基于液位差的恒流量船閘控制系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于液位差的恒流量船閘控制系統(tǒng)和方法，系統(tǒng)由船閘上游/閘室/下游液位檢測裝置、船閘上/下閘首、船閘上/下閘首開度儀、船閘上/下閘首注/泄水泵，下位機(jī)中央控制器PLC、船閘閘首啟閉機(jī)控制柜、上位機(jī)監(jiān)控PC組成?！岸硕《苯Y(jié)構(gòu)的激光測距儀液位檢測裝置、其輸出的液位信號采用“二乘二取二”祘法處理；激光測距儀消除了基于壓力機(jī)理的水位計(jì)的缺陷，“二乘二取二”技術(shù)提高了液位檢測的精度和可靠性。在船閘上/下閘首注/泄水泵協(xié)助下，基于液位差的恒流量船閘控制采用多模分段控制算法：根據(jù)船閘閘室水位與上/下游水位的不同液位差，設(shè)計(jì)不同的控制策略；多模分段控制提高了船閘的安全與效率指標(biāo)。
【專利說明】基于液位差的恒流量船閘控制系統(tǒng)和方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬船閘控制的技術(shù)范疇，特別是指立足現(xiàn)有船閘控制系統(tǒng)架構(gòu)，基于液位差的恒流量船閘控制系統(tǒng)和方法。

【背景技術(shù)】
[0002]我國是一個(gè)內(nèi)河水運(yùn)資源比較豐富的國家，流域面積在1000平方公里以上的河流約1600條，內(nèi)河航道的總通航里程達(dá)12.37萬公里；其中等級航道6.15萬公里，占總通航里程的49.8%。6大水系的通航里程分別是:長江64016公里，珠江15952公里，黃河3333公里，京杭運(yùn)河1410公里，閔江1973公里，淮河17201公里；此外，水運(yùn)資源還涉及900余座大小湖泊的水域。古有隋煬帝建造的京杭運(yùn)河貫通南北，今有新人類構(gòu)建的中華航道遍布神州；發(fā)展內(nèi)河水運(yùn)是國家優(yōu)化交通運(yùn)輸結(jié)構(gòu)、建設(shè)低碳運(yùn)輸體系的重大舉措之一，體現(xiàn)了創(chuàng)建資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的國家意志。
[0003]現(xiàn)代社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展有賴于綠色經(jīng)濟(jì)和低碳技術(shù)的支持。水路航運(yùn)較陸路和航空運(yùn)輸具有運(yùn)量大、占地少，能耗和運(yùn)費(fèi)低等優(yōu)勢；雖然客運(yùn)市場中水運(yùn)的份額微不足道，但在煤炭、鐵礦、黃沙、石料、糧食等大宗貨物運(yùn)輸市場中，水運(yùn)無可比擬的價(jià)格優(yōu)勢無疑是全部貨運(yùn)手段中的首選、具有舉足輕重的地位。資料表明:在長江水道，水運(yùn)建設(shè)每投資I億元，產(chǎn)生的運(yùn)能是公路的17倍，鐵路的3倍；噸公里水運(yùn)能耗僅為公路的1/14、鐵路的1/2 ;污染物單位排放量則是公路的1/15、鐵路的1/1.2。單位GDP能耗，水運(yùn)是鐵路的1/6、公路的1/20。據(jù)專家測算，珠江水系的運(yùn)輸能力相當(dāng)于20條鐵路，而一艘1000噸級貨船的運(yùn)輸量不遜于I列重載火車，內(nèi)河水運(yùn)的運(yùn)輸潛力由此可見一斑。
[0004]必須指出，內(nèi)河水運(yùn)的關(guān)鍵設(shè)施是船閘；船閘又稱“廂船閘”，由閘室、閘首、輸水系統(tǒng)、閘門、閥門、引航道及相應(yīng)設(shè)備組成。船閘是向兩端有閘門控制的閘室注/泄水、升/降閘室的水位，使船舶能克服航道中水位落差的廂行建筑物。船閘按縱軸上閘室級數(shù)可分為單級船閘和多級船閘。迄今為止，長江三峽的雙線5級船閘仍是世界上建成船閘中級數(shù)最多的內(nèi)河船閘；但就多數(shù)通航的內(nèi)河航道而言，單級船閘就能滿足通航需求。不失一般性又兼顧表述的簡潔性，本發(fā)明以單級船閘為對象展開論述。鑒于船閘在內(nèi)河水運(yùn)系統(tǒng)中的重要性，船閘的可靠性始終受到設(shè)計(jì)施工方、運(yùn)維業(yè)主方的廣泛關(guān)注；另一方面，隨著《船閘總體設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTJ305-2001)的實(shí)施，提高船閘的通過能力和安全性、向過往船舶提供更好的過閘服務(wù)品質(zhì)，亦已列入設(shè)計(jì)施工方、運(yùn)維業(yè)主方的重要議事日程。我國船閘的自動(dòng)控制系統(tǒng)研發(fā)始于20世紀(jì)70年代，以繼電器為主要技術(shù)特征的時(shí)代已漸行漸遠(yuǎn)。目前，船閘控制系統(tǒng)大多構(gòu)建在以光纖為主干的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)上，是集成船閘現(xiàn)地/遠(yuǎn)程控制，視頻、消防和指揮調(diào)度功能的管控一體化系統(tǒng)；監(jiān)控上下船閘閘首的液壓啟閉機(jī)、活動(dòng)鋼橋、沖淤系統(tǒng)、指揮調(diào)度系統(tǒng)、變配電設(shè)備，采集匯總船閘的運(yùn)行參數(shù)。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)條件下，船閘的控制系統(tǒng)可滿足《船閘總體設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTJ305-2001)指定的基本要求。關(guān)鍵的上/下閘首單孔閘門控制借助閘門開度儀、水位計(jì)、下位機(jī)中央控制器PLC實(shí)現(xiàn)，并通過上位機(jī)PC進(jìn)行上/下閘首閘門的聯(lián)動(dòng)控制。閘門開度儀又稱閘門開度測控儀，輸出與閘位相對應(yīng)的格雷碼編碼、即船閘的開度；水位計(jì)亦稱“液位計(jì)”或“液面計(jì)”，是測定并記錄河流和湖泊等水體液位的儀器。上/下閘首閘門的控制包括閘門的開啟、關(guān)閉、開度信號，閥門開閉信號，水位信號等的采集、處理和存儲。閘門完全開啟的理論最佳時(shí)間點(diǎn)是:當(dāng)且僅當(dāng)上游與閘室的水位齊平時(shí)，完全開啟上閘門；當(dāng)且僅當(dāng)下游與閘室的水位齊平時(shí)，完全開啟下閘門。此時(shí)，閘門兩側(cè)的水位差為零、即閘門兩側(cè)的水壓差為零，故閘門開啟操作對閘和啟閉設(shè)備的損傷最小；第二，水位齊平可消除或消減因水位差造成的閘室浪涌現(xiàn)象，提高了閘室和閘室內(nèi)船舶的安全性。船閘通過水位計(jì)獲取閘室、上/下游的實(shí)時(shí)液位，進(jìn)而給出閘室與上/下游的水位齊平信號。閘門完全開啟的工程時(shí)間點(diǎn)有別于上述的理論最佳時(shí)間點(diǎn):工程時(shí)間點(diǎn)的確定既要考慮閘室和船舶的安全性，亦要兼顧船閘的通行率；因此，工程界力主閘室與上/下游水位差等于或小于工程最佳液位差A(yù)HFull,m、啟動(dòng)閘門的完全開啟操作，即確保閘室和船舶安全前提下、提高船閘的通行率；我國船閘內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn):天然和渠化河流航道水深應(yīng)根據(jù)航道條件和運(yùn)輸要求通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證確定，參照《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》表3.0.2-2及船閘所處的地理水文環(huán)境，綜合評估可得工程最佳液位差A(yù)HFull,m。必須指出，Λ HFull,m與液位檢測精度有關(guān)，液位檢測精度提高、可酌情增大AHFull__值；提高Λ HFull__可提高船閘通行率，且能保證閘室和船舶的安全。
