Устройство для регулирования водоподачи для орошения в каскаде насосных станций Советский патент 1989 года по МПК G05D9/12 

- ji И

Изобретение относится к автоматизации водораспределения в орошаемом земледелии. Целью изобретения является повышение точности водоподачи и сокращение потерь воды. Устройство для регулирования расхода воды в каскаде насосных станций 7, 8, 9 включает в каждой ступени каскада регулирующую емкость 4, 5, 6, перекачивающую и подкачивающую насосные станции с несколькими насосными агрегатами 13 и блоками управления 10, 11, 12 в каждой, датчики 1, 2, 3 и задатчики 15 уровня, блок рассогласования 14, блок демпфирования 23, дифференцирующий блок 25, сумматор 24, трехпозиционный блок 26 нелинейности типа "зона нечувствительности", блок запрета 21, формирователи паузы, усилители. В каждой ступени каскада к входам блока рассогласования 14 подключены задатчик уровня 15 и датчик уровня, размещенный в регулирующей емкости перед перекачивающей насосной станцией 8. Последняя соединена через блок управления 11 с блоком 22 последовательного включения насосных агрегатов и с блоком 19 последовательного отключения насосных агрегатов. Каждый из этих блоков содержит последовательно включенные сумматор 29 и трехпозиционный блок 30 нелинейности типа "зона нечувствительности", выход которого подсоединен к входам формирователя 31 паузы и генератора 32 пилообразного напряжения, соединенного с входом сумматора 29, к которому также подсоединен выход формирователя 31 паузы, вторым выходом соединенная с входом трехпозиционного блока нелинейности типа "зона нечувствительности". Второй вход сумматора блока 19 последовательного отключения насосных агрегатов через усилитель 18 соединен с выходом 16 блока рассогласования 14. Второй вход сумматора блока 22 последовательного включения насосных агрегатов через блок запрета 21 и усилитель 20 соединен с другим выходом 17 блока 14 рассогласования, который через блок демпфирования 23 подсоединен к первому входу сумматора 24. Вторым входом сумматор 24 через дифференциатор соединен с выходом блока демпфирования. Выход сумматора через трехпозиционный блок 26 нелинейности типа "зона нечувствительности" соединен с усилителем 27, выход которого связан с управляющим входом блока 21 запрета, а также через блок 28 отключения всех насосных агрегатов связан с блоком управления подкачивающей насосной станции. 5 ил.

.. Т-4д 0 о о 9W

Л

( /иШАЩ13 1, ,

об э аЫ и

33

3IA9

станции с HecKOjibKitMH насосными агрегатами 13 и блоками управления 10, 11, 12 в каждой,датчики 1, 2, 3 и за- датчики 15 уровня, блок рассогласова- кия 14, блок демпфирования 23, дифференцирующий блок 25, сумматор 24, трехпозиционный блок 26 нелинейности типа зоны нечувствительности, блок запрета 21, формирователи паузы, усилители. В каждой ступени каскада к входам блока рассогласования 14 подключены задатчик уровня 15 и датчик уровня, размещенный в регулирующей емкости перед перекачивающей насос- ной станцией 8. Последняя соединена через блок управления 11 с блоком 22 последовательного включения насосных агрегатов и с блоком 19 последова- телйого отключения насосных агрега- тово Каждый из этих блоков содержит последовательно включенные сумматор 29 и трехпозиционный блок 30 нелинейности типа зона нечувствительности выход которого подсоединен к входам формирователя 31 паузы и генератора 32 пилообразного напряжения, соединенного с входом сумматора 29, к

Изобретение относится к автоматизации водоподачи в системах орошения сельскохозяйственных культур, а именно к устройствам для регулирования расхода воды последовательно включенных насосных станций в каскаде на сосных станций оросительных систем.

Целью изобретения является повышение точности водоподачи и сокраще :; ние потерь водЫо

i . На фиг.1 показана схема водоподачи каскадом насосных станций; на фиг.2 - блочная схема каскадного устройства водоподачи для регулирования расхода воды насосными станциями на фиг о 3-5 - временные диаграммы работы элементов схемы.

