專利名稱：一種明渠倒虹吸水位自動(dòng)控制方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種明渠倒虹吸水位自動(dòng)控制方法及系統(tǒng)，是一種自動(dòng)控制的系統(tǒng)和方法，是一種使用控制理論控制水道中水流的系統(tǒng)和方法，是一種專門控制倒虹吸水道的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，水資源供需矛盾日益突出，許多地區(qū)修建了長(zhǎng)距離大型明渠工程，將水從水源地輸送到沿途的分水口及下游。為了維持分水口處水位的穩(wěn)定，調(diào)節(jié)輸水流量，沿途會(huì)設(shè)置多級(jí)節(jié)制間，將渠道分隔為相串聯(lián)的多個(gè)明渠渠段。當(dāng)渠道遇到平面交叉的道路或河溝時(shí)，常常修建倒虹吸工程，使水從路面或河溝下穿過(guò)。為節(jié)約成本，便于管理，通常將位于倒虹吸出口的工作閘兼用作渠道的節(jié)制閘。與修建相同功能的渡槽相比，倒虹吸具有造價(jià)低、施工方便等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)具有水頭損失大，工作間運(yùn)用管理復(fù)雜等缺點(diǎn)。水流通過(guò)倒虹吸工程，會(huì)損失一部分水頭。根據(jù)水力學(xué)理論，水頭損失同流量的平方成正比，因而對(duì)于一些流量變幅較大的倒虹吸，在小流量下其入口會(huì)出現(xiàn)水位過(guò)低的狀況，易導(dǎo)致倒虹吸內(nèi)出現(xiàn)有壓與無(wú)壓交替的明滿流過(guò)渡現(xiàn)象，引起管身的震動(dòng)和結(jié)構(gòu)破壞， 惡化管道的正常工作條件。因此，必須對(duì)這些倒虹吸的入口水位加以調(diào)控，保證足夠的淹沒水深。倒虹吸水位的調(diào)控會(huì)不可避免地引發(fā)渠道流量變化，關(guān)系到渠道的輸水安全。雖然為預(yù)防水流漫溢，渠道提防設(shè)置了超高，但為了經(jīng)濟(jì)，其高度隨著沿程輸水規(guī)模的減小而降低。這種情況下，上游供水量與下游需水量的不匹配很容易導(dǎo)致下游出現(xiàn)漫提或是缺水， 威脅輸水安全。為避免上述問題的發(fā)生，需要調(diào)節(jié)各明渠渠段的入口閘門，將供需的不匹配向上游方向傳遞，實(shí)施按需定供，減少對(duì)下游輸水的影響。倒虹吸水位的調(diào)控過(guò)程是一個(gè)水力過(guò)渡過(guò)程，而該過(guò)程進(jìn)行的快慢，影響著其上游渠道水力過(guò)渡過(guò)程進(jìn)行的快慢，從而影響著整個(gè)渠道運(yùn)行管理的效率與成本。因此，水位調(diào)控時(shí)，倒虹吸所在明渠渠段能夠快速完成水力過(guò)渡過(guò)程十分重要。傳統(tǒng)的明渠渠段倒虹吸水位調(diào)控方式是預(yù)先計(jì)算出不同流量下倒虹吸的水頭損失，編制出不同流量、不同閘前水深下工作閘門的控制規(guī)程，由管理人員采用人工或半自動(dòng)控制方式執(zhí)行。由于調(diào)控采用的是倒虹吸出口的工作閘門，調(diào)控過(guò)程中通常會(huì)改變倒虹吸的下泄流量，從而影響下游明渠渠段的流量，易引起下游流量的大幅波動(dòng)，導(dǎo)致供水不足或棄水。另一問題是閘門控制規(guī)程的編制過(guò)程中，未考慮所在明渠渠段水力過(guò)渡過(guò)程時(shí)間的長(zhǎng)短，因而所制定規(guī)程對(duì)應(yīng)的輸水效率和效益往往不佳。