本發(fā)明涉及可移動自動加沙裝置及方法，特別涉及一種適用于水利物理模型試驗的可移動自動加沙控制裝置及方法。

背景技術(shù)：

長期以來，試驗中對河道加沙通常的方法是：在河道上、下游潮流進(jìn)出段各設(shè)一加沙斷面，然后，根據(jù)河道輸沙的變化情況，估算模型的加沙量和加沙速率，采用傳統(tǒng)的人工加沙。這種方法不僅耗費較多的人力、物力，而且受人為因素的影響，加沙量不均勻、精度較低，特別是連續(xù)試驗周期較長的懸沙試驗，試驗的精度更受影響。

目前國內(nèi)在河工試驗中主要還是采用人工加沙的方式，隨著自動化技術(shù)的發(fā)展，自動化程度高的加沙系統(tǒng)也應(yīng)運而生，但是這些加沙系統(tǒng)都是在需要加沙的模型旁邊建一個固定的加沙池，單個加沙系統(tǒng)只能為單一的模型加沙，不能為其他模型試驗所使用，成本高、靈活性較差。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種可移動自動加沙裝置及方法，所述裝置能夠任意移動至試驗需要的場所，實現(xiàn)含沙量的實時自動配比。

為實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種可移動自動加沙裝置，包括可移動支架、容器、流量調(diào)節(jié)裝置、含沙量傳感器、液位傳感器和工控機(jī)；

所述容器包括清水容器、標(biāo)準(zhǔn)含沙量容器和高含沙量容器，清水容器、標(biāo)準(zhǔn)含沙量容器和高含沙量容器底部設(shè)有可移動支架；清水容器通過供水管道連接水源，高含沙量容器通過供沙管道連接沙源，標(biāo)準(zhǔn)含沙量容器通過連接管道分別與清水容器、高含沙量容器和模型試驗箱連接，所述供水管道、供沙管道、連接管道上均設(shè)有流量調(diào)節(jié)裝置；清水容器內(nèi)設(shè)有液位傳感器，標(biāo)準(zhǔn)含沙量容器和高含沙量容器內(nèi)設(shè)有液位傳感器、含沙量傳感器和沙洋攪拌裝置；液位傳感器、含沙量傳感器、流量調(diào)節(jié)裝置和沙樣攪拌裝置連接工控機(jī)，通過工控機(jī)控制液位和標(biāo)準(zhǔn)含沙量容器內(nèi)混合液配比，實現(xiàn)自動加沙。

本發(fā)明的裝置，液位傳感器、含沙量傳感器、流量調(diào)節(jié)裝置及沙樣攪拌裝置均與工控機(jī)連接，工控機(jī)為上位機(jī)、液位傳感器、含沙量傳感器、流量調(diào)節(jié)裝置為下位機(jī)，下位機(jī)將采集到的數(shù)據(jù)傳送至上位機(jī)，上位機(jī)根據(jù)下位機(jī)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)發(fā)出相應(yīng)命令，再反饋給下位機(jī)，形成組成主從式控制結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的裝置中，液位傳感器可采用多種不同原理的液位傳感器，并且液位傳感器根據(jù)原理的不同，放置在容器的不同部位；含沙量傳感器可實現(xiàn)容器內(nèi)含沙量濃度的實時監(jiān)測；沙樣攪拌裝置實現(xiàn)容器內(nèi)水、沙混合液的連續(xù)、充分、均勻攪拌，使容器內(nèi)水、沙混合液得到充分、均勻攪拌。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，清水容器、標(biāo)準(zhǔn)含沙量容器和高含沙量容器底部共用一個可移動支架，或分別單獨設(shè)置可移動支架。單獨設(shè)置可移動支架使得三種不同容器在可整體移動的同時，還可以相對移動，可根據(jù)具體需要設(shè)置。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，清水容器、標(biāo)準(zhǔn)含沙量容器和高含沙量容器與可移動支架間，各容器與管道間均采用活動連接。采用活動連接方便裝置的拆卸和組裝。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述清水容器、標(biāo)準(zhǔn)含沙量容器和高含沙量容器選用不銹鋼材質(zhì)。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，工控機(jī)中設(shè)有以太網(wǎng)模塊。實現(xiàn)移動加沙系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制。