[0006]目前，船閘控制系統(tǒng)中大量使用基于壓力機(jī)理的水位計(jì)，壓力式水位計(jì)在船閘運(yùn)行中的表現(xiàn)差強(qiáng)人意。究其源由有二:首先，船閘通過注/泄水進(jìn)行閘室水位的升/降，閘室兩側(cè)的水位呈典型的動(dòng)態(tài)水位特征，故水位計(jì)輸出的液位數(shù)據(jù)、以及液位數(shù)據(jù)派生出的液位差數(shù)據(jù)的精度欠佳；其次，船閘的注/泄水夾雜泥沙、泥沙在閘室淤積產(chǎn)生淤泥，另一方面河床航道中亦存在動(dòng)態(tài)變化的淤泥層，淤泥使壓力式水位計(jì)的液位數(shù)據(jù)以及派生的液位差數(shù)據(jù)偏離真值。閘室的定時(shí)清淤不僅費(fèi)時(shí)耗力，而且降低了船閘的通過能力。因此，亟待探尋既能排除淤泥影響、又能精準(zhǔn)檢測動(dòng)態(tài)水位的液位檢測方法。本發(fā)明采用激光測距儀檢測液位，淤泥對液位數(shù)據(jù)的負(fù)面影響將不復(fù)存在，有助于提升液位和液位差的檢測精度；激光反射板所處的測井中安裝消波網(wǎng)，消波網(wǎng)減小注/泄水時(shí)閘室動(dòng)態(tài)水位的變化幅度，進(jìn)一步提升液位的檢測精度；借鑒軌道交通的“二乘二取二”安全計(jì)算機(jī)技術(shù)檢測液位，提高液位檢測的精度和可靠性。船閘控制系統(tǒng)另一廣受垢病的缺陷是閘室過大的浪涌現(xiàn)象和尚待挖掘的船閘通行潛能。分析表明:現(xiàn)行開關(guān)量控制下的閘門，無法避免高液位差時(shí)注/泄水對船舶和閘室的沖擊；也無法解決低液位差時(shí)注/泄水量偏小的弊端一縮短船舶在閘室的等待時(shí)間、提高船閘的通過能力。本發(fā)明基于精準(zhǔn)液位差調(diào)節(jié)閘門開度，以恒注入和恒排泄流量方式升/降閘室水位、必要時(shí)啟動(dòng)注/泄輸水泵加速閘室水位的升/降；考慮到激光測距儀低廉的價(jià)格，采用“二乘二取二”技術(shù)檢測液位是可行的。目前，船閘控制系統(tǒng)較有代表性的知識產(chǎn)權(quán)成果綜述如下:
[0007]?發(fā)明專利“船閘多通道水位測量系統(tǒng)及濾波方法”(申請?zhí)?01210430400.7)，提出一種船閘多通道水位測量系統(tǒng)及濾波方法，采用高精度A/D轉(zhuǎn)換器，實(shí)時(shí)監(jiān)測船閘上下游、閘室等多測量點(diǎn)水位，并將多路數(shù)據(jù)打包重構(gòu)后利用485總線遠(yuǎn)程傳送到上位監(jiān)控PC機(jī)以實(shí)時(shí)顯示各點(diǎn)水位值。
[0008].發(fā)明專利“船舶吃水超限預(yù)警系統(tǒng)及預(yù)警方法”(專利號ZL20091030582 1.5)，提出一種船舶吃水超限預(yù)警系統(tǒng)及預(yù)警方法，在船閘引航道遠(yuǎn)方調(diào)度站一側(cè)側(cè)壁上方設(shè)置一個(gè)視頻采集裝置，測量出過閘船舶的船底與船閘門檻的相對高程，判斷船舶吃水是否超限，對于吃水超限的船舶，運(yùn)用聲光報(bào)警裝置予以警告。
[0009].發(fā)明專利“面向船閘視頻監(jiān)控的智能多目標(biāo)檢測方法”(申請?zhí)?01210287888.2)，提出利用船只前沿的圖像特征，在有遮擋的情況下，在視頻中識別出多個(gè)船只；利用視頻監(jiān)控設(shè)備，對船閘中多目標(biāo)進(jìn)行檢測和識別，并實(shí)現(xiàn)船只位置速度情況的自動(dòng)判別，以代替目前的人工判定。
[0010]上述有益探索，有一定的參考價(jià)值，但探索成果仍存在局限。因此，有必要立足現(xiàn)有研究成果、在提高船閘的通過能力和安全性、向過往船舶提供更好的過閘服務(wù)品質(zhì)的方向上作深入的研究。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于液位差的恒流量船閘控制系統(tǒng)和方法。
[0012]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0013]基于液位差的恒流量船閘控制系統(tǒng)由船閘上游液位檢測裝置、船閘上閘首、船閘上閘首開度儀、船閘上閘首注水泵、船閘閘室液位檢測裝置、船閘下閘首泄水泵、船閘下閘首開度儀、船閘下閘首、船閘下游液位檢測裝置，下位機(jī)中央控制器PLC、船閘閘首啟閉機(jī)控制柜、上位機(jī)監(jiān)控PC組成；
[0014]船閘上游液位檢測裝置、船閘閘室液位檢測裝置和船閘下游液位檢測裝置分別位于船閘上游、閘室和下游的左右兩岸，船閘上閘首注水泵就近安裝在船閘上閘首、船閘下閘首泄水泵就近安裝在船閘下閘首，船閘上閘首注水泵和船閘下閘首泄水泵通過注/泄水管從上/下游取/排水；船閘上閘首和船閘下閘首的閘門分別對應(yīng)配置檢測閘門開度的船閘上閘首開度儀和船閘下閘首開度儀，船閘上/下閘首開度儀型號為倍加福AVM 58 ;上位機(jī)監(jiān)控PC與下位機(jī)中央控制器PLC相連，下位機(jī)中央控制器PLC借助船閘閘首啟閉機(jī)控制柜驅(qū)動(dòng)船閘上閘首和船閘下閘首的升降，在船閘上閘首注水泵和船閘下閘首泄水泵協(xié)助下、執(zhí)行基于液位差的恒流量船閘控制；船閘上游液位檢測裝置、船閘閘室液位檢測裝置和船閘下游液位檢測裝置的液位信號輸入至下位機(jī)中央控制器PLC，船閘上閘首開度儀和船閘下閘首開度儀的開度信號輸入至下位機(jī)中央控制器PLC ;液位檢測裝置均按“二乘二取二”的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，下位機(jī)中央控制器PLC采用“二乘二取二”赫法處理液位檢測裝置輸入的液位模擬信號。
[0015]所述的船閘上游液位檢測裝置包括船閘上游左岸液位檢測裝置和船閘上游右岸液位檢測裝置，左/右兩岸的液位檢測裝置相同，船閘上游左岸液位檢測裝置位于船閘上游的左岸，船閘上游右岸液位檢測裝置位于船閘上游的右岸；船閘閘室液位檢測裝置和船閘下游液位檢測裝置與船閘上游液位檢測裝置類同；
