Система управления водоподачей в канале с перегораживающими сооружениями и головной насосной станцией Советский патент 1989 года по МПК E02B13/00 

jb

сл

управления исполнительным механизмом 17 затвора 18 в начале участка,Система содержит также линии связи от передающих блоков 22 и 23 в конце кана- ла, которые через группы замыкающих и размыкающих контактов ключей 14 и 15 на каждом участке и приемник 21 -сигналов в начале канала подключены к блоку 20 управления агрегатами на- сосной станции, к которому подключен блок 19 измерения скорости отклонения уровня на первом участке Контроль уровней воды на участках осуществляется датчиками 4 уровней Работа .системы состоит в том, что возникщее в произвольном участке канала возмущение в виде изменения уровня воды в нем в результате изменения расхода его потребителей передается по направлению к концевому участку 3 канала, а затем последовательно, используя резервные объемы каждого участка канала, от концевого участка до головного При этом ступенчатое изменение расхода подачи в головном участке канала производится с форсировкой по скорости изменения уровня воды в головном участке канала, а снятие форси- ровки осуществляется после установления заданного уровня в каналео 1 иЛо

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано при автоматизации водораспределения на оросительных каналах. Цель изобретения - повышение эксплуатационной надежности и экономичности системы. Система управления водоподачей в канале включает на каждом участке канала блоки 8-10 задания уставок, соответственно нормального, максимального и минимального уровней,соответствующие этим блокам элементы 5 - 7 сравнения, блок 11 логики, подключенный к ключам 14 и 15 максимального и минимального уровней с нуль-органами 12 и 13, и регулирующий блок 16 для управления исполнительным механизмом 17 затвора 18 в начале участка. Система содержит также линии связи от передающих блоков 22, 23 в конце канала, которые через группы замыкающих и размыкающих контактов ключей 14 и 15 на каждом участке и приемник 21 сигналов в начале канала, подключены к блоку 20 управления агрегатами насосом станции, к которому подключен блок 19 измерения скорости отклонения уровня на первом участке. Контроль уровней воды на участках осуществляется датчиками 4 уровней. Работа системы состоит в том, что возникшее в произвольном участке канала возмущение в виде изменения уровня воды в нем, в результате изменения расхода его потребителей, передается по направлению к концевому 3 участку канала, а затем последовательно, используя резервные объемы каждого участка канала, от концевого участка до головного. При этом ступенчатое изменение расхода подачи в головном участке канала производится с форсировкой по скорости изменения уровня воды в головном участке канала, а снятие форсировки осуществляется после установления заданного уровня в канале. 1 ил.

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано при автоматизации технологических процессов на -гидромелиоративных сие- темах при водораспределении на оросительных каналах

Целью изобретения является повьщзе- ние эксплуатационной надежности и экономичности системы.

На чертеже представлена блок-схема системь управления водоподачей в канале с перегораживающими сооружениями и головной насосной станцией

Система управления включает управ- ление на головном 1, промежуточных 2 и концевом 3 участках канала Головной участок оросительного канала ограничен сверху головной насосной станцией, а снизу - перегораживающим сооружением Промежуточный участок 2 канала ограничен сверху и снизу перегораживающими сооружениями В конце участков канала размещены датчики 4 уровней воды,, которые подключены к первым входам элементов 5,6 и 7 сравнения нормального, максимального и минимального уровней, вторые входы которых соединены с соответствукщими блоками 8,9 и 10 задания уставок ре- гулирования нормального, максимального и минимального уровней Выходы элементов 5 сравнения подключены к входам блоков 11 логики, а выходы элементов 6 и 7 сравнения - к нуль- органам 12 и 13 максимального и минимального уровней о Через размыкающие контакты 14, и 15 ключей 14 и 15 максимального и минимального уровней

или соответствующий замыкающий контакт 14«i или 15ii ключа 14 или 15 выход элемента 5,6 или 7 сравнения подключен к входу регулирующего блока 16, ко.торый воздействует на исполнительный механизм 17 затвора 18 перегораживающего сооружения. Первые входы ключей 14 и 15 соединены с выходами нуль-органов 12 и 13, а вторые входы - с выходом блока 11 логики