最后，人工調(diào)控方式下，調(diào)控效率和精度均難以保證，亟需引入自動(dòng)化的控制方法和系統(tǒng)。綜上，傳統(tǒng)倒虹吸渠道的運(yùn)行管理面臨以下緊迫需求一是渠道安全運(yùn)行需求，即流量大幅變化時(shí)，在動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)倒虹吸入口水位，保障足夠的淹沒水深的同時(shí)，不影響下游明渠渠段的流量，避免發(fā)生水量不足或棄水；二是高效運(yùn)行需求，即在明渠渠段流量調(diào)整時(shí)， 能在盡量短的時(shí)間內(nèi)平穩(wěn)地完成水力過(guò)渡過(guò)程；三是高水平管理需求，即實(shí)現(xiàn)控制過(guò)程的自動(dòng)化監(jiān)控，保障足夠的控制精度，降低運(yùn)行管理成本。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明提出了一種明渠倒虹吸水位自動(dòng)控制方法及系統(tǒng)。所述的方法和系統(tǒng)，首先保證倒虹吸入口具有安全的淹沒水深，從而保障倒虹吸及渠道的運(yùn)行安全；其次避免渠道下游缺水或棄水的發(fā)生，提高輸水效率，降低運(yùn)行成本。最后，所述方法和系統(tǒng)能在盡量短的時(shí)間內(nèi)平穩(wěn)地完成水力過(guò)渡過(guò)程，提高輸水效率，并且實(shí)現(xiàn)控制過(guò)程的自動(dòng)化監(jiān)控，提高控制精度，降低運(yùn)行管理成本。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種明渠倒虹吸水位自動(dòng)控制系統(tǒng)，包括一段明渠渠段，所述明渠渠段下游串接一倒虹吸，所述倒虹吸的下游設(shè)置工作閘，所述的工作閘設(shè)有倒虹吸出口水位傳感器、倒虹吸出口流量傳感器；所述的工作閘的工作閘啟閉機(jī)構(gòu)與工作閘PLC連接，所述的倒虹吸出口水位傳感器、倒虹吸出口流量傳感器和工作閘PLC與帶有明渠渠段蓄量計(jì)算程序的控制與數(shù)據(jù)處理器連接，所述的明渠渠段上游設(shè)置節(jié)制間，所述的節(jié)制間設(shè)有節(jié)制間間前水位傳感器、節(jié)制間間后水位傳感器、節(jié)制間開度傳感器，所述的節(jié)制閘的節(jié)制閘啟閉機(jī)構(gòu)與節(jié)制閘PLC連接，所述的節(jié)制閘閘前水位傳感器、節(jié)制閘閘后水位傳感器、節(jié)制閘開度傳感器和節(jié)制閘PLC與控制與數(shù)據(jù)處理器連接。一種使用上述系統(tǒng)的明渠倒虹吸水位自動(dòng)控制方法，所述方法的步驟如下
輸入控制系統(tǒng)參數(shù)的步驟用于通過(guò)參數(shù)輸入單元，設(shè)置輸水明渠渠段、倒虹吸、節(jié)制閘、工作閘的物理參數(shù)以及控制系統(tǒng)的初始化參數(shù)；
監(jiān)測(cè)流量、水位和閘門開度的步驟用于通過(guò)節(jié)制閘閘前水位傳感器、節(jié)制閘閘后水位傳感器、倒虹吸出口水位傳感器和倒虹吸出口流量傳感器，監(jiān)測(cè)倒虹吸的水位和流量，通過(guò)節(jié)制閘開度傳感器，監(jiān)測(cè)節(jié)制閘的開度；
判斷倒虹吸出口流量的變化是否超標(biāo)的步驟用于將倒虹吸出口流量的變化與流量變化死區(qū)值進(jìn)行比較，判斷是否超出，如果“否”則回到“監(jiān)測(cè)流量、水位和閘門開度的步驟”， 如果“是”則進(jìn)入下一步驟；
