элементов 390-39,,

Широтно-импульсный модулятор содержит также (фиг. 5) реле 40 с перекидным контактом 40, реле 41, 42, 43 и 44 с контактами 41.., ,42, 43 25 i р конденсатор 45, транзистор 46, реле 47 и 48 с контактами 47 и переключатель 49 и резисторы 50-54.

Устройство работает следующим об- 2д разом.

В исходном состоянии расход, подаваемый в канал и разбираемый потребителями, сбалансирован и устройство работает устойчиво. При изменении расхода потребителей участков канала, например увеличении расхода потребителей данного участка (i-ro), изменяется положение затвора 2 водовы- пуска в сторону открытия. При этом на выходе второго блока 12 суммирования одновременно появляется сигнал, пропорциональньш данному возмущению, так как постоянная времени затвора 2 водовыпуска очень мала, в , то время как выходной сигнал датчика 3 уровня в конце рассматриваемого участка равен нулю в силу большой инерционности обтзекта. На входе радиопередающего блока 4 появляется сигнал, пропорциональный величине отклонения положения затвора 2 водовы- пуска. Модулятор 24 радиопередающего блока 4 генерирует одну из частот (), Модулирзтощие частоты воздействуют на частоту радио- 5- передатчика 25, которая выбирается Б области УКВ-диапазона, Модуляция . несущая - частотная. Радиоприемным блоком 5 сигнал, поступающий от ра35

50

3, 1

диопередающего блока 4, усиливается и демодулируется. При этом срабатывает одно из реле блока выходных реле 3i, которое замыкает свои контакты в мостовой схеме 32 широт- но-импульсного модулятора 6 (один из контактов 35j,-35,

В диагонале мостовой схемы 32 ши- ротно-импульсного модулятора 6 появляется напряжение, пропорциональное величине отклонения положения затвора 2 водовьшуска. Блок 34 формирования длительности широтно-импульс ного модулятора 6 формирует последовательность управляющих импульсов с длительностью,- пропорциональной напряжению в диагонале мостовой схемы 32. Вькодной сигнал широтно-импульс- ного модулятора 6 воздействует на исполнительный блок 7, который перемещает затвор 1 гидротехнического сооружения. При этом на второй вход второго блока 12 суммирования поступает сигнал, пропорциональный величине отклонения положения затвора 1 гидротехнического сооружения.данного участка.

На первьй вход второго блока 12 суммирования поступает выходной сигнал датчика 9 положения затвора водовьшуска вьшерасположенного участка (i-1). На выходе второго блока 12 суммирования понизится суммарньш сигнал, пропорциональный величине отклонения положения затвора 1 гидротехнического сооружения i-ro участка и величине отклонения положения затвора 2 водовыпуска (i-i)-ro участка, причем суммирование выполняется с учетом специфических особенностей затворов (ширина, высота, вес и т.д, Сигнал на выходе второго блока 12 суммирования может определяться, например, в соответствии со следующим алгоритмом:

,,,..,)-df (,-:,,, .

где К,... ,К,„., 7 постоянные коэффициенjrCi 30(1-1)

ты веса затворов гидротехнического сооружения и водовьтуска i-ro и (i-l)-ro участков канала соответственно, характеризующие специфические особенности затворов (ширина, высота, вес и т.д.); (-i) отклонения положений

затворов гидротехничес534

кого сооружения и водовыпуска соответственно от заданного значения

i-ro и (i-l)-ro участков канала.

На входе радиопередающего блока 4 вьплерасположенного участка (i-1) поступает сигнал Upj-- Модулятор 24 генерирует одну из частот ( ).

Модулирующие частоты воздействуют на несущую частоту радиопередатчика 25, которая выбирается в области УКВ-ди- апазона. Модуляция несущая - частотная. Радиоприемным блоком 5 участка

(i-1) сигналы, поступающие от радиопередающего блока 4, усиливаются и демодулируются. В результате сраба0

тывает одно из реле 35,, -35 блока

11 выходных реле 31, которое замыкает

свои контакты в мостовой схеме 32

щиротно-импульсного модулятора 6.

Таким образом, в диагонале мостовой схемы 32 широтно-импульсного модулятора 6 появляется напряжение,

5 пропорциональное величине отклонений положения затвора 1 гидротехнического сооружения i-ro участка и положения затвора 2 водовьтуска (i-l)-ro участка с учетом весовых коэффициg ентов. Блок 34 формирования длительности широтно-импульсного модулятора 6 формирует последовательность управляющих импульсов с длительностью, пропорциональной напряжению в диагонале мостовой схеме 32. Выходной сигнал широтно-импульсного модулятора 6 воздействует на исполнительный блок 7, которьш перемещает затвор 1 гидротехнического сооружения (i-l)-ro

- участка. Работа устройства во всех вышерасположенных участках происходит аналогично.