Устройство содержит (фиг) датчики 1-3 уровня воды, установленные соответственно в регулирующих емкостях 4-6 каскада насосных станций 7-9, снабженных блоками 10-12 управления насосных агрегатов 13, не имеющих плавнох О регулирования производительности,, В каждой ступени каскада, например, во 11-й, фиг,2, датчик 1

которому также подсоединен Влгход формирователя 31 паузы, вторым выходом соединенного с входом трехпо- зиционного блока нелинейности типа зона нечувствительности. Второй вход сумматора блока 19 последовательного отключения насосных агрегатов через усилитель 18 соединен с выходом 6 блока рассогласования 14о Второй вход сумматора блока 22 последовательного включения насосных агрегатов через блок запрета 21 и усилитель 20 соединен с другим выходом 17 блока 14 рассогласования, который через блок демпфирования 23 подсоединен к первому входу сумматора 24 Вторым входом сумматора 24 через дифференциатор соединен с выходом блока демпфирования. Выход сумматора через трехпозиционный блок 26 нелинейности типа зона нечувствительности соединен с усилителем 27, выход которого связан с управляющим входом блока 21 запрета, а также через блок 28 отключения всех насосных агрегатов связан с блоком управления подкачивающей насосной станции 5 ил о

0

0

5

уровня воды подключен к одному из входов блока 14 рассогласованияj к другому входу которого подключен задатчик 15 уровня воды Блок 14 рассогласования содержит два раздельных разнополярных выхода; отрицательный выход 16, на котором образуется сигнал при понижении от заданного задат- чиком 15 уровня воды в регулирующей емкости 5, и положительный выход 17, на котором образуется сигнал при по- вьшении от заданного задатчиком 15 уровня воды в регулирующей емкости 5,

Устройство содержит три контура автоматического управления, два из которых связаны с блоком 11 управления перекачивающей насосной станции 8, а третий контур - с блоком 10 управления подкачивающей насосной станции 7 предыдущего каскада. Все контуры связаны с выходами блока . 14 рассогласования.

Первый контур управления содержит усилитель 18 сигнала рассогласования, который входом подключен к отрицательному выходу 16 блока 14 рассогласования, а выходом через блок 19 последовательного отключения насосных агрегатов подключен к блоку I1 управления перекачивающей насосной станции 8. Второй контур содержит усилителв. 20 положительных сигналов рассогласования, который входом подключен к положительному выходу 17 блока 14 рассогласованияS а выходом через блок 21 запрета и блок 22 последовательного включения насосных агрегатов подключен к блоку 11 управления перекачивающей насосной станции 8 о Третий контур содержит блок 23 демпфирования, входом подключенный к выходу 17 блока 14 рассогласования, а выходом - к первому входу сумматора 24, и через дифференцирующий блок 25 - к второму входу сумма- 20 8, Выход насосной станции 8 через натора 24. Вьпсод сумматора 24 через трехпозиционный блок 26 нелинейности типа зоны нечувствительности и усилитель 27 подключен к управляющему входу блока 21 запрета, а также к входу блока 28 отключения насосной станции -(остановки всех насосных агрегатов) подкачивающей насосной станции 7 предьщущего каскада. Выход блока 28 подключен к блоку 10 управления подкачивающей насосной станции 7 предыдущего каскада. . Блок 19 последовательного отключения насосных агрегатов и блок

22 последовательного включения насос-35 изменении уровня воды от за- ных агрегатов содержат последователь- данного задатчиком 15 уровня значе-; но соединенные сумматор 29 и трех- ния в регулирующей емкости 5 перед, позиционный блок 30 нелинейности типа насосной станцией 8, произошедшего в зоны нечувствительности, выход кото- результате изменения водоподачи нарого соединен с входами формирователя40 сосной станции 7 или в результате из31 паузы и генератора 32 пилообразного напряжения. Один из входов сумматора 29 соединен с входом блока 19 или блока 22, Один из выходов формирователя 31 паузы соединен с входом трехпозиционного блока 30 нелинейности типа зоны нечувствительности-, другой вьосод формирователя 31 паузы соединен с другим входом сумматора 29.

45

менения водозабора насосной станции 8, на одном из выходов блока 14 рассогласования появится сигнал отклог.. нения уровня.

