專利名稱：水工減壓箱試驗水位、流量自動調節(jié)裝置及控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種水工減壓箱試驗水位、流量自動調節(jié)裝置及控制方法，具體的說是一種為實現(xiàn)水工減壓箱試驗環(huán)境要求而采取的水位、流量自動調節(jié)的裝置和方法。
背景技術：
隨著水工減壓箱試驗和研究的要求不斷提升，水工減壓箱試驗過程中對試驗水位、流量的要求隨之不斷提高，以前都是依靠人工啟停水泵、調節(jié)手動閥門等方式達到試驗要求，水位、流量控制精度低，穩(wěn)定性差，參加實驗觀測的人員多，實驗效率低。如何實現(xiàn)試驗過程中試驗水位、流量的自動調節(jié)一直以來都是研究和設計的焦點。經(jīng)過長期的科研和探索實踐，科研人員在水工試驗過程中的數(shù)據(jù)采集方便已取得很大進展，同時，隨著控制技術的發(fā)展，水工減壓箱的試驗過程中水泵、調節(jié)閥、流量計等也采用了自動控制技術，引入了計算機和PLC控制系統(tǒng)。但如何實現(xiàn)試驗過程中的水位、流量的自動調節(jié)，一直是設計和科研試驗人員非常關注的問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是針對以上現(xiàn)有技術存在缺點，提出一種水工減壓箱試驗水位、流量自動調節(jié)裝置及控制方法，能實現(xiàn)減壓箱試驗過程中的水位、流量的動態(tài)自動調節(jié)。本發(fā)明解決以上技術問題的技術方案是本發(fā)明提供一種水工減壓箱試驗水位、 流量自動調節(jié)裝置，包括上游水箱、下游水箱、設置在所述上游水箱和下游水箱之間的管道，所述管道上設置有水泵；所述管道上設有電磁流量計和壓力傳感器與PLC控制系統(tǒng)相連，所述管道上的水泵上安裝有變頻器，所述變頻器與所述PLC控制系統(tǒng)連接；所述水泵的進出口與所述管道連接處設有隔離閥；所述上游水箱和下游水箱均安裝絕壓式水位計、壓力傳感器，并接入所述PLC控制系統(tǒng)。本發(fā)明進一步限定的技術方案是述的水工減壓箱試驗水位、流量自動調節(jié)裝置， 其特征在于所述上、下游水箱內(nèi)分割有多個小水箱單元，相鄰所述小水箱單元通過串聯(lián)的電動調節(jié)旁通閥和水泵，當一個小水箱單元內(nèi)的水位較高時，則通過PLC系統(tǒng)控制開啟電動調節(jié)旁通閥利用重力放水，當水位較低時，開啟水泵對小水箱單元進行供水。前述的水工減壓箱試驗水位、流量自動調節(jié)裝置，所述變頻器與所述PLC控制系統(tǒng)采用現(xiàn)場總線方式控制連接，避免了動力設備對信號的干擾。進一步的，前述的水工減壓箱試驗水位、流量自動調節(jié)裝置的控制方法，包括以下步驟
第一步通過所述PLC控制系統(tǒng)設定上游試驗水位及試驗流量，系統(tǒng)啟動水泵，由下游水箱往上游水箱注水至設定水位；
第二步調節(jié)控制水泵電機頻率和旁通閥開度，從而實現(xiàn)試驗水位和流量的動態(tài)恒