[0016]船閘上游左岸液位檢測裝置由船閘上游左岸測井、船閘上游左岸消波網(wǎng)、船閘上游左岸激光反射板、船閘上游左岸第I激光測距儀和船閘上游左岸第2激光測距儀組成；船閘上游左岸第I激光測距儀和船閘上游左岸第2激光測距儀安裝于船閘上游左岸測井頂部，船閘上游左岸消波網(wǎng)安裝于船閘上游左岸測井下端，船閘上游左岸激光反射板懸浮與船閘上游左岸測井水面，并與船閘上游左岸第I激光測距儀、船閘上游左岸第2激光測距儀配套；船閘上游液位檢測裝置配置4臺激光測距儀、左/右岸液位檢測裝置各配2臺，通過RS485與下位機(jī)中央控制器PLC的485 口相連；4臺激光測距儀構(gòu)成經(jīng)典的、“二乘二取二”液位檢測架構(gòu)，液位信號則采用“二乘二取二”的赫法處理；在基于液位差的恒流量船閘控制系統(tǒng)中，共計(jì)配備6座測井:船閘上游左序測井、船閘上游右序測井，船閘閘室左序測井、船閘閘室右岸測井，船閘下游左岸測井、船閘下游右岸測井，12臺激光測距儀:船閘上游左岸第I激光測距儀、船閘上游左岸第2激光測距儀、船閘上游右岸第I激光測距儀、船閘上游右岸第2激光測距儀，船閘閘室左岸第I激光測距儀、船閘閘室左岸第2激光測距儀、船閘閘室右岸第I激光測距儀、船閘閘室右岸第2激光測距儀，船閘下游左岸第I激光測距儀、船閘下游左岸第2激光測距儀、船閘下游右岸第I激光測距儀、船閘下游右岸第2激光測距儀；變量 checklOO = 110 或 120、check200 = 210 或 220、check300 = 310 或 320 分別表征船閘上游左/右岸液位檢測裝置、船閘閘室左/右岸液位檢測裝置、船閘下游左/右岸液位檢測裝置處于檢測/備用或備用/檢測狀態(tài)；
[0017]船閘上游液位檢測裝置“二乘二取二”水位計(jì)液位檢測的流程如下:
[0018]0.ESP = 0.05m, checklOO = 110
[0019]1.檢測狀態(tài)的激光測距儀采樣
[0020]1-1.checklOO = 110
[0021]船閘上游左岸第I激光測距儀和船閘上游左岸第2激光測距儀分別采樣4次液位、通過RS48上傳至下位機(jī)中央控制器PLC
[0022]1-2.checklOO = 120
[0023]船閘上游右岸第I激光測距儀和船閘上游右岸第2激光測距儀分別采樣4次液位、通過RS48上傳至下位機(jī)中央控制器PLC
[0024]2.激光測距儀液位數(shù)據(jù)的中位均值濾波
[0025]2-1.checklOO = 110
[0026]船閘上游左岸第I激光測距儀液位數(shù)據(jù)的中位均值濾波，即
D114Average={文而4|>.] —min (D114[1 ]、D114[2]、D114[3]、D114[4])
[0027]i=1
-max (D114[l]、D114[2]、D114[3]、D114[4]) }/2
[0028]第2激光測距儀液位數(shù)據(jù)亦中位均值濾波得D115AveMge
[0029]DllO = (D114Average+D115Average)/2
[0030]2-2.checklOO = 120
[0031]船閘上游右岸第I激光測距儀液位數(shù)據(jù)的中位均值濾波，即
D124Average=! ^￡)124[/]-πι?η (D124[l]、D124[2]、D124[3]、D124[4])
[0032],=1
-max (D124[l]、D124[2]、D124[3]、D124[4]) }/2
[0033]第2激光測距儀液位數(shù)據(jù)亦中位均值濾波得D125AvOTage
[0034]D120 = (D124Average+D125Average)/2
[0035]3.“二乘二取二”示示法處理
[0036]3-1.checklOO =110
[0037]3-1-1.1 Dl14Average-Dl15Average|〈ESP
[0038]DlOO = DllO
[0039]返回“I”
[0040]3-1-2.Dl14Average-Dl15Average ^ ESP
[0041]checklOO = 120、故障報(bào)警
[0042]返回“I”
[0043]3-2.checklOO = 120
[0044]3-2-1.D124Average-D125Average|<ESP
[0045]DlOO = D120
[0046]返回“I”
[0047]3-2-2.D124Average-D125Average ^ ESP
[0048]checklOO = 110、故障報(bào)警
[0049]返回“I”
[0050]船閘閘室液位檢測裝置、船閘下游液位檢測裝置的“二乘二取二”水位計(jì)液位檢測流程，與船閘上游液位檢測裝置類同；激光測距儀型號為DISTO D8 ；
[0051]船閘上游左岸液位檢測裝置和船閘上游右岸液位檢測裝置互為備份，由主備檢測切換變量checklOO控制切換checklOO = 110時(shí)，船閘上游左岸液位檢測裝置的兩支激光測距儀檢測上游液位、液位數(shù)據(jù)中位均值濾波、二乘二取二表決，若兩支激光測距儀的檢測數(shù)據(jù)偏差〈ESP、輸出檢測的液位，反之checklOO = 120、船閘上游右岸液位檢測裝置轉(zhuǎn)為檢測狀態(tài)、故障報(bào)警；checkl00 = 120時(shí),流程與checklOO = 110類同；船閘閘室液位檢測裝置、船閘下游液位檢測裝置的“二乘二取二”水位計(jì)液位檢測原理，與船閘上游液位檢測裝置類同。
[0052]所述的下位機(jī)中央控制器PLC采用施耐德Premium x系列，由電源模塊PSY2600M,CPU P571634M，通訊模塊ETY P0RT，數(shù)字量輸入模塊EDY32D2K，數(shù)字量輸出模塊DSY16T2，模擬量輸入模塊AEY800組成，DI信號使用的位號是10.0?10.5、I1.0?I1.4、12.0?12.5,13.0 ?13.4，備用的位號是 10.6 ?10.7,11.5 ?1.7,12.6 ?12.7,13.5 ?3.7 ；D0信號使用的位號是Q0.0?Q0.5、Ql.0?Ql.5，備用的位號是Q0.6?Q0.7、Ql.6?Ql.7 ；Al信號使用的位號是IW0.0?IW0.1，備用的位號是IW0.2?IW0.7 ；
[0053]船閘上閘首啟閉機(jī)操作回路與數(shù)字量輸入模塊EDY32D2K、數(shù)字量輸出模塊DSY16T2、模擬量輸入模塊AEY800相連，點(diǎn)位分配如下:Q0.0開啟按鈕、Q0.1關(guān)閉按鈕、Q0.2停止按鈕、10.0遠(yuǎn)控狀態(tài)、10.1全開狀態(tài)、10.2超限位狀態(tài)、10.3全關(guān)狀態(tài)、10.4故障狀態(tài)、10.5電源狀態(tài)、IW0.0閘門開度；船閘下閘首啟閉機(jī)操作回路與船閘上閘首的類同，其點(diǎn)位分配如下:Q0.3開啟按鈕、Q0.4關(guān)閉按鈕、Q0.5停止按鈕、12.0遠(yuǎn)控狀態(tài)、12.1全開狀態(tài)、12.2超限位狀態(tài)、12.3全關(guān)狀態(tài)、12.4故障狀態(tài)、12.5電源狀態(tài)、Iff0.1閘門開度；
