Система регулирования уровня воды в бьефе оросительного канала Советский патент 1987 года по МПК G05D9/12 

Изобретение относится к автомати™ зации гидротехнических сооружений открытой водораспределительной сети при регулировании водоподачи в зани симости от уровня воды в нижнем бьефе и может быть использовано в системах регулирования водораспределе- ПИЯ на каналах оросительной сети.

Целью изобретения является повыше- ю выхода которого подключены соответст-

кие надежности работы системы и качества регулирования.

На фиг,1 приведена структурная схема системы регулирования уровня воды в бьефе оросительного канала; на фиг,2 - функциональные схемы блоков, входящих в состав системы; на фиг.З - фу1тциональная схема вычислительного устройства; на фиг.А -

веино к входам элемента ИЛИ 24 и блока 14 памяти. Выходы блока 22 деле - ния элемента ИЛИ 24 и вход блока 23 1 ременного отсчета подключены соот- 15 ветственно на выходы и входы устройства КО ТрОЛЯе

Клок 6 сравнения (.фиг.2) выполнен в виде сумматора 25, три входа которого подключены на входы блока, а Иремеиная диаграмма устройства конт- 20 выход соединен с выходом блока.

Формирователь 7 импульсов (фиг.2) содержит последовательно соединенные ключ 26 и 1П ротпо -импульсный модулятор 27, два выхода которого соедине- 25 ны с выходами блока, а два входа

ключа подключены на входы блока,второй выход тиротно-импульсного модулятора соединен с первым выходом через дифференцируюпую цепь (не пока- 30 зано),

3 установившемся режиме минимальному уровню 28 на участке 29 канала соответствует минимальная величина расхода воды Q,,,9 f максимальному

ПМ W Н

сов соединен с входом привода 8 зат- 5 уровню 30 - максимальный расход 0,

Расход воды из рассматриваемого участка 29 с затворами 31, 32 равен сумме расходов через ниже расположенное перегораживаю дее сооружение 40 Qj с затвором 32 и расходу Р / водо- выпуска 33 в При стабилизации уровня

роля скорости изменения уровня я H5-0aieM бьефе и формирователя импульсов.

Система содержит датчики уровня верхнего 1 и нижнего 2 бьефов и чик 3 положения затвора, выходы которых соединены с входами устройства 4 коррекции задания уставки уровня нияс- него бьефа, а выход датчика 2 уровня нижнего бьефа дополнительно подключен к входам устройства 5 контроля скорости изменения уровня в нижнем бьефе и блока б сравнения, выход которого через формирователь 7 импуль-

45

вора, два других входа которого подключены к выходам датчиков-сигнали - заторов верхнего 9 и нижнего 10 предельных уровней верхнего бьефа.

При этом два выхода устройства 5 Связаны с входами блока 6 сравнения и формирователя 7 импульсов и другими выходами устройства 4 коррекции, ВЬР- ход которого подключен к входу блока 6 сравнения, в другой выход формирователя 7 импульсов соединен с другим входом устройства 5.

Устройство 4 коррекции задания уставки уровня нижнего бьефа (фиг.2) содержит вычислительный блок 1 и ключ 12,, входы которых соединены с входа ш устройства, а их выходы через масштабирующий сумматор 13 подключены на выход блока.

Устройство 5 (фиг,2) содержит блок , 14 памяти, выход которого подключен к входу первого элемента 15 сравнения, первого 16 и второго 17 сумматоров, другие входы которых соединены соот-

50

в середине 34 бьефа максимальному расходу соответствует максимапьный уровень 35.

Вычислительный блок (фиг.З) содержит последовательно соединенные; сумматор 36, входы которого подк..пк)чены на входа блока, первый нормирующий усилитель 37, блок 38 извлечения корня, блок 39 умножения и второй нормирующий усихштель 40, причем второй вход блока умножения подключен на вход блока, а на его выход подклшче.н выход второго нормирующего усилителя 40„

Положение кривой свободной поверхности потока открытого водораспределительного канала определяет в€шичи-

ветстненно с задатчиками верхнего 18 и нижнего 19 уровней квантования, а выходы - с входами второго 20 и третьего 21 элементов сравнения. Выход первого элемента )5 сравнения подключен к входу блока 22 деления, другой вход которого соединен с выходом блока 23 вpeмe п oгo отсчета, два других

5

0

в середине 34 бьефа максимальному расходу соответствует максимапьный уровень 35.