計(jì)算明渠渠段控制目標(biāo)蓄量的步驟用于根據(jù)公式 V=Vmin+(Vmax-Vmin)(Q-Qmin)/(Qmax-Qmin)
式中VmaX是倒虹吸出口控制水位為Hdmax且流量為Qmax時(shí)明渠渠段的蓄量，Vmin是倒虹吸出口控制水位為Hdmin且流量為Qmin時(shí)明渠渠段的蓄量；
計(jì)算倒虹吸出口控制目標(biāo)水位的步驟用于根據(jù)倒虹吸出口水位與其所在明渠渠段水體蓄量的關(guān)系，利用二分法反解得到倒虹吸出口控制目標(biāo)水位；
判斷倒虹吸出口水位的變化是否超標(biāo)的步驟用于倒虹吸出口水位的變化與水位變化死區(qū)值進(jìn)行比較，判斷是否超出，如果“否”則回到“監(jiān)測(cè)流量、水位和閘門開度的步驟”，如果“是”則進(jìn)入下一步驟；
計(jì)算節(jié)制間的流量調(diào)整目標(biāo)值的步驟使用反饋控制算法計(jì)算得到節(jié)制間的流量調(diào)整目標(biāo)值；
節(jié)制閘啟閉機(jī)構(gòu)執(zhí)行開度調(diào)整的步驟用于節(jié)制閘啟閉機(jī)構(gòu)執(zhí)行開度調(diào)整動(dòng)作，并回到“判斷倒虹吸出口水位的變化是否超標(biāo)的步驟”。本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是由于在明渠渠段上設(shè)置了節(jié)制閘，并在節(jié)制閘設(shè)置了
4節(jié)制間間前水位傳感器和節(jié)制間間后水位傳感器，并配合倒虹吸出口水位傳感器和倒虹吸出口流量傳感器，根據(jù)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和計(jì)算得到倒虹吸和明渠渠段的最佳控制數(shù)據(jù)，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)精確地控制渠道倒虹吸水位，達(dá)到確保安全運(yùn)行，提高輸水效率并降低成本的目的。本發(fā)明所述方法控制的變量是水體體積，基于水體體積與水位的對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過(guò)控制水位間接實(shí)現(xiàn)對(duì)水體體積的控制。所述方法的控制目標(biāo)可以滿足倒虹吸及其下游的用水計(jì)劃，確保整個(gè)控制過(guò)程安全、高效。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。圖1是本發(fā)明實(shí)施例一所述系統(tǒng)的示意圖2是本發(fā)明實(shí)施例二所述控制與數(shù)據(jù)處理器結(jié)構(gòu)原理圖； 圖3是本發(fā)明實(shí)施例三所述所述方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一
本實(shí)施例是一種明渠倒虹吸水位自動(dòng)控制系統(tǒng)，如圖1所述。本實(shí)施例包括一段明渠渠段7，所述明渠渠段下游串接一倒虹吸6，所述倒虹吸的下游設(shè)置工作閘4，所述的工作閘設(shè)有倒虹吸出口水位傳感器3、倒虹吸出口流量傳感器5 ；所述的工作閘的工作閘啟閉機(jī)構(gòu)與工作閘PLC連接，所述的倒虹吸出口水位傳感器、倒虹吸出口流量傳感器和工作閘PLC 與帶有明渠渠段蓄量計(jì)算程序的控制與數(shù)據(jù)處理器2連接，所述的明渠渠段上游設(shè)置節(jié)制閘9，所述的節(jié)制閘設(shè)有節(jié)制閘閘前水位傳感器10、節(jié)制閘閘后水位傳感器8、節(jié)制閘開度傳感器1，所述的節(jié)制閘的節(jié)制閘啟閉機(jī)構(gòu)與節(jié)制閘PLC連接，所述的節(jié)制閘閘前水位傳感器、節(jié)制閘閘后水位傳感器、節(jié)制閘開度傳感器和節(jié)制閘PLC與控制與數(shù)據(jù)處理器連接。