Датчик 4 уровня воды головного участка 1 канала соединен через блок 19 измерения скорости отклонения уровня, воды с первым входом блока 20 управления агрегатами насосной станции Второй вход блока 20 управления соединен с выходом приемника 21 сигналов состояния объекта управления, поступающих от передающего блока 22 или 23 посредством контактов 14j, 15 или 14/(, ключей 14 и 15

Характерной особенностью оросительных каналов с машинным водозабором как объектов управления является наличие в них возмущенного движения воды из-за несоответствия между ступенчатой водоподачей и дискретно- непрерьшным водопотреблением Причём ввиду суточного характера графика iCyMMapHoro водопотребления в период между изменениями подачи головной насосной станцией, как правило,наблюдается неизменное движение уровней воды в одном направлении. Макси- м альный эффект при управлении каналом с машинным водозабором достигается путем максимального использования резервных емкостей всех промежу 15

точных и конечного участков канала и поддержанием оптимального напора насосных агрегатов Это позволяет минимизировать число переключений насосных агрегатов, обеспечить их максимальный.КПД и экономию электроэнергии на подачу воды. При этом целесообразно применение постоянного (жесткого) алгоритма управления водораспределением, которьй реализуется с использованием простых и надежных средств автоматического контроля и регулирования уровней воды Простота и надежность такого управления достигается тем, что в нем четко определен порядок передачи возмущения и использования резервов участков канала.

Заведомая передача возмущения сверху вниз оправдана в описьша емой системе тем, что участки канала обладают свойствами интеграторов, и поэтому при передаче возмущений происходит их алгебраическое суммирование, Тоео возмущения одного знака складываются, а разных знаков вычитаются.

Форсировка расхода используется главным образом как управляющее воздействие для возврата объекта управления в исходное состояние после максимального использования резервных емкостей канала, т„е„ форсировка расхода является необходимой операцией для осуществления водораспределенияна каналах с машинным водоподъемом

Таким образом, в целом работу.системы управления водоподачей в канале с перегораживающими сооружениями и головной насосной станцией можно представить следующим образом При помощи насосной станции вода подается в головной участок канала, а в нижележащие вода поступает самотеком при помощи регулирующих.затворов перегораживающих сооружений, В случае равенства расходов (подаваемого головной насосной станцией и забираемого из канала водопртребителями) в канале наблюдается установившийся режим движения, характеризуемый стабильностью уровней воды во всех его створах. При этом уровень воды в канапе должен обеспечивать требуемые расходы водовыделов и оптимальные эксплуатационные режимы насосных станций подкачки или перекачки на

8 6

участках канала, являющихся водо- потребителями.

При изменении расхода водспотребт телей происходит изменение уровней воды в канале Стабилизируя уровни воды в участках канала при помощи регулирующих затворов перегораживавших сооружений, находящихся на их

нижних границах, система управления водоподачей производит передачу возмущающих воздействий (расходов де- баланса) последовательно вниз, в концевой участок канала. Передача

возмущения в концевой участок канала приводит к изменению уровней воды в иен в направлении,определяемом знаком возмущения. После увеличения или уменьшения уровня воды в концевом

участке канала до заданного максимального или минимального значения, ,, после максш 1ального накопления или срабатывания его резервной емкости, блоки автоматики концевого участка стабилизируют заданный предельный уровень воды в концевом участке канала путем перемещения затвора перегораживающего сооружения на верхней границе койцевого участка канала. За

счет этого пронзводитс.я передача возмущения в обратном направлении,вызывающая изменение уровня воды в вьште- расположенном участке канала, а следовательно, накопление или срабатывание его резервного объема. После увеличения или уменьшения уровня воды в промежуточном участке канала до заданного предельного значения, свидетельствующего о максимальном использоваНИИ резервной емкости данного участка канала, система переключает блоки автоматики на стабилизацию предельного максимального или минимального уровня воды в нем при помощи вьщ1ерасположенного пepeгopaживaюD eгo сооружения.