Вычислительный блок (фиг.З) содержит последовательно соединенные; сумматор 36, входы которого подк..пк)чены на входа блока, первый нормирующий усилитель 37, блок 38 извлечения корня, блок 39 умножения и второй нормирующий усихштель 40, причем второй вход блока умножения подключен на вход блока, а на его выход подклшче.н выход второго нормирующего усилителя 40„

Положение кривой свободной поверхности потока открытого водораспределительного канала определяет в€шичи-

ну транспортируемого расхода. При этом каждому значению величины расхода QP в установившемся режиме соответствует определенное значение угла наклона свободной поверхности потока и, следовательно, величине его изменения () соответствует определенная величина изменения уровня ( в конце бьефа аЬ -

- ft Р г, , где В - ширина канала;

BlV-(q|

V - скорость потока; tu - площадь живого сечения потока; q - ускорение силы тяжести.

Связь между изменением уровня в конце и начале бьефа устанавливает соотношение лЬ ,гдеК - коэффициент пропор1Ц1оняльности, Его величина определяет точку стабилизации уровня в бьефе, вокруг которой вращается плоскость поверхности свободного потока. В зависимости от расположения водопотребителей точка стабилизации может быть задана в середине бьефа или смещена к его границам .

В установившемся режиме, когда вьшолняется баланс водоподачи в бьеф и расхода из него, глубину наполнения в начале бьефа определяют из выражения

h(t) hcT- + ЛЬ(1)„,

где h р - отметка уровня в голове ка нала при отсутствии расход из бьефа (); Jh(t).. - расчетное значение коррек-

п

ции отметки уровня в голове канала по расходу и вы- бранной точке стабилизации в бьефе.

Следовательно, каждому значению транспортируемого расхода определена глубина наполнения в его головной части и по сигналу рассогласования формируют такой длительности временной интервал для перестановки регулирующего органа, чтобы кривая свободной поверхности потока заняла новое расчетное положение. При этом ось вращения ее плоскости находится в токе стабилизации уровня.

Рассогласование между водопода- чей ( и расходом характеризует ско

рость изменения уровня ) в канале

, С

QH- (- B/eJ л- .

где нормирующий коэффициент.

В зависимости от места сосредото- чения водопотребителейвыбирается точка стабилизации уровня в канале.

Для стабильной работы водопотре- бителей, расположенных в конце участка 29, необходимо выполнить требование стабилизации уровня (в устано- вивпюмся режиме) в месте сосредоточения водопотребителей (h const) на всем диапазоне изменения расхода от

QpMoiKc pMurt- Р рассосредоточени водопотребителей во второй части бьефа точкой стабилизации уровня может быть выбрана середина 34 бьефа; а уровень воды в бьефе при этом колеблется мехщу свободной поверхность потока при максимальном расходе и горизонтальной поверхностью на заданной отметке her при Qp 0.

Система работает следующим образом.

При включении водопотребителей (zlOj.) в конце бьефа возникает отрицательная волна (излива), которая при достижении начала бьефа вызывает понижение уровня в створе датчика 2 уровня нижнего бьефа, скорость понижения которого пропорциональна величине нанесенного возмущения. Сигнал скорости с выхода устройства 5 прилагается к входу устройства 4 коррекции задания, где суммируется с величиной водоподачи Q, и по найденному

значению расхода (.Q t К --) устройство 4 коррекции формирует величину 4h(t) заданной отметки статического уровня hcT- Величину водоподачи Q (расход через затвор 31) определяют с помощью вычислительного блока 11 по информации о положении затвора и значениям уровней верхнего и нижнего бьефов. Например, при затопленном истечении в нижний бьеф расход определяется выражением q -а-Ъ if 2qZ, где /U - коэффициент расхода;

а - высота отверстия затвора;

Ъ - ширина отверстия затвора;

Z - перепад между уровнями верхнего и нижнего бьефов. Лля этого с помощью сумматора 36 (фиг.З) определяют текуп1ее значение Z и после масштабирования выходного сигнала сумматора первым нормирующим усилителем 37 определяют подкоренное выражение с помощью блока 38 извле-

чеиия к орня, выходной сигнал которого и сигнал датчика положения затвора перемножают блоком 39 умножения, Полученный результат умножения масштабируют вторым нормирующим усилителем 40 в единиць расхода.

(Сигнал рассогласования на выходе сравнения равен

блока 6

h(t : где h(t

h

- ((t), j±K,. ii

K. 1 t

CT H - 1

(hf.(t )f, ) - составляю- luaH сигнала но отклонению j составляющая сигнала по скорости изменения уровня. Ниротно-импульсный модулятор 27 формирователя 7 импульсов по сигналу формирует управляющий импульс ;щя компенсации нанесенного возм тз1ения. Затвор 3 открывается на расчетное значение и с момента его открытия с начала бьефа в его конеД устремляется положителы ая прямая волна (наполнения). Достигнув конца бьефа, она приостанавливает понижение уровня воды. Аналогично прикрывается затвор 31 при отключении водопотребителей.