本實(shí)施例所述的自動(dòng)控制系統(tǒng)所控制的對(duì)象是一段明渠渠段和明渠渠段下游的倒虹吸，因此，需要將明渠渠段和倒虹吸作為一個(gè)系統(tǒng)來(lái)考慮。所謂明渠渠段是一種輸水渠道，通常是對(duì)大氣敞開的，即便是在隧道中，如果是容量足夠并對(duì)大氣敞開的也可以認(rèn)為是明渠渠段。倒虹吸可以認(rèn)為是利用虹吸原理的一段低于原輸水流動(dòng)水平高度，然后再回到原水平高的管道，管道內(nèi)有一定的壓力。工作閘設(shè)置在倒虹吸的出口處，在工作閘與倒虹吸的出口處之間設(shè)置倒虹吸出口水位傳感器和倒虹吸出口流量傳感器。所述的工作閘的機(jī)械啟閉裝置的電器控制由工業(yè)程序控制器PLC控制，PLC可以十分方便的與其他數(shù)字系統(tǒng)連接，并且具備直接與網(wǎng)絡(luò)連接的功能，是一種理想的工業(yè)控制設(shè)備。本實(shí)施例將PLC專門用于機(jī)械控制的裝置，并將PLC與作為中央處理系統(tǒng)的控制與數(shù)據(jù)處理器連接，直接進(jìn)行數(shù)字控制，控制過(guò)程可靠有效。本實(shí)施例所述的控制與數(shù)據(jù)處理器是一種可以進(jìn)行復(fù)雜邏輯運(yùn)算并具有一定存貯能力的數(shù)字處理系統(tǒng)，以執(zhí)行控制算法的邏輯計(jì)算和數(shù)據(jù)分析計(jì)算。例如通用PC機(jī)、通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。也可以是一些專門為本實(shí)施例所述功能而設(shè)計(jì)的專用系統(tǒng)。例如以單片機(jī)、MCU為核心的專用數(shù)據(jù)處理和控制系統(tǒng)等?？刂婆c數(shù)據(jù)處理器用于提供控制系統(tǒng)的軟硬件運(yùn)行環(huán)境，建立人機(jī)接口，處理輸入信息，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和邏輯運(yùn)算，向PLC輸出控制指令。除進(jìn)行邏輯運(yùn)算和數(shù)據(jù)分析外，控制與數(shù)據(jù)處理器還應(yīng)當(dāng)具備連接網(wǎng)絡(luò)功能，能夠與上位機(jī)進(jìn)行聯(lián)絡(luò)接收外部指令和對(duì)外輸出信息的作用。本實(shí)施例所述控制與數(shù)據(jù)處理器應(yīng)當(dāng)包括三個(gè)最基本的單元中央處理單元、參數(shù)輸入單元、監(jiān)控顯示單元。所述的中央處理單元應(yīng)帶有一定存儲(chǔ)功能的數(shù)字處理芯片，在沒有任何外部存儲(chǔ)裝置配合的情況下也能夠進(jìn)行有效的邏輯運(yùn)算。參數(shù)輸入單元用于輸入渠道、節(jié)制間參數(shù)及控制系統(tǒng)的一些初始化數(shù)據(jù)。參數(shù)輸入單元、監(jiān)控顯示單元形成人機(jī)界面，用于一些初始化數(shù)據(jù)的輸入、修改以及對(duì)控制過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控。