Так, последовательно накапливая или срабатывая резервные емкости всех последующих промежуточных участков канала, передается возмущающее воздействие в головной участок канала, где происходит изменение уровня воды со скоростью, пропорциональной величине расхода дебаланса. После определения скорости хода уровней воды и использования резервной емкости в головном участке производится отключение или включение очередного насосного агрегата. Величину изменения подачи насосной станщ-ш выбирают в 1,2-1,5 раза большей расчетной, с тем чтобы компенсировать предшествугацее возмущающее воздействие и изменить ход уровней воды обратно в заданную зонуо Первоначально происходит изменение уровней воды в головном участ- ке канала в направлении оптимального значения. После достижения в голов- ном участке заданного уровня воды переключаются гидроавтоматом на его стабилизацию при помощи регулирующего затвора перегораживающего сооружения. За счет этого происходят nepeдача расхода в нижерасположенный участок-канала и возврат уровней в нем в сторону заданного нормального значения. При достижении на промежуточном участке канала заданного уровня производится его стабилизация при помощи регулирующего затвора ниже- расположенного перегораживаюЕ его сооружения, а следовательно, передача дополнительного расхода в нижерасполо женный участок канала.

Аналогично производится возврат уровней воды к оптимальному значению и на других нижележащих участках канала

Момент снятия формировки подачи расхода насосной станцией определяется с учетом величины инерционности и транспортного запаздывания объекта управления, с таким расчетом, чтобы после снятия форсировки уровень воды в концевом участке канала максимально приблизился к нормальному (среднему) значению

Система работает следующим образом.

В режиме стабилизации уровней верхних бъефов перегораживающих сооружений, т.е, прк передаче возмущения сверху вниз, контакты 14 и 15.J, клю- чей 14 максимального и 15 минимального уровней замкнуты. В этом случае регулирующий блок 16 воспринимает сигнал рассогласования, поступающий с элемента 5 сравненияо При балансе расходов водоподачи и водопотребления в участках 1 и 2 канала сигналы,пос- тупаюп;ие с датчиков 4 уровней воды, уравновешены сигналами блоков 8 задания уставок и на выходах элементов 5 сравнения сигналы рассогласования отсутствуют,

Возникновение возмущающего воздействия на участке 1 канала приводит

о

0

5

0

0

к отклонению уровня воды, изменению сигнала на выходе датчика 4 и появлению сигнала рассогласования на выходе элемента 5 сравнения нормального уровня Регулирующий блок 16 при помощи исполнительного механизма 17 и затвора 18 перегораживающего сооружения вырабатывает стабилизирующее воздействие на объект (участок 1 канала). В результате уровень воды в верхнем бьефе перегораживающего сооружения стабилизируется, а возмущающее воздействие, вызвавшее отклонение уровней воды в участке 1 канала, передается в промежуточный участок 2 канала.

Через время транспортного запаздывания добегания расхода в конец участка канала происходит отклонение уровня воды в створе датчика 4 уровня участка 2 от заданного блоком 8 значения о На выходе элемента 5 сравнения нормального уровня появляется сигнал рассогласования, поступающий на вход регулирующего блока 16 на нижней границе участка 2 канала„Регу- лирующий блок 16 формирует управляющее воздействие, стабилизирующее уровень воды в верхнем бьефе перегораживающего сооружения, и передает возмещающее воздействие в концевой участок 3 канала, в котором в зависимости от знака возмущения происходит увеличение или уменьшение уровня воды. При изменении уровня воды в концевом участке 3 канала до заданного блоком 9 уставки максимального или блоком О уставки минимального предельного значения на выходе элемента 6 сравнения максимального или на выходе элемента 7 сравнения минимального уровня появляется нулевой сигнал рассогласования, который приводит к срабатыванию нуль-органа максимального I2 или минимального 13 уровня и ключа 14 или 15о Контакт 14 (или 15/1 ) ключа 14 (или 15) размыкается, а контакт 14 ij (или 15(j) замыкается Устройство переключается с режима стабилизации заданного уровня верхнего бьефа на регулирование заданного максимального (или минимального) значения уровня воды в концевом участке 3 канала. При этом производится передача возму1цения обратно в промежуточный участок 2 канала, где происходит изменение уровня воды в сторону максимального или минимального значения.