Таким образом, в предлагаемом устройстве в отличие от известного сначала проводится регули5 рование уровней воды по всему каналу по возмущению, причем ширина управляющих импульсов каждого широтно- импульсного модуляторов 6 определяется величинами отклонений положений

0 затвора 1 гидротехнического сооружения нижерасположенного участка и затвора 2 водовьшуска данного участка от заданного значения с учетом весовых коэффициентов. При этом уве5 личивается быстродействие регулирования уровней воды по всему каналу. Через некоторое время уровень воды в конце данного участка (i-ro)

отклоняется от заданного значения в результате изменения расхода потребителей этого участка. При этом на входе радио.пе.редагаще1 0 блока 4 появляется сигналS пропорциональный величине отклонения уровней воды в конце данного участка. Модулятор 24 радиопередающего блока 4 генерирует одну из частот (,,) Модулируюгще частоты воздействуют на несущую частоту радиопередатчика 25, которая выбирается в области УКВ-диапазона„

Модуляция несущая - частотная. Радио- где К. ,К|,,К|.| - постоянные коэффициприемньп-1 блоком 5 сигнал,, поступающий от радиопередающего блока 4, уси- j ливается и демодулируетсяj при этом срабатывает одно из реле , блока выходных реле 3 которое замыкает свои контакты в мостов ой схеме 32 1иротно-импульсного модулятора 6 (один из контактов ,.) и в первом блоке суммирования i1 (один из контактов 35,j--3572)

Отклонения уровней воды в начале

О

енты веса начала и конца i-ro участка и конца вышерасположенного участка (i-l)-ro соответственно, характеризующие специфические особенности участков канала (глубина, ширина, длина, местности и т.д.)I

данного участка (i-ro) вызывает V - к; «(i-i) отклонения уровней ба швание одного из реле , бло-воды в начале и конка реле 8j которое замык-ает своиЦе участка и в

контакты в другом плече мостовой схемы 32 широтно-импульсного модулятора 6 (один КЗ контактов 36,,--36) и ,,, в первом блоке 1 суммирования (один из контактов Збр..,-36.„,), Ъ диагонале

конце вышерасположенного участка (i-l)-ro соответственно. Выходной сигнал первого блока 11

мостовой схемы 32 цмротко-нмпульсно- С уммирования (Ц) поступает на вход го модулятора 6 появляется новое на- радиопередающего блока 4. При этом прял;ение, пропорциона.пьыое отклонени-модулятор 24 радиопередающего блока

ям уровней воды в начале и конце дан- генерирует одну из частот (f ).

ноге участка Блок 34 формирования

ДЛИТеЛТ НОСТИ ШИрОТНО-ИМПУЛЬСНОГО МО -дулятора б формируем последователь. ность управляющих импульсов с длительностью, пропорциональной новому наРадиоприемным блоком 5 сигналы, поступающие от ра.сшопередающего блока 4, усиливаются и демодулируются. В результате срабатывает одно из реле 35р-35 блока выходных реле 31,

пряженшо в диагонале мостовой схемы 32, Выходной сигнал широтно-импульс- ного модулятора 6 воздействует на исполнительный блок 7; который перемещает затвор 1 гидротехнического соору- которое замыкает свои контакты в мо- жения. При этом через датчик 10 поло- стовой схеме 32 широтно-импульсного модулятора 6 и первом блоке 11 суммирования.

Отклонения уровней воды в начале 50 вышерасположенкого участка канала вызьтают срабатывание одного из реле 36д-36 блока реле 8, которое за- ды в конце вьштерасположенного участка мыкает свои контакты в другом плече (i-I)ro в первом блоке Г суммирова- мостовой схемы 32 широтно-импульсно- ния суммируется с сигналами об откло- 55 го модулятора бив первом блоке 11 нениях уровней в начале и конце суммирования. Таким образом,, в ди- данного участка (i-ro),Таким об- агонале мостовой схемы 32 появляет- разом, сигнал на выходе первого бло- ся напряжение, пропорциональное на- ка 1 1 суммирования зависит от пряжению U, и отклонению уровней

жения затвора I гидротехнического сооружения сигнал о новых отклонениях положения затвора 1 гидротехнического сооружения данного участка пере- дается на выщерасположенные участки Сигнал об отклонс.ниях уровней во

нений уровней воды в начале и конце данного участка и в начале вышераспо- ложенного участка. При этом выполняется суммирование с учетом специфических особенностей участков кана- да (длина, ширина, глубина -местности и т,д„) Причем сигнал на выходе первого блока 1 суммирования может определяться, например, следующим алгоритмом:

н,- dh,i +К,(..,лЬ(;.,),

где К. ,К|,,К|.| - постоянные коэффици

енты веса начала и конца i-ro участка и конца вышерасположенного участка (i-l)-ro соответственно, характеризующие специфические особенности участков канала (глубина, ширина, длина, местности и т.д.)I

конце вышерасположенного участка (i-l)-ro соответственно. сигнал первого блока 11

С уммирования (Ц) поступает на вход радиопередающего блока 4. При этом

модулятор 24 радиопередающего блока

Модулирующие частоты воздействуют на несущую частоту радиопередатчика 25, которая выбирается в области УКВ-ди- апазона.