[0054]船閘上閘首注水泵操作回路與數(shù)字量輸入模塊EDY32D2K、數(shù)字量輸出模塊DSY16T2相連，點(diǎn)位分配:Q1.0開啟按鈕、Ql.1關(guān)閉按鈕、Ql.2停止按鈕、10.0遠(yuǎn)控狀態(tài)、
10.1全開狀態(tài)、10.2全關(guān)狀態(tài)、10.3故障狀態(tài)、10.4電源狀態(tài)；船閘下閘首泄水泵操作回路與船閘上閘首注水泵的類同，點(diǎn)位分配如下:Q1.3開啟按鈕、Ql.4關(guān)閉按鈕、Ql.5停止按鈕、13.0遠(yuǎn)控狀態(tài)、13.1全開狀態(tài)、13.2全關(guān)狀態(tài)、13.3故障狀態(tài)、13.4電源狀態(tài)；
[0055]船閘上游液位檢測裝置的4臺激光測距儀、船閘閘室液位檢測裝置的4臺激光測距儀、船閘下游液位檢測裝置的4臺激光測距儀，及船閘閘首啟閉機(jī)控制柜均經(jīng)RS485與通訊模塊ETY PORT相連。
[0056]所述的基于液位差的恒流量船閘的多模分段控制方法按船舶過閘的下/上行表述包括如下步驟:
[0057]①初始化
[0058]船閘上/下閘首的閘門開啟、船閘閘室的水位與上/下游水位齊平；
[0059]船舶駛?cè)氪l閘室、船閘上/下閘首的閘門關(guān)閉；
[0060]②Δ H〉Δ Hchamber-Downstream/ 八 ^Upstream-Chamber
[0061]根據(jù)液位差流量模型進(jìn)行船閘恒流量的PID控制；
[0062]液位差流量模型:Q=Hbe、Qo=Mbci, ^JlgAIi:
[0063]流量軟測量模型:Q= [D200 (k+1) -D200 (k) ] *A/TS ；
[0064]③Δ 〇pen〈 Δ H ^ Δ HQjiamI3er^ownstream/ Δ Hupstream^jianiI3er
[0065]啟動(dòng)船閘下閘首泄水泵/啟動(dòng)船閘上閘首注水泵；
[0066]? ΔΗ^ AHFull_0pen
[0067]切斷船閘下閘首泄水泵/切斷船閘上閘首注水泵；
[0068]船閘下/上閘首的閘門完全開啟；
[0069]船舶駛離船閘閘室、進(jìn)入下/上游；
[0070]⑤返回步驟“①”；
[0071]式中:
[0072]Δ Hpull^0pen為閘門完全開啟的工程最佳液位差一切斷船閘下閘首泄水泵/切斷船閘上閘首注水泵的液位差上限，AHaambOT_D_st_為啟動(dòng)船閘下閘首泄水泵的、閘室與下游液位差的上限，Δ為啟動(dòng)船閘上閘首注水泵的、上游與閘室液位差的上限，ΔΗ為上游與閘室的液位差或閘室與下游的液位差，
[0073]Q為閘室的注/泄流量、Qtl為閘室的最佳注/泄流量，
[0074]D200⑴為i時(shí)刻的閘室液位、Ts為閘室液位的采樣周期，A為閘室截面，
[0075]μ為流量系數(shù)、b為閘門寬、e為閘門開啟高度、g為重力加速度。
[0076]本發(fā)明與【背景技術(shù)】相比，具有的有益效果是:
[0077]“二乘二取二”結(jié)構(gòu)的激光測距儀液位檢測裝置、其輸出的液位信號采用“二乘二取二”赫法處理；激光測距儀消除了基于壓力機(jī)理的水位計(jì)的缺陷，“二乘二取二”技術(shù)提高了液位檢測的精度和可靠性。在船閘上/下閘首注/泄水泵協(xié)助下，基于液位差的恒流量船閘控制采用多模分段控制算法:根據(jù)船閘閘室水位與上/下游水位的不同液位差，設(shè)計(jì)不同的控制策略；多模分段控制提高了船閘的安全與效率指標(biāo)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0078]圖1是基于液位差的恒流量船閘控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0079]圖2a是水位計(jì)在船閘廂行建筑物中的分布圖；
[0080]圖2b是“二乘二取二”水位計(jì)液位檢測的結(jié)構(gòu)圖；
[0081 ] 圖2c是“二乘二取二”水位計(jì)液位檢測的流程圖；
[0082]圖2d是“二乘二取二”水位計(jì)液位檢測的原理圖；
[0083]圖3是下位機(jī)中央控制器PLC的結(jié)構(gòu)圖；
[0084]圖4是基于液位差的恒流量船閘的多模分段控制原理圖。

【具體實(shí)施方式】
[0085]如圖1所示，沿船舶過閘的下行方向、基于液位差的恒流量船閘控制系統(tǒng)由船閘上游液位檢測裝置100、船閘上閘首1、船閘上閘首開度儀3、船閘上閘首注水泵5、船閘閘室液位檢測裝置200、船閘下閘首泄水泵6、船閘下閘首開度儀4、船閘下閘首2、船閘下游液位檢測裝置300，下位機(jī)中央控制器PLC7、船閘閘首啟閉機(jī)控制柜8、上位機(jī)監(jiān)控PC9組成；
[0086]船閘上游液位檢測裝置100、船閘閘室液位檢測裝置200和船閘下游液位檢測裝置300分別位于船閘上游、閘室和下游的左右兩岸，船閘上閘首注水泵5就近安裝在船閘上閘首1、船閘下閘首泄水泵6就近安裝在船閘下閘首2，船閘上閘首注水泵5和船閘下閘首泄水泵6通過注/泄水管從上/下游取/排水；船閘上閘首I和船閘下閘首2的閘門分別對應(yīng)配置檢測閘門開度的船閘上閘首開度儀3和船閘下閘首開度儀4，船閘上/下閘首開度儀的型號為倍加福AVM58 =SSI數(shù)字輸出，分辨率4096/圈；上位機(jī)監(jiān)控PC9與下位機(jī)中央控制器PLC7相連，下位機(jī)中央控制器PLC7借助船閘閘首啟閉機(jī)控制柜8、驅(qū)動(dòng)船閘上閘首I和船閘下閘首2的升降，在船閘上閘首注水泵5和船閘下閘首泄水泵6協(xié)助下、執(zhí)行基于液位差的恒流量船閘控制；船閘上游液位檢測裝置100、船閘閘室液位檢測裝置200和船閘下游液位檢測裝置300的液位信號輸入至下位機(jī)中央控制器PLC7，船閘上閘首開度儀3和船閘下閘首開度儀4的開度信號輸入至下位機(jī)中央控制器PLC7 ;液位檢測裝置均按“二乘二取二”的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，下位機(jī)中央控制器PLC7采用“二乘二取二”赫法處理液位檢測裝置輸入的液位模擬信號；
[0087]我國船閘內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn):天然和渠化河流航道水深應(yīng)根據(jù)航道條件和運(yùn)輸要求通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證確定，參照《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》表3.0.2-2及船閘所處的地理水文環(huán)境，評估確定:閘門完全開啟的工程最佳液位差ΛΗΜ1__η，船閘上閘首注水泵5啟動(dòng)的、上游與閘室的液位差上限AHupstreanrthambw，船閘下閘首泄水泵6啟動(dòng)的、閘室與下游的液位差上限△HchambCT_DOTnstoam ;以浙江省某船閘為例:兼顧船閘的安全與效率，高/低精度液位檢測時(shí)
A HpuI1-Open 0.3/0.2ITlj ^ ^Upstream-Chamber 1.^ ^Chamber-Downstream 1.?