人機(jī)界面可以是觸摸屏及其相應(yīng)的硬軟件系統(tǒng)，也可以是專門用于數(shù)字輸入的鍵盤，或者標(biāo)準(zhǔn)的鍵盤和鼠標(biāo)。顯示器可以是專門的數(shù)碼顯示，也可以是液晶點(diǎn)陣顯示器，也可以是通用的液晶顯示器。除上述三個(gè)基本單元外，控制與數(shù)據(jù)處理器還可以具備更多的設(shè)備，實(shí)現(xiàn)更多的功能。例如帶有功能強(qiáng)大的存儲(chǔ)器，長(zhǎng)期積累控制數(shù)據(jù)，以便進(jìn)行分析。數(shù)據(jù)積累的最終結(jié)果是建立數(shù)據(jù)庫(kù)和專家系統(tǒng)，使控制過(guò)程更加符合個(gè)案，控制更加精確。本實(shí)施例的關(guān)鍵點(diǎn)在于調(diào)節(jié)位于倒虹吸上游的明渠渠段節(jié)制閘來(lái)控制倒虹吸入口的水位，使倒虹吸的流量控制偏差向上游方向傳遞，從而減小了對(duì)下游的影響。本實(shí)施例在節(jié)制間的前后的設(shè)置了水位傳感器，目的是對(duì)節(jié)制間前后的水位有一個(gè)精確的測(cè)量，以便對(duì)倒虹吸的輸水能力和來(lái)水量進(jìn)行精確的評(píng)估，以獲取精確的節(jié)制間開啟量。所述的節(jié)制閘的也是由PLC控制，并且由開度傳感器進(jìn)行閉環(huán)控制，可以達(dá)到非常精確的水平。本實(shí)施例所述的水位傳感器可以使用壓力式或浮球式水位傳感計(jì)，流量傳感器可以使用超聲波或電磁流量傳感器，位移傳感器可以使用拉繩式或磁致伸縮式位移傳感器。節(jié)制閘PLC用于接收控制與數(shù)據(jù)處理器發(fā)出的指令，將節(jié)制閘控制目標(biāo)值與此時(shí)節(jié)制閘的開度進(jìn)行比較，確定節(jié)制閘門的升、降、停運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，向節(jié)制閘啟閉機(jī)構(gòu)發(fā)送操作指令。節(jié)制閘啟閉機(jī)構(gòu)用于執(zhí)行節(jié)制閘PLC發(fā)出的指令，操作節(jié)制閘至目標(biāo)開度。實(shí)施例二
本實(shí)施例是實(shí)施例一的改進(jìn)，是實(shí)施例一關(guān)于控制與數(shù)據(jù)處理器的細(xì)化，如圖2所示。 本實(shí)施例所述的控制與數(shù)據(jù)處理器包括中央處理單元、參數(shù)輸入單元、監(jiān)控顯示單元。本實(shí)施例所述的控制與數(shù)據(jù)處理器是工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是以ARM芯片為中心的專用工業(yè)控制設(shè)備?？梢赃M(jìn)行復(fù)雜的邏輯運(yùn)算，并具有相當(dāng)容量的外部存貯系統(tǒng)，可以進(jìn)行復(fù)雜的邏輯運(yùn)算和控制運(yùn)算。實(shí)施例三
本實(shí)施例是一種使用上述實(shí)施例所述系統(tǒng)的明渠倒虹吸水位自動(dòng)控制方法，所述方法的流程圖如圖3所示。本實(shí)施例所述方法控制的變量是水體體積，即“明渠渠段控制目標(biāo)蓄量”，對(duì)該變量的控制采用的是間接方式，即基于水體體積與水位的對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過(guò)控制水位間接實(shí)現(xiàn)對(duì)水體體積的控制。在控制過(guò)程中，間前目標(biāo)水位不是固定的，而是隨著流量的變化而動(dòng)態(tài)改變的。本實(shí)施例所述方法的步驟如下