Радиоприемным блоком 5 сигналы, поступающие от ра.сшопередающего блока 4, усиливаются и демодулируются. В результате срабатывает одно из реле 35р-35 блока выходных реле 31,

которое замыкает свои контакты в мо- стовой схеме 32 широтно-импульсноводы в-начале вьшерасположенного участка с учетом весовых коэффициентов. При этом ширина управляющих импульсов широтно-импульсного модулятора 6 определяется величинами отклонений уровней воды в начале и конце г-го и (i-l)-ro участков канала с учетом весовых коэффициентов, Работа устройства во всех вышерасположенных участках происходит аналогично. Тем самым повышается точность регулирования.

Алгоритм, по которому работает широтно-импульсный модулятор 6 i-ro участка, может быть представлен;- например, в виде:

((к„,- +

,.jh,,-)

где UIUUM выходной сигнал широтно- импульсного модулятора 6; (i+1) - нижерасположенный участок. Таким образом, в каждом участке канала широтно-импульсный модулятор 6 формирует управляющий сигнал с учетом величин отклонений положений затвора 1 гидротехнического сооружения нижераспбложенного участка и .затвора 2 водовьтуска данного участка и суммарных отклонений уровней воды в начале и конце во всех нижерасположенных участках канала. При этом учитываются также.соответствующие коэффициенты веса затворов гидротехнического сооружения и водовыпуска, характеризующие специфические особенности затворов (ширина, высота, вес и т.д.), и соответствующие коэффициенты веса начала и конца участков канала, характеризующие специфические особенности участков (глубина, щирина,. длина местности и т.д.)

Так как постоянные времени затворов очень малы по сравнению с постоянными времени участков канала, уп

5

0

5

0

5

0

5

равляюоще сигналы широтно-импульсных модуляторов формируются за короткое время без влияния запаздывания и инерционности участков анала. При зтом значительно увеличивается быстродействие регулирования по всему каналу.

Тот факт, что сигналы управления широтно-импульсных модуляторов 6 учнтьшают суммарные отклонения уровней воды в начале и конце всех нижерасположенных участков с учетом весовых коэффи1и1ентов участков, позволяет повысить точность регулирования уровней воды по всему каналу.

Таким образом, величина открытия каждого затвора 1 гидротехнического сооружения зависит от суммарных возмущений и отклонений уровней воды во всех нижерасположенных участках с учетом соответствующих весовых коэффициентов. При этом значительно по- вьшается быстродействие и точность регулирования по всему каналу.

Формула изобретения

Устройство для регулирования уровня воды в канале по авт.св. № 10951А4, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия и точности устройства, оно содержит последовательно соединенные датчик положения затвора водовыпуска и второй блок суммирования, а также датчик положения затвора гидротехнического сооружения, выход которого подключен к второму входу второго блока суммирования, соединенногоо выходом с вторым входом порогового блока, третий выход радиоприемного блока подключен к третьему входу широтно- импульсного модулятора, второй выход порогового блока связан с вторым входом блока коммутации, подключенного вторым выходом к второму входу радиопередающего блока.

Изобретение отно сится к автоматизации водораспределения в ирригации и предназначено для регулирования уровней воды на открытых каналах. Изобретение может быть использовано на крупных магистральных, межхозяйственных и хозяйственных оросительных каналах. Целью изобретения является повышение быстродействия и точности регулирования уровней воды по всему каналу. Эта цель достигается тем, что в устройство, содержащее датчик уровня в начале и конце участ-. ка канала, последовательно соединенные первый сумматор, пороговьй блок, блок коммутации и радиопередающий блок, последовательно соединенные радиоприемный блок, широтно-импульс- ный модулятор и исполнительный блок, а также блок-реле, введены датчик положения затвора водовыпуска, второй § сумматор и датчик положения затвора гидротехнического сооружения. 8 ил. (Л со ел QO ел оо

IS 18

2ZM

|4 i4

r.

Z5

11t t

J.,.JLJ..

IJ..11%

ЛЛ J

.. -, «-™.- -.™ -.-.-«.-

Z5

J

1 ±

T Лг«я

. fir

%A . ,

VU2.

ШСШСШСр.

i±SC

/ /3

С ОЮ

т

15

W

-

Зб7

U2.6

26о t6i ... 2б7 25Л 2Sfi

«мямвм LMMw MMiJla M MiBc wl

3 И

пнмм

за

7 Г

Л

/г.5

%

Составитель Л.Цаллагова Редактор С.Пекарь Техред Н.Глущенко

Заказ 3411 Тираж 863Подписное

ВНИШШ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Корректор Е.Рошко