[0088]說明:流量正比液位差平方根，船舶過閘上/下行結(jié)尾段，小液位差的流量靈敏度大，非線性控制的精度欠佳、是船閘安全的一大隱患；啟動(dòng)輔助的注/泄水泵維系注/泄水流量、縮短船舶等待時(shí)間，可提高船閘通行率。
[0089]如圖2a所示，船閘上游液位檢測裝置100包括船閘上游左岸液位檢測裝置110和船閘上游右岸液位檢測裝置120、左/右兩岸的液位檢測裝置相同，船閘上游左岸液位檢測裝置110位于船閘上游的左岸，船閘上游右岸液位檢測裝置120位于船閘上游的右岸；船閘閘室液位檢測裝置200和船閘下游液位檢測裝置300與船閘上游液位檢測裝置100類同；
[0090]如圖2b所示，以船閘上游左岸液位檢測裝置110由船閘上游左岸測井111、船閘上游左岸消波網(wǎng)112、船閘上游左岸激光反射板113、船閘上游左岸第I激光測距儀114和船閘上游左岸第2激光測距儀115組成；船閘上游左岸第I激光測距儀114和船閘上游左岸第2激光測距儀115安裝于船閘上游左岸測井111頂部，船閘上游左岸消波網(wǎng)112安裝于船閘上游左岸測井111下端，船閘上游左岸激光反射板113懸浮與船閘上游左岸測井111水面，并與船閘上游左岸第I激光測距儀114、船閘上游左岸第2激光測距儀115配套；船閘上游液位檢測裝置100配置4臺激光測距儀、左/右岸液位檢測裝置各配2臺，通過RS485與下位機(jī)中央控制器PLC7的485 口相連；4臺激光測距儀構(gòu)成經(jīng)典的、“二乘二取二”液位檢測架構(gòu)，液位信號則采用“二乘二取二”的赫法處理；在基于液位差的恒流量船閘控制系統(tǒng)中，共計(jì)配備6座測井:船閘上游左厗測井111、船閘上游右厗測井121，船閘閘室左厗測井、船閘閘室右岸測井，船閘下游左岸測井、船閘下游右岸測井，12臺激光測距儀:船閘上游左岸第I激光測距儀114、船閘上游左岸第2激光測距儀115、船閘上游右岸第I激光測距儀124、船閘上游右岸第2激光測距儀125，船閘閘室左岸第I激光測距儀、船閘閘室左岸第2激光測距儀、船閘閘室右岸第I激光測距儀、船閘閘室右岸第2激光測距儀，船閘下游左岸第I激光測距儀、船閘下游左岸第2激光測距儀、船閘下游右岸第I激光測距儀、船閘下游右岸第 2 激光測距儀；變量 checklOO = 110 或 120、check200 = 210 或 220、check300 =310或320分別表征船閘上游左/右岸液位檢測裝置、船閘閘室左/右岸液位檢測裝置、船閘下游左/右岸液位檢測裝置處于檢測/備用或備用/檢測狀態(tài)；
[0091 ] 如圖2c所示，船閘上游液位檢測裝置“二乘二取二”水位計(jì)液位檢測的流程如下:
[0092]0.ESP = 0.05m, checklOO = 110
[0093]1.檢測狀態(tài)的激光測距儀采樣
[0094]1-1.checklOO = 110注:船閘上游左/右岸液位檢測裝置處在檢測/備用
[0095]船閘上游左岸第I激光測距儀114和船閘上游左岸第2激光測距儀115分別采樣4次液位、通過RS48上傳至下位機(jī)中央控制器PLC7
[0096]1-2.checklOO = 120注:船閘上游左/右岸液位檢測裝置處在備用/檢測
[0097]船閘上游右岸第I激光測距儀124和船閘上游右岸第2激光測距儀125分別采樣4次液位、通過RS48上傳至下位機(jī)中央控制器PLC7
[0098]2.激光測距儀液位數(shù)據(jù)的中位均值濾波
[0099]2-1.checklOO = 110
[0100]船閘上游左岸第I激光測距儀114液位數(shù)據(jù)的中位均值濾波，即
DII4Wa;!1.'=| 丈/)|14[/]—minD114[l]、D114[2], D114[3]、D114[4]
[0101],=1

-maxD114⑴、D114[2]> D114[3]、D114[4]]/2
[0102]第2激光測距儀115液位數(shù)據(jù)亦中位均值濾波得D115AveMge
[0103]DllO = D114Average+D115Average/2
[0104]2-2.checklOO = 120
[0105]船閘上游右岸第I激光測距儀124液位數(shù)據(jù)的中位均值濾波，即
D124Average={ f/)12叩]—minD124[l]、D124[2], D124[3]、D124[4]
[0106]?=1

—maxD124[l]、D124[2]、D124[3]、D124[4]}/2
[0107]第2激光測距儀125液位數(shù)據(jù)亦中位均值濾波得D125AveMge
[0108]D120 = D124Average+D125Average/2
[0109]3.“二乘二取二”赫法處理
[0110]3-1.checklOO = 110
[0111]3-1-1.Dl14Average-Dl15Average|<ESP
[0112]DlOO = DllO
[0113]返回“I”
[0114]3-1-2.1 D114Average_D115Average I > ESP 注:左岸液位檢測裝置故障
[0115]checklOO = 120、故障報(bào)警注:右岸液位檢測裝置投運(yùn)
[0116]返回“I”
[0117]3-2.checklOO = 120
[0118]3-2-1.D124Average-D125Average|<ESP
[0119]DlOO = D120
[0120]返回“I”
[0121]3-2-2.1 D124Average_D125Average I > ESP 注:右岸液位檢測裝置故障
[0122]checklOO = 110、故障報(bào)警注:左岸液位檢測裝置投運(yùn)
[0123]返回“I”
[0124]船閘閘室液位檢測裝置200、船閘下游液位檢測裝置300的“二乘二取二”水位計(jì)液位檢測流程，與船閘上游液位檢測裝置100類同；激光測距儀的型號為DISTO D8:量程
0.05?200m,精度Imm,供電AA電池；
[0125]說明:根椐激光測距儀和船閘GB 50139-201《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》:船閘通航需要相當(dāng)精度的水位，建議液位檢測偏差的上限值ESP不超過通航水位要求精度的5倍。以浙江某船閘為例，最高通航水位和設(shè)計(jì)最低通航水位分別為3.42和2.12米，其測量水位精度需要達(dá)到±0.01米，建議ESP取值為0.05m。