При сверхрасчетных изменениях расхода воды или авариях на канале система переходит на временное ограниче- нив уровней на отметках не выше и не ниже предельных с помощью датчиков- сигнализаторов 9 и 10 и затвора 31 с приводом 8, не допуская переполнения 1(ли опорожнения участков канала до прекрагцения аварий или до момента О1 о}1чания переходных процессов регу- .ггировання „

При определении скорости изменения уровня отстраиваются от волновых про- цессов п канале. Для этого Б устройстве 5 осуществляется квантование сиг- пала датчика 2 уровня ннжнего бьефа по времаьш и уровню с логической выборкой способа определения скорости; по приращению сигнбша за время кван- топаиня 1-ши по времени изменения сигнала на уровень квантования,

5 начале каждого цикла регулирования по команде блока 23 временного отсчета текущее значение сигнала датчика 2 уровня нижнего бьефа заносится в память блока 14, Зафиксированное значение уровня подается на сумматор 16, где. к нему добавляют U, поступающее от задатчика 18 верхнего уровня квантования, и сумматор 17, где значение уменьпшют на величину сигнала Uf,, поступающее от задатчика 19

гшжнего уровня квантования. Результирующие сигналы подаются на элементы 20 и 21 сравнения с текущим значением сигнг ла датчика 2 уровня нижнего бьефа и, когда он изменится на величину заданной уставки уровня квантования, на выходе соответствующего элемента 20 и 21 сравнения появляется

Q сигнал, который через элемент ИЛИ 24 поступает на ключи 26 и 12 формирователя 7 импульсов и устройства 4 коррекции задания уставки уровня нижнего бьефа. Если в течение цикла ре5 гулирования изменение сигнала датчика не превысит заданных верхнего Uj или нижнего U|j уровней квантования, то с выхода блока 23 временного отсчета поступает команда окончания цикла,

Q которая через элемент ИЛИ 24 поступает на вход ключей 26 и 12, Одновременно на один вход блока 22 деления поступает сигнал рассогласования Ah с выхода элемента 15 сравнения, вели6 чина которого определяет текуп1ее изменение уровня Е рассматриваемом цикле регулирования, а на другой вход - текущее время от начала цикла регу-

5

Результат деления -т- ха-

лирования,

0 рактеризует скорость изменения уровня воды в канале. Формирование управляющего импульса производится в моменты окончания цикла измерения скорости, так как по сигналу элемента ИЛИ 24 открывается ключ 2 устройства 4 коррекции задания уставки уровня нижнего бьефа и ключ 26 запуска формирователя импульсов. После кажд,ого управляющего импульс.а широтно-импульс-

0 ный модулятор 27 подает команду блоку 23 временного отсчета на переход к началу нового цикла регулирования, Таким образом, каждому изменению расхода устанавливают величину коррек5 дни уставки уровня в начале бьефа такой величины, чтобы по окончании переходных процессов уровень в точке

стабилизации оставался неизменным, при этом управляющий импульс форми-

Q руют по длительности, пропор1шональ- ной составляющим сигнала рассогласования по отклонению и по скорости.

На временной диаграмме работы устройства 5 и формирователя 7(фиг,4),

g Значение сигнала h(tp) датчика 2, занесенное в память запоминающего устройства в начале цикла регулирования, соответствует точке I на кривой переходного процесса (фиг,4а).

Рсяссмотрет- три характерных переход°- ных процесса: повьшение уровня (кри вая А), его стабилизация (кривая в) и падение (кривая С). Верхний h(;,),+ +Ug и нижний h(tj,)-l-j уровни квантования, заданные для точки 1, на графике показаны пунктиром. В момент повьш ения текуг1его уровня в канале на величину Ug (фиг,4а точка II) или его понижения на величину U (фиг.Аа точка IIIji.Ha первом выходе устройства 5 формируется высокий потенциал (фиг,4с tj, t ), который приводит к

10

15

запуску широтно-импульсного модулятора. После его запуска на первом выходе формирователя 7 формируется управляющий импульс (фиг,4d,t4-K- ), а на втором выходе после дифференцирования среза управляющего импульса- 20 шения надежности системы и качества

III и IV аналогична рассмотренной ( фиг. 4.не показана).

Формула изобретени

Система регулирования уровня вод в бъефе оросительного канала, содержащая датчик уровня нижнего бьефа, датчик положения затвора, блок сравнения и формирователь импульсов, пе вый выход которого соединен с первым входом привода затвора, подключенного вторым и третьим входами к выход соответственно датчика-сигнализатор максимального уровня верхнего бьефа и датчика-сигнализатора минимальног уровня верхнего бьефа, отличающаяся тем, что, с целью повьр

тактовый импульс t,. (фиг.4е). По сигналу тактового импульса производится сброс в исходное состояние блока 23 временного отсчета, на первом выходе которого формируется импульс фиксации tф (фиг.4f), а на втором - интервал Т (фиг,4g).