Если уровень воды в регулирующей емкости 5 понизится, сигнал отклонения уровня появится на вькоде 16 блока 14 рассогласования, и через

усилитель 18 и трехпозиционный блок Выход генератора 32 пилообразного на- gg 30 нелинейности типа зоны нечувстви- пряжения соединен также с другим вхо- тельности, блок 19 последовательного

отключения насосных агрегатов и блок 11 управления отключит один из насосных агрегатов 13 насосной стан- 55 ции 8. Одновременно включится генератор 32, формирующий напряжение, плавно возрастающее от нуля до момента компенсации суммы сигналов отклонения в сумматоре 29. В этот момент

дом сумматора 29о

Трехпозиционные блоки 26 и 30 нелинейности типа зоны нечувствительности могут быть выполнены в виде двух усилителей с объединенными входами и с двухсторонней пороговой обратной связью и третьего усили- теля-сумматорл, выход которого цепью

99324 дополнительной обратной связи соединен с входами первых двух усилителей Типы соединения усилителей с в блоке 26 (или блоке 30 нелинейности типа зоны нечувствительности позволяют осуществлять такую работу блока, которая характеризуется тремя устойчивыми режимами работы в 10 зависимости от величины и знака входного сигнала, т.е. реализуются зоны нечуствительности (по входному сигналу) t ( и зона возврата Е, (в исходное состояние), причем

15 E 7lEel

В каскаде насосных станций выход насосной станции 7 через напорный трубопровод 33 соединен с регулирующей емкостью 5 насосной станции.

порный трубопровод 34 соединен с per . гулирующей емкостью 6 насосной станции 9.

Если верхняя насосная станция 9

25-(фиг.2) является последней, то исключается цепь к блоку 12 (на фиг,2 справа вверху), а если нижняя (фиг.2) насосная станция является перврй, то в нижней части схемы исключаются

30 блоки с 23 по 28, а также связи этих блоков„

Устройство работает следующим образом.

45

менения водозабора насосной станции 8, на одном из выходов блока 14 рассогласования появится сигнал отклог.. нения уровня.

Если уровень воды в регулирующей емкости 5 понизится, сигнал отклонения уровня появится на вькоде 16 блока 14 рассогласования, и через

блок 30 возвращается в исходное состояние и.включается формирователь 31 паузы, который на время паузы шунтирует вход блока 30 к выход блока 32, Пауза необходима для протекания переходного процессу в регулирующей, емкости после изменения количества включенных насосных агрегатов. Если по истечении времени паузы уровень воды в регулирующей емг кости 5 продолжает оставаться ниже заданного задатчиком 15, то данный контур управления отключит еще один насосный агрегат насосной станции, и так до тех пор, пока не стабилизируется уровень воды в регулирующей емкости 5,

В результате оперативно согласуется водозабор перекачивающей насосной станции 8 с водоподачей подкачивающей насосной станции 7, Если уровень воды в регулирующей емкости 5 повысится, сигнал отклоне

10

15

20

на второй вход сумматора 24„ Сигнал с выхода сумматора 24 включит трех- позиционный блок 26 нелинейности типа зоны нечувствительности, который через усилитель 27, блок 28 отключения всех насосных агрегатов подкачивающей насосной станции и блок 10 управления отключит подкачивающую насосную станцию 7, Б результате оперативно предотвращается аварийная ситуация в регулирующей емкос ти 5, исключаются ее переполнение и разрушение.

Для того, чтобы при быстром повышении уровня воды в регулирующей емкости и при работе указанного контура управления сигнал с выхода 17 бло ка 14 рассогласования не воздействовал через блоки 20,, 2, 22 и 11 на агрегаты насосной станции 8, сигнал с выхода усилителя 27 поступает на управляющий вход блока 21 запрета, запирает его и сигнал управления чения уровня появится на выходе 17 бло- рез него на блоки 22 и II не прока 14 рассогласования.

При -медленном повышении уровня воды сигнал отклонения уровня через усилитель 20, открытый блок 21 запрета, блок 22 последовательного включе- 30 26 нелинейности типа зоны нечувстви11

ходит. Для того, чтобы при медленном повышении уровня через блоки 23-27 не проходил сигнал управления, порог срабатывания трехпозиционного блока

кия насосных агрегатов и блок I i управления включит в работу один из резервных насосных агрегатов 13 перекачивающей насосной станции 8, после чего в блоке 22 включится формиро- 35 ватель 31 паузы. Если уровень воды в регулирующей емкости 5 продолжает оставаться выше заданного, то блок 22 включит еще один насосный агрегат насосной станции 8. Работа блока 22 40 аналогична работе блока 19.

В результате действия первого и второго контуров управления оперативно согласуется водозабор перекачивающей насосной станции 8 с водо- 45 подачей подкачивающей насосной станции 7,с учетом динамики переходных процессов в регулирующей емкости.