[0126]如圖2d所示，船閘上游左岸液位檢測裝置110和船閘上游右岸液位檢測裝置120互為備份，由主備檢測切換變量checklOO控制切換checklOO = 110、左岸液位檢測裝置為檢測狀態(tài)而右岸液位檢測裝置備份，checklOO = 120、右岸液位檢測裝置為檢測狀態(tài)而左岸液位檢測裝置備份ChecklOO = 110時(shí)，船閘上游左岸液位檢測裝置的兩支激光測距儀檢測上游液位、液位數(shù)據(jù)中位均值濾波、二乘二取二表決，若兩支激光測距儀的檢測數(shù)據(jù)偏差〈ESP、輸出檢測的液位，反之checklOO = 120、船閘上游右岸液位檢測裝置120轉(zhuǎn)為檢測狀態(tài)、故障報(bào)警；checkl00 = 120時(shí),流程與checklOO = 110類同；船閘閘室液位檢測裝置200、船閘下游液位檢測裝置300的“二乘二取二”水位計(jì)液位檢測原理，與船閘上游液位檢測裝置100類同；
[0127]二乘二取二水位計(jì)液位檢測是一種組合了雙機(jī)熱備結(jié)構(gòu)和二取二結(jié)構(gòu)的一種復(fù)合結(jié)構(gòu)，繼承雙機(jī)熱備結(jié)構(gòu)持續(xù)運(yùn)行能力強(qiáng)、可維護(hù)性好的優(yōu)點(diǎn)和二取二結(jié)構(gòu)的可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。
[0128]如圖3所示，下位機(jī)中央控制器PLC7采用施耐德Premium x系列，由電源模塊PSY2600M71, CPU P571634M72，通訊模塊 ETY P0RT73，數(shù)字量輸入模塊 EDY32D2K74，數(shù)字量輸出模塊DSY16T275，模擬量輸入模塊AEY80076組成；DI信號使用的位號是10.0?10.5、
11.0 ?IL 4,12.0 ?12.5,13.0 ?13.4，備用的位號是 10.6 ?10.7,11.5 ?1.7,12.6 ?
12.7、13.5?3.7 ；D0信號使用的位號是Q0.0?Q0.5、Q1.0?Ql.5，備用的位號是Q0.6?Q0.7、Ql.6?Ql.7 ；AI信號使用的位號是Iff0.0?Iff0.1，備用的位號是Iff0.2?Iff0.7 ；
[0129]船閘上閘首I啟閉機(jī)操作回路與數(shù)字量輸入模塊EDY32D2K74、數(shù)字量輸出模塊DSY16T275、模擬量輸入模塊AEY80076相連，點(diǎn)位分配如下:Q0.0開啟按鈕、Q0.1關(guān)閉按鈕、Q0.2停止按鈕、10.0遠(yuǎn)控狀態(tài)、10.1全開狀態(tài)、10.2超限位狀態(tài)、10.3全關(guān)狀態(tài)、10.4故障狀態(tài)、10.5電源狀態(tài)、IW0.0閘門開度；船閘下閘首2啟閉機(jī)操作回路與船閘上閘首2的類同，其點(diǎn)位分配如下:Q0.3開啟按鈕、Q0.4關(guān)閉按鈕、Q0.5停止按鈕、12.0遠(yuǎn)控狀態(tài)、12.1全開狀態(tài)、12.2超限位狀態(tài)、12.3全關(guān)狀態(tài)、12.4故障狀態(tài)、12.5電源狀態(tài)、Iff0.1閘門開度。
[0130]船閘上閘首注水泵5操作回路與數(shù)字量輸入模塊EDY32D2K74、數(shù)字量輸出模塊DSY16T275相連，點(diǎn)位分配:Q1.0開啟按鈕、Ql.1關(guān)閉按鈕、Ql.2停止按鈕、10.0遠(yuǎn)控狀態(tài)、
10.1全開狀態(tài)、10.2全關(guān)狀態(tài)、10.3故障狀態(tài)、10.4電源狀態(tài)；船閘下閘首泄水泵6操作回路與船閘上閘首注水泵5的類同，點(diǎn)位分配如下:Q1.3開啟按鈕、Ql.4關(guān)閉按鈕、Ql.5停止按鈕、13.0遠(yuǎn)控狀態(tài)、13.1全開狀態(tài)、13.2全關(guān)狀態(tài)、13.3故障狀態(tài)、13.4電源狀態(tài)。
[0131]船閘上游液位檢測裝置100的4臺激光測距儀、船閘閘室液位檢測裝置200的4臺激光測距儀、船閘下游液位檢測裝置300的4臺激光測距儀，及船閘閘首啟閉機(jī)控制柜8均經(jīng)RS485與通訊模塊ETY P0RT73相連。
[0132]如圖4所示，基于液位差的恒流量船閘控制采用多模分段控制算法，按船舶過閘的下/上行表述:
[0133]①初始化
[0134]船閘上/下閘首的閘門開啟、船閘閘室的水位與上/下游水位齊平
[0135]船舶駛?cè)氪l閘室、船閘上/下閘首的閘門關(guān)閉
[01 36]② Δ H〉Δ HQjlamI3er^ownstream/ Δ Hupstream-Chamber
[0137]根據(jù)液位差流量模型進(jìn)行船閘恒流量的PID控制
[0138]液位差流量模型:Q=Mbe、Oo=Mbc0
[0139]流量軟測量模型:Q=[D200k+l-D200k]*A/Ts
[01 40]③ Δ〇pen〈 A H ^ A ^Chamber-Downstream/ 八 ^Upstrearn-Chamber
[0141]啟動(dòng)船閘下閘首泄水泵/啟動(dòng)船閘上閘首注水泵
[0142]④ΛΗ 彡 AHFull_0pen
[0143]切斷船閘下閘首泄水泵/切斷船閘上閘首注水泵
[0144]船閘下/上閘首的閘門完全開啟
[0145]船舶駛離船閘閘室、進(jìn)入下/上游
[0146]⑤返回“①”；
[0147]式中:
[0148]Δ Hpull^0pen為閘門完全開啟的工程最佳液位差一切斷船閘下閘首泄水泵/切斷船閘上閘首注水泵的液位差上限，AHaambOT_D_st_為啟動(dòng)船閘下閘首泄水泵的、閘室與下游液位差的上限，Δ為啟動(dòng)船閘上閘首注水泵的、上游與閘室液位差的上限，ΔΗ為上游與閘室的液位差或閘室與下游的液位差，
[0149]Q為閘室的注/泄流量、Qtl為閘室的最佳注/泄流量，
[0150]D200i為i時(shí)刻的閘室液位、Ts為閘室液位的采樣周期，A為閘室截面，
[0151]μ為流量系數(shù)、b為閘門寬、e為閘門開啟高度、g為重力加速度；
[0152]說明:
[0153]1、閘室注/泄流量Q采用檢測閘室液位變化量的間接測量方法獲取，
[0154]2、根據(jù)液位差流量模型進(jìn)行的船閘恒流量PID控制，設(shè)定值Qtl、輸入變量AQ =Q0-Q, AQ經(jīng)PID運(yùn)赫后輸出控制量U、借助船閘閘首啟閉機(jī)控制柜調(diào)節(jié)e、Q，使AQ —O。
【權(quán)利要求】