Импульс фиксации разрешает перезапись в память блока 14 нового значения сигнала h (t), датчика уровня (фиг.4а, точка ) и этим формирует срез импульса запуска широтно-импульс- ного модулятора, так как на другом входе элемента 20 сравнения потенциал увеличивается (h(t o)i Wa Ь(1ц) + +Uj), а на выходе потен1щал уменьшается до низкого уровня.

регулирования, система содержит посл довательно соединенные датчик уровня верхнего бьефа и устройство коррекции задания уставки уровня нижнего

25 бьефа, а также устройство контроля скорости изменения уровня в нижнем бьефе, первый вход которого подключен к выходу датчика уровня нижнего бьефа, к второму входу устройства

30

35

коррекции задания уставки уровня ниж него бьефа и к первому входу блока сравнения, второй вход - к второму выходу формирователя импульсов, первый выход - к третьему входу устройства коррекции задания уставки уровня нижнего бьефа и второму входу бло ка сравнения, а второй выход - к четвертому входу устройства коррекции задания уставки уровня нижнего

Переходные процессы, показанные на кривых А и С, приводят к укорочению интервала Т, Полньш интервал Т наступает, когда уровень воды в канале стабилизируется (кривая в), а после его окончания (фиг,4Ъ)на выходе устройства 5 формируется импульс t. Временная- диаграмма работы устройства 5 и формирователя 7 в точках

шения надежности системы и качества

III и IV аналогична рассмотренной (на фиг. 4.не показана).

Формула изобретения

Система регулирования уровня воды в бъефе оросительного канала, содержащая датчик уровня нижнего бьефа, датчик положения затвора, блок сравнения и формирователь импульсов, первый выход которого соединен с первым входом привода затвора, подключенного вторым и третьим входами к выходам соответственно датчика-сигнализатора максимального уровня верхнего бьефа и датчика-сигнализатора минимального уровня верхнего бьефа, отличающаяся тем, что, с целью повьррегулирования, система содержит после довательно соединенные датчик уровня верхнего бьефа и устройство коррекции задания уставки уровня нижнего

бьефа, а также устройство контроля скорости изменения уровня в нижнем бьефе, первый вход которого подключен к выходу датчика уровня нижнего бьефа, к второму входу устройства

коррекции задания уставки уровня нижнего бьефа и к первому входу блока сравнения, второй вход - к второму выходу формирователя импульсов, первый выход - к третьему входу устройства коррекции задания уставки уровня нижнего бьефа и второму входу блока сравнения, а второй выход - к четвертому входу устройства коррекции задания уставки уровня нижнего

бьефа и первому входу формирователя импульсов, выход датчика положения затвора соединен с пятым входом устройства коррек1щи задания уставки уровня нр5жнего бьефа, выход которого

подключен к третьему входу блока

сравнения, связанного выходом с вторым входом формирователя импульсов.

Изобретение может использоваться в системах регулирования водорас- пределения на каналах оросительной сети. Целью изобретения является повышение надежности системы и качества регулирования. Поставленная цель достигается тем, что в системе осуществляют стабилизацию уровня в заданной точке бьефе оросительного канала, например в зоне сосредоточения водопотребителей, на всем диапазоне изменения величины их расхода при регулировании водоподачи в зависимости от уровня в начале бьефа. При этом глубину наполнения канала в начале бьефа изменяют в зависимости от изменения расхода водопотребителей. Система содержит датчики верхнего и нижнего уровней смежных бьефов, датчик положения; затвора,датчики- сигнализаторы предельных уровней верхнего бьефа, затвор с электроприводом, блоки контроля скорости изменения уровня и коррекции задания уставки уровня нижнего бьефа, схему сравнения и формирователь импульсов. 4 ил. с € (Л со ел со ю 00

От damtfUKo верл неео бъефа от. do/nw/ar /70/ю- жения затвора

h(i)

г

16

20

2

4 t

- От do/nvi/ffo него бъефа

кihfi),

fr ffi I

frrr

I1 KJ

Э 27 4-

KjiMKvf 4-4 25 27 IT H k , ItcfftgoJ /Xf

77

27

Г5

22

Редактор И.Шулла

Составитель Л.Цаллагова

Техред М.Ходанич Корректор М.Шарогаи

Заказ 5997/48Тираж 863Подписное

ВНИИПИ 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

сриг.З

flfSjd A,

fuz.

Запуск iJantjcx ШИН шип