тельности настраивают выше величины сигнала рассогласования при медленном повышении уровня воды в регулирующей емкости 5.

Формирование команды управления и паузы в блоках 19 и 22 осуществляется следующим образом

При поступлении сигнала рассогласования на первый вход сумматора

29срабатывает трехпозицио нный блок

30нелинейности типа зоны нечувствительности, на выходе которого появ ляется управляющее напряжение, поступающее на блок I 1 упра вления и на вход генератора 32 пилообразного напряжения. Генератор 32 формирует возрастающий сигнал, поступающий на вход сумматора 29о.Когда сигналы на обоих входах сумматора сравняются отключаются трехпозиционный блок 30 нелинейности типа зоны нечувствительности и генератор 32 пилообразного напряжения и включится формирователь

Если уровень воды в регулирующей емкости 5 повьщ1ается быстро, что может иметь место при внеза пном или аварийном отключении перекачивающей насосной станции 8, сигнал отклонения уровня с выхода 17 блока 14 рассогласования через блок 2.i демпфирования поступит на первый вход сумматора 24 и через дифференциатор 2.)

на второй вход сумматора 24„ Сигнал с выхода сумматора 24 включит трех- позиционный блок 26 нелинейности типа зоны нечувствительности, который через усилитель 27, блок 28 отключения всех насосных агрегатов подкачивающей насосной станции и блок 10 управления отключит подкачивающую насосную станцию 7, Б результате оперативно предотвращается аварийная ситуация в регулирующей емкости 5, исключаются ее переполнение и разрушение.

Для того, чтобы при быстром повышении уровня воды в регулирующей емкости и при работе указанного контура управления сигнал с выхода 17 блока 14 рассогласования не воздействовал через блоки 20,, 2, 22 и 11 на агрегаты насосной станции 8, сигнал с выхода усилителя 27 поступает на управляющий вход блока 21 запрета, запирает его и сигнал управления через него на блоки 22 и II не про26 нелинейности типа зоны нечувствиходит. Для того, чтобы при медленном повышении уровня через блоки 23-27 не проходил сигнал управления, порог срабатывания трехпозиционного блока

5 0

5

0

5

тельности настраивают выше величины сигнала рассогласования при медленном повышении уровня воды в регулирующей емкости 5.

Формирование команды управления и паузы в блоках 19 и 22 осуществляется следующим образом

При поступлении сигнала рассогласования на первый вход сумматора

29срабатывает трехпозицио нный блок

30нелинейности типа зоны нечувствительности, на выходе которого появляется управляющее напряжение, поступающее на блок I 1 упра вления и на вход генератора 32 пилообразного напряжения. Генератор 32 формирует возрастающий сигнал, поступающий на вход сумматора 29о.Когда сигналы на обоих входах сумматора сравняются отключаются трехпозиционный блок 30 нелинейности типа зоны нечувствительности и генератор 32 пилообразного напряжения и включится формирователь

31паузы. Одним выходом блок 31 паузы зашунтирует вход трехпозиционного блока 30 нелинейности типа зоны нечувствительности.для того, чтобы во время паузы не появился сигнал

управления, a другим выходом зашунтирует выход генератора 32 пилообраного напряжения и приведет к нулю е выходное напряжение„ По окончании установленного времени паузы формирователь 3 паузы выключится, его шунтирующее действие прекратится и, если на первом входе сумматора 29 еще имеется сигнал, то описанный цикл управления повторяется.

Демпфер 23 служит для сглаживания волновых колебаний уровня воды, Дифференциатор 25 служит для формирования сигнала, пропорционального скорости отклонения уровня воды в регулирующей емкости 5, Благодаря действию дифференциатора 25 организуется эффективное, ускоренное формирование управляющего сигнала скорое- ти отклонения уровня на выходе сумматора 24, что обеспечивает повьше- ние оперативности отключения подкачивающей насосной станции 7 и исключает переполнение регулирующей емкое ти 5.