本發(fā)明還提供了上述裝置的使用方法，具體包括如下步驟：

(1)清水容器內(nèi)通過供水管道補(bǔ)充清水，高含沙量容器中預(yù)先配置高濃度水沙混合液；

(2)在工控機(jī)中設(shè)置模型試驗所需標(biāo)準(zhǔn)含沙配比，通過高含沙量容器、清水容器與標(biāo)準(zhǔn)含沙量容器間的流量調(diào)節(jié)裝置以及高含沙量容器的含沙量濃度，控制高含沙量容器與清水容器中的液體按一定的比例配比到標(biāo)準(zhǔn)含沙量容器中；

(3)工控機(jī)實時采集流量調(diào)節(jié)裝置的流量信號、液位傳感器的液位信息和含沙量傳感器的含沙量濃度信號，通過控制軟件與試驗預(yù)設(shè)的流量、液位、含沙量濃度進(jìn)行對比，反饋控制各流量調(diào)節(jié)裝置，改變管道出水流量，調(diào)節(jié)液位和含沙量濃度，實現(xiàn)模型自動加沙。

上述步驟(2)中，根據(jù)模型加沙要求，預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)容器含沙量為d標(biāo)，高含沙量容器含沙量為d高，d標(biāo)與d高由含沙量傳感器測量得到，加沙量配比為：清水容器的流量調(diào)節(jié)裝置控制的流量是高含沙量容器的流量調(diào)節(jié)裝置控制流量的(d高-d標(biāo)準(zhǔn))/d標(biāo)準(zhǔn)倍。實際控制過程由于清水容器和高含沙量容器液位不同，流量的不同，工控機(jī)可根據(jù)實測含沙量而加以修正。

本發(fā)明的裝置和方法具有如下有益效果：

①可移動：以往的加沙裝置都是采用加沙池的方式，加沙池固定在模型的某個位置，只能對特定區(qū)域內(nèi)的加沙斷面進(jìn)行加沙，而本發(fā)明的可移動加沙裝置可以為模型的任意位置進(jìn)行加沙，從而使需要加沙的模型試驗更加的靈活方便。

②閉環(huán)控制，準(zhǔn)確加沙：傳統(tǒng)的人工加沙、通過固定的加沙池、加沙管道等方式進(jìn)行加沙方法均為開環(huán)控制方式，加沙的準(zhǔn)確性較低。本發(fā)明的可移動加沙裝置和方法采用實時監(jiān)測配比的標(biāo)準(zhǔn)水、沙混合液濃度及高含沙量的水、沙混合液濃度、加沙桶內(nèi)液位高度，控制系統(tǒng)的流量變化，從而確保標(biāo)準(zhǔn)加沙桶內(nèi)的水沙混合液濃度為實際試驗需求的濃度。

③智能一鍵式控制，自動加沙：

可移動加沙裝置的智能化程度較高，所有的參數(shù)均能實時的顯示與修改，在自動模式下操作人員只需按下開始按鈕加沙系統(tǒng)就能根據(jù)輸入的參數(shù)自動輸沙。

④遠(yuǎn)程控制：該加沙裝置可通過串口服務(wù)器與控制室的上位機(jī)相連，上位機(jī)能實時顯示加沙系統(tǒng)的運行狀態(tài)，并能實時控制現(xiàn)場的加沙進(jìn)程。

⑤模塊化設(shè)計：該加沙裝置的所有接口都是標(biāo)準(zhǔn)化的接口，容器與容器、容器與泵臺之間的管道連接，容器與可移動支架之間的連接均可采用活動連接，組裝與拆卸方便，并且維修也較為方便。