步驟1 輸入控制系統(tǒng)參數(shù)的步驟用于通過(guò)參數(shù)輸入單元，設(shè)置輸水明渠渠段、倒虹吸、節(jié)制閘、工作閘的物理參數(shù)以及控制系統(tǒng)的初始化參數(shù)。本步驟所輸入的參數(shù)包括明渠渠段的參數(shù)，即渠道的底寬、邊坡、糙率、明渠渠段長(zhǎng)度；時(shí)序參數(shù)計(jì)算空間步長(zhǎng)，控制時(shí)間步長(zhǎng)等。還包括明渠渠段的設(shè)計(jì)最大輸水流量 Qmax及相應(yīng)的倒虹吸出口最高控制水位Hdmax、明渠渠段的設(shè)計(jì)最小輸水流量Qmin及相應(yīng)的倒虹吸出口最低控制水位Hdmin，反饋控制算法比例系數(shù)K1、積分系數(shù)K2,當(dāng)前計(jì)劃輸水流量QT，閘門結(jié)構(gòu)參數(shù)和水力學(xué)參數(shù)，如閘門尺寸、閘門孔數(shù)、閘底高程、流量系數(shù)等。步驟2 監(jiān)測(cè)流量、水位和閘門開度的步驟用于通過(guò)節(jié)制閘閘前水位傳感器、節(jié)制閘間后水位傳感器、倒虹吸出口水位傳感器和倒虹吸出口流量傳感器，監(jiān)測(cè)倒虹吸的水位和流量，通過(guò)節(jié)制間開度傳感器，監(jiān)測(cè)節(jié)制間的開度。本步驟由倒虹吸出口流量傳感器監(jiān)測(cè)得到當(dāng)前時(shí)刻的倒虹吸出口流量Q、倒虹吸出口水位傳感器監(jiān)測(cè)得到當(dāng)前時(shí)刻的倒虹吸出口水位Hd、節(jié)制閘閘前水位傳感器監(jiān)測(cè)得到當(dāng)前時(shí)刻的節(jié)制閘閘前水位仇、節(jié)制閘閘后水位傳感器監(jiān)測(cè)得到當(dāng)前時(shí)刻的節(jié)制閘閘后水位Yd、節(jié)制閘開度傳感器監(jiān)測(cè)得到當(dāng)前時(shí)刻的節(jié)制閘開度e，并傳輸至控制與數(shù)據(jù)處理器。步驟3 判斷倒虹吸出口流量的變化是否超標(biāo)的步驟用于將倒虹吸出口流量的變化與流量變化死區(qū)值進(jìn)行比較，判斷是否超出，如果“否”則回到“監(jiān)測(cè)流量、水位和閘門開度的步驟”，如果“是”則進(jìn)入下一步驟。本步驟是進(jìn)行邏輯判斷，如果倒虹吸出口流量的變化I Q-QT I超過(guò)設(shè)定值DB_Q，則執(zhí)行下面的步驟，如果沒有超過(guò)設(shè)定值則回到“監(jiān)測(cè)流量、水位和閘門開度的步驟”。其中 DB_Q為設(shè)定值或稱為“流量變化死區(qū)值”。該值為一確定值，該值范圍的確定應(yīng)考慮降低控制系統(tǒng)的敏感度，避免閘門操作過(guò)于頻繁，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，DB_Q取值為倒虹吸最大設(shè)計(jì)流量的
1% 5%。步驟4 計(jì)算明渠渠段控制目標(biāo)蓄量的步驟用于根據(jù)公式 V=Vmin+(Vmax-Vmin)(Q-Qmin)/(Qmax-Qmin)
計(jì)算明渠渠段控制目標(biāo)蓄量V，式中=Vmax是倒虹吸出口控制水位為Hdmax且流量為 Qmax時(shí)明渠渠段的蓄量，Vmin是倒虹吸出口控制水位為Hdmin且流量為Qmin時(shí)明渠渠段
的蓄量。為了使倒虹吸水位調(diào)控過(guò)程在盡量短的時(shí)間內(nèi)完成，需確定相對(duì)應(yīng)的控制目標(biāo)蓄量V。估算渠道水力過(guò)渡時(shí)間可采用公式(1)