1.一種基于液位差的恒流量船閘控制系統(tǒng)，其特征在于系統(tǒng)由船閘上游液位檢測裝置(100)、船閘上閘首(I)、船閘上閘首開度儀(3)、船閘上閘首注水泵(5)、船閘閘室液位檢測裝置(200)、船閘下閘首泄水泵(6)、船閘下閘首開度儀(4)、船閘下閘首(2)、船閘下游液位檢測裝置(300)，下位機(jī)中央控制器PLC (7)、船閘閘首啟閉機(jī)控制柜(8)、上位機(jī)監(jiān)控PC (9)組成； 船閘上游液位檢測裝置(100)、船閘閘室液位檢測裝置(200)和船閘下游液位檢測裝置(300)分別位于船閘上游、閘室和下游的左右兩岸，船閘上閘首注水泵(5)就近安裝在船閘上閘首(I)、船閘下閘首泄水泵(6)就近安裝在船閘下閘首(2)，船閘上閘首注水泵(5)和船閘下閘首泄水泵(6)通過注/泄水管從上/下游取/排水；船閘上閘首(I)和船閘下閘首(2)的閘門分別對應(yīng)配置檢測閘門開度的船閘上閘首開度儀(3)和船閘下閘首開度儀(4)，船閘上/下閘首開度儀型號為倍加福AVM58 ;上位機(jī)監(jiān)控PC(9)與下位機(jī)中央控制器PLC(7)相連，下位機(jī)中央控制器PLC(7)借助船閘閘首啟閉機(jī)控制柜⑶驅(qū)動(dòng)船閘上閘首(I)和船閘下閘首(2)的升降，在船閘上閘首注水泵(5)和船閘下閘首泄水泵(6)協(xié)助下、執(zhí)行基于液位差的恒流量船閘控制；船閘上游液位檢測裝置(100)、船閘閘室液位檢測裝置(200)和船閘下游液位檢測裝置(300)的液位信號輸入至下位機(jī)中央控制器PLC (7)，船閘上閘首開度儀(3)和船閘下閘首開度儀(4)的開度信號輸入至下位機(jī)中央控制器PLC (7);液位檢測裝置均按“二乘二取二”的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，下位機(jī)中央控制器PLC (7)采用“二乘二取二”赫法處理液位檢測裝置輸入的液位模擬信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于液位差的恒流量船閘控制系統(tǒng)，其特征在于所述的船閘上游液位檢測裝置(100)包括船閘上游左岸液位檢測裝置(110)和船閘上游右岸液位檢測裝置(120)，左/右兩岸的液位檢測裝置相同，船閘上游左岸液位檢測裝置(110)位于船閘上游的左岸，船閘上游右岸液位檢測裝置(120)位于船閘上游的右岸；船閘閘室液位檢測裝置(200)和船閘下游液位檢測裝置(300)與船閘上游液位檢測裝置(100)類同； 船閘上游左岸液位檢測裝置(110)由船閘上游左岸測井(111)、船閘上游左岸消波網(wǎng)(112)、船閘上游左岸激光反射板(113)、船閘上游左岸第I激光測距儀(114)和船閘上游左岸第2激光測距儀(115)組成；船閘上游左岸第I激光測距儀(114)和船閘上游左岸第2激光測距儀(115)安裝于船閘上游左岸測井(111)頂部，船閘上游左岸消波網(wǎng)(112)安裝于船閘上游左岸測井(111)下端，船閘上游左岸激光反射板(113)懸浮與船閘上游左岸測井(111)水面，并與船閘上游左岸第I激光測距儀(114)、船閘上游左岸第2激光測距儀(115)配套；船閘上游液位檢測裝置(100)配置4臺激光測距儀、左/右岸液位檢測裝置各配2臺，通過RS485與下位機(jī)中央控制器PLC (7)的485 口相連；4臺激光測距儀構(gòu)成經(jīng)典的、“二乘二取二”液位檢測架構(gòu)，液位信號則采用“二乘二取二”的赫法處理；在基于液位差的恒流量船閘控制系統(tǒng)中，共計(jì)配備6座測井:船閘上游左岸測井(111)、船閘上游右岸測井(121)，船閘閘室左岸測井、船閘閘室右岸測井，船閘下游左岸測井、船閘下游右岸測井，12臺激光測距儀:船閘上游左岸第I激光測距儀(I 14)、船閘上游左岸第2激光測距儀(115)、船閘上游右岸第I激光測距儀(124)、船閘上游右岸第2激光測距儀(125)，船閘閘室左岸第I激光測距儀、船閘閘室左岸第2激光測距儀、船閘閘室右岸第I激光測距儀、船閘閘室右岸第2激光測距儀，船閘下游左岸第I激光測距儀、船閘下游左岸第2激光測距儀、船閘下游右岸第I激光測距儀、船閘下游右岸第2激光測距儀；變量checklOO = 110或120、check200 =.210或220、check300 = 310或320分別表征船閘上游左/右岸液位檢測裝置、船閘閘室左/右岸液位檢測裝置、船閘下游左/右岸液位檢測裝置處于檢測/備用或備用/檢測狀態(tài)；船閘上游液位檢測裝置“二乘二取二”水位計(jì)液位檢測的流程如下:. 0.ESP = 0.05m, checklOO = 110. 1.檢測狀態(tài)的激光測距儀采樣 . 1-1.checklOO = 110 船閘上游左岸第I激光測距儀(114)和船閘上游左岸第2激光測距儀(115)分別采樣.4次液位、通過RS48上傳至下位機(jī)中央控制器PLC (7)
1-2.checklOO = 120 船閘上游右岸第I激光測距儀(124)和船閘上游右岸第2激光測距儀(125)分別采樣.4次液位、通過RS48上傳至下位機(jī)中央控制器PLC (7).激光測距儀液位數(shù)據(jù)的中位均值濾波 . 2-1.checklOO = 110 船閘上游左岸第I激光測距儀(114)液位數(shù)據(jù)的中位均值濾波，即
D114Average={ ^Dl 14[?]-min (D114[l]、D114[2]、D114[3]> D114[4])

/=1
-max (D114[l]、D114[2]、D114[3]、D114[4p \I2 第2激光測距儀(115)液位數(shù)據(jù)亦中位均值濾波得D115Average DllO = (Dll 4Average+D 115Average) / 2 . 2-2.checklOO = 120 船閘上游右岸第I激光測距儀(124)液位數(shù)據(jù)的中位均值濾波，即 D124Avcrayc=l ^/J>!24[/]-min (D124[l]、D124[2]、D124[3]、D124[4])
-max (D124[l]、[)124[2]、D124[3]、D124[4]) \!2 第2激光測距儀(125)液位數(shù)據(jù)亦中位均值濾波得D125Wage D120 = (D124Average+D125Average) /2. 3.“二乘二取二”赫法處理
.3-1.checklOO = 110
.3-1-1.1 Dl14Average-Dl15Average|〈ESP
DlOO = DllO
返回“I” . 3-1-2.1D114Average-D115Average| ^ ESP