При достижении уровнем воды в конце участка 2 канала одного из заданных блоками 9 максимального и 10 минимального предельных значений на выходе с элемента 6 (или 7) сравнения максимального (или минимального) уровня появляется нулевой сигнал, приводящий к срабатыванию нуль-органа 12 (или 13) и ключа 14 (или 15) Контакт 14i 10 (или 15) отключает вход регулирующего блока 16 от элемента. 5 -сравнения, а контакт 14rj или 15 5, подключает вход регулирующего блока 16 к выходу

ния с выхода элемента 5 сравнения поступает на вход блока 11 логики. Последний анализирует поступающий сигнал рассогласования и в случае уменьшения его величины (в момент появления нулевого сигнала на выходе элемента 5 сравнения) вырабатьшает сигнал, поступающий на вторые входы ключей 14 максимального и 15 минийаль ного уровней и устанавливающий их в исходно е состояние, В исходном состоянии контакты 14., 5, lAj, 5ц , ключей 14 и 15 замкнуты, а контакты

20

25

30

элемента 6 или 7 сравнения. Так обес- 15 1 15е, 14з, 15з разомкнуты,Таким печивается регулирование заданного предельного уровня, в конце участка . канала и передача возмущения в головной участок 1 канала

Переданное в головной участок 1 канала возмущение приводит к изменению уровня воды в нем со скоростью, определяемой величиной возмущения, и в направлении, зависящем от его зна:као Сигнал, пропорциональный скорости изменения уровня воды в головном участке 1 канала, от датчика 4 уровня воды при помощи блока 19 измерения скорости отклонения уровня поступает на первый вход блока 20 управления насосным агрегатом, на второй вход которого при помощи передающего блока 22, замкнутых контактов 14., или 15 и приемника 21 сигналов поступает сигнал, свидетельствующий о максимальном накоплении или срабатывании резервных емкостей промежуточного 2 и концевого 3 участков канала .По сигналу блока 19 измерения скорости изменения уровня воды в головном участке 1 канала и при максимальном использовании резервных емкостей всего канала блок 20 управления насосными агрегатами осуществляет выбор и отключение (включение) очередного насосного агрегата с учетом заданной форсировки.

Форсированное изменение подачи насосной станции приводит к компенсации имеющегося ранее возмущения и появлению нового возмущения обратного .знака В результате происходит смена направления изменения уровней воды в участке 1 канала и приближение их к заданному нормальному значению При :этом сигнал рассогласования на выходе элемента 5 сравнения нормального уровня уменьшается, приближаясь к нулевому значению. Сигнал рассогласова35

40

45

50

55

образом, устройство на нижней границе участка 1 канала переключается на регулирование уровня воды в верхнем бьефе перегораживающего сооружения, т,ео возвращается в исходное состояние.

Дальнейшее отклонение уровня воды в участке 1 канала приводит к появлению сигнала рассогласования на выходе элемента 5 сравнения, срабатьшанию регулирующего блока 16 и передаче возмущения в участок 2 канала. Это приводит к возврату уровней воды в участке 2 канала к нормальному значению и уменьшению сигнала рассогласования на выходе элемента 5 сравнения на нижней границе участка канала,При появлении нулевого сигнала на вьгхо- де элемента 5 сравнения блок 11 логики вьщает сигнал установки в исходное состояние ключей 14 и 15, При этом контакты 141, 15i, 14, 5 ключей замыкаются, а контакты 145, З, 14о,, 15з размыкаются. Устройство переключается на регулирование уровня верхнего бьефа перегораживаюп его соору жения. и передает возмущение в концевой участок 3 канала.

Так как контакты 14 и 154 ключей 14 и 15 на всех перегораживающих сооружениях замыкаются, то на приемник 21 поступает сигнал с блока 23,свидетельствующий о том, что уровни воды в головном и промежуточном участках канала возвратились в исходное состояние и форсировку подаваемого насосной станцией расхода можно снимать При этом блок 20 управления насосными агрегатами формирует сигнал снятия форсировки подачи расхода,

После снятия форсировки в связи с наличием инерционности и транспортного запаздьшания объекта управления уровень воды в участке 3 канапа прония с выхода элемента 5 сравнения поступает на вход блока 11 логики. Последний анализирует поступающий сигнал рассогласования и в случае уменьшения его величины (в момент появления нулевого сигнала на выходе элемента 5 сравнения) вырабатьшает сигнал, поступающий на вторые входы ключей 14 максимального и 15 минийал ного уровней и устанавливающий их в исходно е состояние, В исходном состоянии контакты 14., 5, lAj, 5ц , ключей 14 и 15 замкнуты, а контакты

1 15е, 14з, 15з разомкнуты,Таким

образом, устройство на нижней границе участка 1 канала переключается на регулирование уровня воды в верхнем бьефе перегораживающего сооружения, т,ео возвращается в исходное состояние.