式中Δ Γ為水流達(dá)到新的穩(wěn)定狀態(tài)的時(shí)間；Δ K、AC分別為兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)間蓄量和流
量的變化。顯然，當(dāng)AV與Δ0呈一次線性關(guān)系，即Λ卜Δ0關(guān)系曲線的斜率最大時(shí)，ΔΤ 最小。因此Q流量時(shí)明渠渠段內(nèi)控制目標(biāo)蓄量V為
V=Vmin+(Vmax-Vmin)(Q-Qmin)/(Qmax-Qmin)(2)
式中VmaX為倒虹吸出口控制水位為Hdmax且流量為Qmax時(shí)明渠渠段的蓄量，Vmin為倒虹吸出口控制水位為Hdmin且流量為Qmin時(shí)明渠渠段的蓄量。Vmax, Vmin的值可根據(jù)事先確定所述明渠渠段流量蓄量關(guān)系得到，也可以調(diào)用內(nèi)置于控制與數(shù)據(jù)處理器的明渠渠段蓄量計(jì)算程序，在線計(jì)算得到。步驟5 計(jì)算倒虹吸出口控制目標(biāo)水位的步驟用于根據(jù)倒虹吸出口水位與明渠渠段水體蓄量的關(guān)系，利用二分法反解得到倒虹吸出口控制目標(biāo)水位。本步驟根據(jù)控制目標(biāo)蓄量V，計(jì)算倒虹吸出口目標(biāo)水位HdT。調(diào)用內(nèi)置于控制與數(shù)據(jù)處理器的明渠渠段蓄量計(jì)算程序，即公式(3-a或3-b )，使用二分法反求出倒虹吸出口流量Q時(shí)，對(duì)應(yīng)的水位目標(biāo)值HdT。
權(quán)利要求
1.一種明渠渠段倒虹吸水位自動(dòng)控制系統(tǒng)，包括一段明渠渠段，所述明渠渠段下游串接一倒虹吸，所述倒虹吸的下游設(shè)置工作閘，所述的工作閘設(shè)有倒虹吸出口水位傳感器、 倒虹吸出口流量傳感器；所述的工作閘的工作閘啟閉機(jī)構(gòu)與工作閘PLC連接，所述的倒虹吸出口水位傳感器、倒虹吸出口流量傳感器和工作閘PLC與帶有明渠渠段蓄量計(jì)算程序的控制與數(shù)據(jù)處理器連接，其特征在于，所述的明渠渠段上游設(shè)置節(jié)制間，所述的節(jié)制間設(shè)有節(jié)制間間前水位傳感器、節(jié)制間間后水位傳感器、節(jié)制間開度傳感器，所述的節(jié)制間的節(jié)制閘啟閉機(jī)構(gòu)與節(jié)制閘PLC連接，所述的節(jié)制閘閘前水位傳感器、節(jié)制閘閘后水位傳感器、節(jié)制閘開度傳感器和節(jié)制閘PLC與控制與數(shù)據(jù)處理器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的控制與數(shù)據(jù)處理器包括中央處理單元、參數(shù)輸入單元、監(jiān)控顯示單元。
3.一種使用權(quán)利要求2所述系統(tǒng)的明渠渠段倒虹吸水位自動(dòng)控制方法，其特征在于所述方法的步驟如下輸入控制系統(tǒng)參數(shù)的步驟用于通過(guò)參數(shù)輸入單元，設(shè)置輸水明渠渠段、倒虹吸、節(jié)制閘、工作閘的物理參數(shù)以及控制系統(tǒng)的初始化參數(shù)；監(jiān)測(cè)流量、水位和閘門開度的步驟用于通過(guò)節(jié)制閘閘前水位傳感器、節(jié)制閘閘后水位傳感器、倒虹吸出口水位傳感器和倒虹吸出口流量傳感器，監(jiān)測(cè)倒虹吸的水位和流量，通過(guò)節(jié)制閘開度傳感器，監(jiān)測(cè)節(jié)制閘的開度；判斷倒虹吸出口流量的變化是否超標(biāo)的步驟用于將倒虹吸出口流量的變化與流量變化死區(qū)值進(jìn)行比較，判斷是否超出，如果“否”則回到“監(jiān)測(cè)流量、水位和閘門開度的步驟”， 