checklOO = 120、故障報(bào)警
返回“I” . 3-2.checklOO = 120 . 3_2_1.ID124Average-D125Average|〈ESP
DlOO = D120 返回“I” . 3-2-2.D124Average-D125Average ^ ESP checklOO = 110、故障報(bào)警 返回“I” 船閘閘室液位檢測裝置(200)、船閘下游液位檢測裝置(300)的“二乘二取二”水位計(jì)液位檢測流程，與船閘上游液位檢測裝置(100)類同；激光測距儀型號為DISTO D8 ； 船閘上游左岸液位檢測裝置(110)和船閘上游右岸液位檢測裝置(120)互為備份，由主備檢測切換變量checklOO控制切換checklOO = 110時(shí)，船閘上游左岸液位檢測裝置的兩支激光測距儀檢測上游液位、液位數(shù)據(jù)中位均值濾波、二乘二取二表決，若兩支激光測距儀的檢測數(shù)據(jù)偏差〈ESP、輸出檢測的液位，反之checklOO = 120、船閘上游右岸液位檢測裝置(120)轉(zhuǎn)為檢測狀態(tài)、故障報(bào)警；checkl00 = 120時(shí)，流程與checklOO = 110類同;船閘閘室液位檢測裝置(200)、船閘下游液位檢測裝置(300)的“二乘二取二”水位計(jì)液位檢測原理，與船閘上游液位檢測裝置(100)類同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于液位差的恒流量船閘控制系統(tǒng)，其特征在于所述的下位機(jī)中央控制器PLC(7)采用施耐德Premium x系列，由電源模塊PSY2600M(71)，CPUP571634M(72)，通訊模塊ETY PORT (73)，數(shù)字量輸入模塊EDY32D2K (74)，數(shù)字量輸出模塊DSY16T2 (75)，模擬量輸入模塊AEY800 (76)組成，DI信號使用的位號是10.0?10.5、.11.0 ?IL 4,12.0 ?12.5,13.0 ?13.4，備用的位號是 10.6 ?10.7,11.5 ?1.7,12.6 ?.12.7、13.5?3.7 ；D0信號使用的位號是Q0.0?Q0.5、Q1.0?Ql.5，備用的位號是Q0.6?Q0.7、Ql.6?Ql.7 ；AI信號使用的位號是Iff0.0?Iff0.1，備用的位號是Iff0.2?Iff0.7 ； 船閘上閘首(I)啟閉機(jī)操作回路與數(shù)字量輸入模塊EDY32D2K(74)、數(shù)字量輸出模塊DSY16T2 (75)、模擬量輸入模塊AEY 800 (76)相連，點(diǎn)位分配如下:Q0.0開啟按鈕、Q0.1關(guān)閉按鈕、Q0.2停止按鈕、10.0遠(yuǎn)控狀態(tài)、10.1全開狀態(tài)、10.2超限位狀態(tài)、10.3全關(guān)狀態(tài)、.10.4故障狀態(tài)、10.5電源狀態(tài)、IW0.0閘門開度；船閘下閘首(2)啟閉機(jī)操作回路與船閘上閘首(2)的類同，其點(diǎn)位分配如下:Q0.3開啟按鈕、Q0.4關(guān)閉按鈕、Q0.5停止按鈕、12.0遠(yuǎn)控狀態(tài)、12.1全開狀態(tài)、12.2超限位狀態(tài)、12.3全關(guān)狀態(tài)、12.4故障狀態(tài)、12.5電源狀態(tài)、IW0.1閘門開度； 船閘上閘首注水泵(5)操作回路與數(shù)字量輸入模塊EDY32D2K(74)、數(shù)字量輸出模塊DSY16T2 (75)相連，點(diǎn)位分配:Q1.0開啟按鈕、Ql.1關(guān)閉按鈕、Ql.2停止按鈕、10.0遠(yuǎn)控狀態(tài)、10.1全開狀態(tài)、10.2全關(guān)狀態(tài)、10.3故障狀態(tài)、10.4電源狀態(tài)；船閘下閘首泄水泵(6)操作回路與船閘上閘首注水泵(5)的類同，點(diǎn)位分配如下:Q1.3開啟按鈕、Ql.4關(guān)閉按鈕、Ql.5停止按鈕、13.0遠(yuǎn)控狀態(tài)、13.1全開狀態(tài)、13.2全關(guān)狀態(tài)、13.3故障狀態(tài)、13.4電源狀態(tài)； 船閘上游液位檢測裝置(100)的4臺激光測距儀、船閘閘室液位檢測裝置(200)的4臺激光測距儀、船閘下游液位檢測裝置(300)的4臺激光測距儀，及船閘閘首啟閉機(jī)控制柜(8)均經(jīng)RS485與通訊模塊ETY PORT (73)相連。
4.一種使用如權(quán)利要求1所述的基于液位差的恒流量船閘的多模分段控制方法，其特征在于按船舶過閘的下/上行表述包括如下步驟: ①初始化 船閘上/下閘首的閘門開啟、船閘閘室的水位與上/下游水位齊平； 船舶駛?cè)氪l閘室、船閘上/下閘首的閘門關(guān)閉； (? Λ Η、Λ H/ Λ H
丄丄Z 丄丄 Chamber-Downstream/Upstream-Chamber 根據(jù)液位差流量模型進(jìn)行船閘恒流量的PID控制； 液位差流量模型:Q=Mbc ^JlgAH、Qo=Pbco ^JlgAIf ； 流量軟測量模型:Q = [D200(k+l)-D200(k)]*A/Ts ；
Δ tipuii—Qpen〈 Δ H Δ tichamber-Downstream/ ^ ^Upstream-Chamber 啟動(dòng)船閘下閘首泄水泵/啟動(dòng)船閘上閘首注水泵；
④ΛΗ 彡 AHpull^0pen 切斷船閘下閘首泄水泵/切斷船閘上閘首注水泵； 船閘下/上閘首的閘門完全開啟； 船舶駛離船閘閘室、進(jìn)入下/上游； ⑤返回步驟“①”； 式中: Δ HFull_0pen為閘門完全開啟的工程最佳液位差一切斷船閘下閘首泄水泵/切斷船閘上閘首注水泵的液位差上限，ΛΗ—nst_為啟動(dòng)船閘下閘首泄水泵的、閘室與下游液位差的上限，ΔHUpstream_chamber為啟動(dòng)船閘上閘首注水泵的、上游與閘室液位差的上限，ΔΗ為上游與閘室的液位差或閘室與下游的液位差， Q為閘室的注/泄流量、Qtl為閘室的最佳注/泄流量， D200(i)為i時(shí)刻的閘室液位、Ts為閘室液位的采樣周期，A為閘室截面， μ為流量系數(shù)、b為閘門寬、e為閘門開啟高度、g為重力加速度。
【文檔編號】E02C1/00GK104196002SQ201410385055
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月6日
【發(fā)明者】陸乙君, 黃懿明, 楊勇, 吳明光 申請人:浙江大學(xué), 陸乙君