附圖說明

圖1為實施例1的可移動自動加沙裝置的示意圖。

圖2為本發(fā)明方法的流程圖。

具體實施方式

如圖1所示，本發(fā)明的可移動自動加沙裝置包括容器、可移動支架、流量調(diào)節(jié)裝置、含沙量傳感器、液位傳感器和工控機(jī)100。

所述容器包括清水容器11、標(biāo)準(zhǔn)含沙量容器12和高含沙量容器13，清水容器11、標(biāo)準(zhǔn)含沙量容器12和高含沙量容器13底部設(shè)有可移動支架21-23；清水容器11通過供水管道51連接水源，高含沙量容器13通過供沙管道55連接沙源，標(biāo)準(zhǔn)含沙量容器12通過連接管道52-54分別與清水容器11、高含沙量容器13和模型試驗箱連接，所述供水管道51、供沙管道55、連接管道52-54上分別設(shè)有流量調(diào)節(jié)裝置61-65；清水容器11內(nèi)設(shè)有液位傳感器31，標(biāo)準(zhǔn)含沙量容器12和高含沙量容器13內(nèi)設(shè)有液位傳感器32、33、含沙量傳感器41、42和沙樣攪拌裝置71、72；液位傳感器31-33、含沙量傳感器41-42、流量調(diào)節(jié)裝置61-65和沙樣攪拌裝置71-72連接工控機(jī)100，通過工控機(jī)100控制液位和標(biāo)準(zhǔn)含沙量容器內(nèi)混合液配比，實現(xiàn)自動加沙。

清水容器11、標(biāo)準(zhǔn)含沙量容器12和高含沙量容器13采用不銹鋼材質(zhì)，其底部可共用一個可移動支架，或分別單獨設(shè)置可移動支架21-23。

清水容器11、標(biāo)準(zhǔn)含沙量容器12和高含沙量容器13與可移動支架21-23間，各容器與管道間均采用活動連接。

工控機(jī)中設(shè)有以太網(wǎng)模塊100用于實現(xiàn)移動加沙系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制。

實施例2

本實施例具體提供了一種實施例1所述裝置的使用方法。

本發(fā)明的方法具體包括如下步驟；

(1)清水容器11內(nèi)通過供水管道51補(bǔ)充清水，高含沙量容器13中預(yù)先配置高濃度水沙混合液；

(2)在工控機(jī)100中設(shè)置模型試驗所需標(biāo)準(zhǔn)含沙配比，通過高含沙量容器13、清水容器11與標(biāo)準(zhǔn)含沙量容器13間的流量調(diào)節(jié)裝置62、64以及高含沙量容器13的含沙量濃度，控制高含沙量容器13與清水容器11中的液體按一定的比例配比到標(biāo)準(zhǔn)含沙量容器12中；

(3)工控機(jī)100實時采集流量調(diào)節(jié)裝置61-65的流量信號、液位傳感器31-33的液位信息和含沙量傳感器41-42的含沙量濃度信號，通過控制軟件與試驗預(yù)設(shè)的流量、液位、含沙量濃度進(jìn)行對比，反饋控制各流量調(diào)節(jié)裝置61-65，改變管道出水流量，調(diào)節(jié)液位和含沙量濃度，實現(xiàn)模型自動加沙。

在模型試驗前，根據(jù)模型具體加沙要求配好標(biāo)準(zhǔn)容器含沙量為d標(biāo)，配好高含沙量容器含沙量為d高，d標(biāo)與d高由含沙量傳感器測量得到，d標(biāo)和d高根據(jù)各模型加沙時長、加沙量等具體情況設(shè)定。如圖2所示，液位傳感器31實時監(jiān)控清水容器11液面，當(dāng)液面過低時，啟動清水補(bǔ)充程序，當(dāng)液面超過預(yù)定值時關(guān)閉閥門，停止清水補(bǔ)充。

清水容器管道輸出流量為q清，高含沙量容器管道輸出流量為q渾，時間為t，理想中

化簡得：

即流量調(diào)節(jié)裝置和流量調(diào)節(jié)裝置控制管道流量，同時給標(biāo)準(zhǔn)容積供流量，又要使含沙量為標(biāo)準(zhǔn)容積含沙量應(yīng)符合上述公式。

由上式得：

d標(biāo)準(zhǔn)＝(q清+q渾)＝d高.q渾(3)

d標(biāo)準(zhǔn).q清＝d高q渾-d標(biāo)準(zhǔn)q渾(4)

則可控制清水容器11的流量調(diào)節(jié)裝置61控制的流量是高含沙量容器13的流量調(diào)節(jié)裝置65控制流量的(d高-d標(biāo)準(zhǔn))/d標(biāo)準(zhǔn)倍。實際控制過程由于清水容器和高含沙量容器液位不同，流量的不同，軟件上可根據(jù)實測含沙量而加以修正。