如果“是”則進(jìn)入下一步驟；計(jì)算明渠渠段控制目標(biāo)蓄量的步驟用于根據(jù)公式 V=Vmin+(Vmax-Vmin)(Q-Qmin)/(Qmax-Qmin)計(jì)算明渠渠段控制目標(biāo)蓄量V，式中Q為倒虹吸出口流量，Vmax為倒虹吸出口控制水位為Hdmax且流量為Qmax時(shí)明渠渠段的蓄量，Vmin是倒虹吸出口控制水位為Hdmin且流量為Qmin時(shí)明渠渠段的蓄量，Qmax為明渠渠段的設(shè)計(jì)最大輸水流量，Hdmax為倒虹吸出口最高控制水位Hdmax、Qmin為明渠渠段的設(shè)計(jì)最小輸水流量，Hdmin倒虹吸出口最低控制水位；計(jì)算倒虹吸出口控制目標(biāo)水位的步驟用于根據(jù)倒虹吸出口水位與明渠渠段水體蓄量的關(guān)系，利用二分法反解得到倒虹吸出口控制目標(biāo)水位；判斷倒虹吸出口水位的變化是否超標(biāo)的步驟用于倒虹吸出口水位的變化與水位變化死區(qū)值進(jìn)行比較，判斷是否超出，如果“否”則回到“監(jiān)測(cè)流量、水位和閘門開度的步驟”，如果“是”則進(jìn)入下一步驟；計(jì)算節(jié)制間的流量調(diào)整目標(biāo)值的步驟使用反饋控制算法計(jì)算得到節(jié)制間的流量調(diào)整目標(biāo)值；節(jié)制閘啟閉機(jī)構(gòu)執(zhí)行開度調(diào)整的步驟用于節(jié)制閘啟閉機(jī)構(gòu)執(zhí)行開度調(diào)整動(dòng)作，并回到“判斷倒虹吸出口水位的變化是否超標(biāo)的步驟”。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種明渠渠段倒虹吸水位自動(dòng)控制方法及系統(tǒng)，包括一段輸水明渠渠段，下游串接一倒虹吸，倒虹吸的出口設(shè)置工作閘，明渠渠段上游設(shè)置節(jié)制閘，節(jié)制閘設(shè)有節(jié)制閘閘前水位傳感器、節(jié)制閘閘后水位傳感器、節(jié)制閘開度傳感器，節(jié)制閘的節(jié)制閘啟閉機(jī)構(gòu)與節(jié)制閘PLC連接，節(jié)制閘閘前水位傳感器、節(jié)制閘閘后水位傳感器、節(jié)制閘開度傳感器和節(jié)制閘PLC與控制與數(shù)據(jù)處理器連接。由于在明渠渠段上設(shè)置節(jié)制閘，節(jié)制閘設(shè)置了節(jié)制閘閘前水位傳感器和節(jié)制閘閘后水位傳感器，配合倒虹吸出口水位傳感器和倒虹吸出口流量傳感器，根據(jù)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和計(jì)算得到控制的最佳控制數(shù)據(jù)，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)精確地控制水位，達(dá)到確保安全高效運(yùn)行的目的。
文檔編號(hào)E02B1/00GK102191758SQ201110082928
公開日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2011年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月2日
發(fā)明者何耘, 崔巍, 王 琦, 白音包力皋, 穆祥鵬, 郭曉晨, 陳文學(xué) 申請(qǐng)人:中國(guó)水利水電科學(xué)研究院