Трехпозиционный блок 30 нелинейности типа зоны нечувствительности, формирователь 31 паузы и генератор 32 пилообразного напряжения могут быть реализованы в известном устройстве по схеме

Технико-экономический эффект от внедрения устройства заключается в улучшении режима работы насоснЕ тх станций, повышении оперативности согласования /расходов водоподачи подкачивающей насосной станции с водозабором перекачивающей насосной станции результате исключаются недопустимые понижения уровня в регулируемых емкостях и кавитационные режимы насосных, агрегатов, уменьшается вероятность переполнения и разрушения регулирующих емкостей и затопления на- сосных станций. Кроме того, повышаются надежность работы каскада, равномерность подачи воды на орошаемую территорию, сокращаются непроизводительные потери воды на сброс. Сни- жаются строительные затраты, например, благодаря исключению водосбросного тракта из регулирующей емкости а также, уменьшаются эксплуатационные затраты, С учетом этси о ежегодный экономический эффект составляет око25

( ос Ю

15 20.

30

35 4045 50 55

ло 70 тыс, руб, на каскаде из Т1)ех насосных станций с водоподачей Формула изобретен , я

Устройство для регулирования п;..ло- подачи для орошения в каскаде насосных станций, включающее установленные в каждом каскаде емкость и насосную станцию с насосными агрегатами для подачи воды в напорные трубопроводы и блоком ее управления, датчик и задатчик уровней в емкости, подключенные к блоку рассогласования, разнополярные выходы которого подключены к входам усилителей положительного и отрицательного рассогласований, а также последовательно подклю- ченные к положительному выходу блока рассогласования блоки демпфирования и дифференцирования, сумматор, трех- позиционный блок нелинейности и выходной усилитель, причем второй вход сумматора подключен к выходу блока демпфирования, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности водоподачи и сокращения потерь воды, каждьй каскад снабжен блоком запрета, подключенным к выходам усилителя положительного рассогласования и выходного усилителя блоком последовательного отключения насосных агрегатов, включенным между выходом усилителя отрицательного рассогласования и первым входом блока управления насосной станции, блоком последовательного включения насосных агрегатов, включенным между выходом блока запрета и вторым входом блока управления насосной станцией, а также блоком отключения насосной станции предыдущего каскада, подключенным к выходному усилителю, причем каждый из блоков последовательного включения и отключения насосных агрегатов выполнен в виде соответствующих входного сумматора, к второму входу кого- рого подключены выходы формирователя паузы и генератора пилообразного напряжения, и подключенного к второму выходу формирователя паузы и выходу входного сумматора трехпозиционного блока нелинейности, выход которого подключен к входам формирователя паузы, генератора птиюобразного напряжения и к блоку управления насосной станцией.

фов.5

/6 SaoK.a poccoe 7cfcofowup -/4

Выюд усылотглр f8 (и леЙ ые &o(5

О

И2

лрглг

и

rlJT-TLTL

ХРЛПРГ ITLTL

Фиё.

Выпад сили1 ея 2 }, входи быхо &ака Запрета 21 6хо8 блока 29 в блоке 22, ёь1УОд блока SS

Выход ил врен- циагпора 25

& до сумма/яорл24 и Вхо блока,Sana HevyBcmfumefbuocTtf 26

Выносы 5локо,з.н гб

и усалитеfif S7-,inpo6- /rfnaufuu €код&лока запрета SI.

Правый BxodCf Hamo- рагЭ волоке 22.

ВыжоЗ cffiHomopa 29 fuiStod SfloKo за I S/ione 22)

выход- SfioKa „ So мя нечувст я/елбности 50

(и 22 ёходы ffjiOKo6SlL/52)

fyaod генератора

пилообразного

HanpfitKenu9BZ

Выход (рпироёоте- j)ff паузы.3-}

О

о

.A.L

,zs

НС

ОтилНС

п

26

Фиг. 5

PflWo oepfsamoi наакмои стаччии g

выдгод П блока рассоелосоёаник /7, Snod S/ioK.a дбпп рчра6ания 23 Выход илителя 2О; сигнальные &5о5 ff/iOKO 3anpera f

Выход S/кжа deMntfMjpoSoHue 2S.

Выход Л Гчр енциотора 25.

Выход cjHHomopa блока „5ОНО «evyfc рмпе/ ьчости

№вылс блока зоно мчувст 26 и ВшоЗ cuJlumSflff 27, VnpoSafmutui SxoS блока запрета 2f; SxoSa SflcKo останобхи 28 и Блока ynpag/tenup fo.

Выход SjtoKQ лапрета 21 и 6xade oKQ 30 gf/toKe Z

Выход &юка за 6 блок SS

вьаад S/IOKQ упро&7ени о Насосной сп онщ1в1 7