Дальнейшее отклонение уровня воды в участке 1 канала приводит к появлению сигнала рассогласования на выходе элемента 5 сравнения, срабатьшанию регулирующего блока 16 и передаче возмущения в участок 2 канала. Это приводит к возврату уровней воды в участке 2 канала к нормальному значению и уменьшению сигнала рассогласования на выходе элемента 5 сравнения на нижней границе участка канала,При появлении нулевого сигнала на вьгхо- де элемента 5 сравнения блок 11 логики вьщает сигнал установки в исходное состояние ключей 14 и 15, При этом контакты 141, 15i, 14, 5 ключей замыкаются, а контакты 145, З, 14о,, 15з размыкаются. Устройство переключается на регулирование уровня верхнего бьефа перегораживаюп его соору жения. и передает возмущение в концевой участок 3 канала.

Так как контакты 14 и 154 ключей 14 и 15 на всех перегораживающих сооружениях замыкаются, то на приемник 21 поступает сигнал с блока 23,свидетельствующий о том, что уровни воды в головном и промежуточном участках канала возвратились в исходное состояние и форсировку подаваемого насосной станцией расхода можно снимать При этом блок 20 управления на сосными агрегатами формирует сигнал снятия форсировки подачи расхода,

После снятия форсировки в связи с наличием инерционности и транспортного запаздьшания объекта управления уровень воды в участке 3 канапа про11,5

должает приближаться к нормальному значениюо

На этом цикл работы устройства за канчиваётсяо При возникновении нового возмущающего воздействия его работа повторяется

За счет максимального использования резервных емкостей оросительного канала уменьшается число срабатываний насосных агрегатов, увеличивающее их срок службы, уменьшается резервная емкость головного участка канала, что дает значительное сокращение затрат на ее строительство, экономию электроэнергии, снижение себестоимости подачи водЫо

Формула изобретения 20

-

Система управления водоподачей в канале с перегораживающими сооружениями и головной насосной , включающая установленные на всех уча стках канала, кроме первого, блоки задания уставок нормального,максимально го и минимального уровней,подключенных соответственно к элементам .сравнения нормального, максимального и минимального уровней, первьш из которых подключен к датчику уровня в конце предьщущего участка, а два других - к датчику уровня в конце данного участка канала, регулирующий блок с подключенным к нему исполнительным механизмом привода перегораживающего сооружения в начале участка,вход которого через размыкающие контакты ключей максимального и минимального уровней, связан с выходом элемента

Редактор И Рыбченко

Составитель Г.Параев Техред Л. Сердюкова

Заказ 6574/34

Тираж 589

ВНИШШ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

10

15

20

844812

сравнения нормального уровня, а через замыкающие контакты ключей максимального и минимального уровней - с выходами элементов сравнения макси мального и минимального уровней, а установленный на первом участке блок управления агрегатами насосной станции, первую линию связи с последовательно установленными парами замыкающих контактов ключей максимального и минимального уровней, о т- личающаяся тем, что, с целью повышения эксплуатационной надежности и экономичности, система снабжена на каждом участке канала, кроме первого, двумя нуль-органами максимального и минимального уровней в концах участков, входы которых подключены к выходам соответствующих элементов сравнения второй линией связи с последовательно соединенными размыкающими контактами ключей максимального и минимального уровней, приемником сигналов, блоком логики, вход соторого подключен к выходу элемента сравнения нормального уровня, а выход - к входам ключей максимального и минимального уровней, установленным на первом участке блоком измерения скорости отклонения уровня воды этого участка, вход которого подключен к датчику уровня воды в конце первого участка, а выход - к блоку управления агрегатами насосной станции, а также двумя передающими блоками, установленными в конце канала, которые посредством линий связи и приемника сигналов соединены с входом блока управления агрегатами насосной станции

25

30

35

40

Корректор Л, Беек ид

Подписное