定；第三步采集上下游水箱水位、減壓箱流量計的實時值，計算目標值和實際值的差值， 通過PID閉環(huán)控制，完成對變頻水泵的總線控制信號和旁通調節(jié)閥模擬量控制信號的給定。前述述的水工減壓箱試驗水位、流量自動調節(jié)裝置的控制方法，所述旁通調節(jié)閥模擬量控制信號量為0 10V，實現(xiàn)試驗水位和流量的穩(wěn)定控制功能。在水工減壓箱試驗系統(tǒng)中，恒定水位及流量的控制一直是一個難題，水位及流量控制的穩(wěn)定和精確直接影響到模型試驗的結果，從而可能影響到實際原形的工作安全。本發(fā)明不需要增加很多的設備，原理清晰，簡單結構，具備很好的應用前景。本發(fā)明的優(yōu)點是(1)可以大大提高減壓箱試驗水位、試驗流量控制的穩(wěn)定性和控制精度；(2)可以長時間動態(tài)自動調節(jié)，減輕試驗人員工作強度；(3)可以通過對水泵的變頻控制實現(xiàn)節(jié)能增效。
圖1為采用變頻水泵控制出水量。圖2為上下游水箱選用旁通電動調節(jié)閥。
具體實施例方式實施例1
本實施例是一種水工減壓箱試驗水位、流量自動調節(jié)裝置及其控制方法，結構如圖1 所示，包括上游水箱1、下游水箱2、設置在所述上游水箱和下游水箱之間的管道3，管道上設置有水泵4 ；所述管道上設有電磁流量計5和壓力傳感器6與PLC控制系統(tǒng)7相連，所述管道上的水泵7上安裝有變頻器9，所述變頻器9與所述PLC控制系統(tǒng)7采用現(xiàn)場總線方式控制連接；所述水泵的進出口與所述管道連接處設有隔離閥8 ；所述上游水箱1和下游水箱 2均安裝絕壓式水位計、壓力傳感器，并接入所述PLC控制系統(tǒng)7。在上、下游水箱內(nèi)分割有多個小水箱單元，相鄰所述小水箱單元通過串聯(lián)的電動調節(jié)旁通閥10和調節(jié)水泵11連接。本發(fā)明的的控制方法，包括以下步驟
第一步通過所述PLC控制系統(tǒng)設定上游試驗水位及試驗流量，系統(tǒng)啟動水泵，由下游水箱往上游水箱注水至設定水位；
第二步調節(jié)控制水泵電機頻率和旁通閥開度，從而實現(xiàn)試驗水位和流量的動態(tài)恒
定；
第三步采集上下游水箱水位、減壓箱流量計的實時值，計算目標值和實際值的差值， 通過PID閉環(huán)控制，完成對變頻水泵的總線控制信號和旁通調節(jié)閥模擬量控制信號的給定，旁通調節(jié)閥模擬量控制信號量為0 IOV0本發(fā)明通過計算機設定上游試驗水位及試驗流量，系統(tǒng)啟動變頻水泵，往上游水箱注水至設定水位，通過PID運算，同時控制水泵電機頻率和旁通閥開度，從而實現(xiàn)試驗水位和流量的動態(tài)恒定。水泵變頻器的控制通過PLC采用現(xiàn)場總線方式控制，避免動力設備對信號的干擾；PLC同時采集上下游水箱水位、減壓箱流量計的實時值，計算目標值和實際值的差值， 通過PID閉環(huán)控制，完成對變頻水泵的總線控制信號給定，完成旁通調節(jié)閥的0 IOV模擬量控制信號給定，實現(xiàn)試驗水位和流量的穩(wěn)定控制功能。在本實施例中，采用水位、流量自動調節(jié)功能，在水泵端加裝變頻器，上下游水箱加裝水位傳感器，旁通管路加裝電動旁通調節(jié)閥，實現(xiàn)試驗水位、流量的自動調節(jié)，解決了水工減壓箱試驗水位、流量控制的核心問題，原理簡單，實施方便，功效顯著。本發(fā)明還可以有其它實施方式，凡采用同等替換或等效變換形成的技術方案，均落在本發(fā)明要求保護的范圍之內(nèi)。
權利要求
1.一種水工減壓箱試驗水位、流量自動調節(jié)裝置，包括上游水箱、下游水箱、設置在所述上游水箱和下游水箱之間的管道，所述管道上設置有水泵；其特征在于所述管道上設有電磁流量計和壓力傳感器與PLC控制系統(tǒng)相連，所述管道上的水泵上安裝有變頻器，所述變頻器與所述PLC控制系統(tǒng)連接；所述水泵的進出口與所述管道連接處設有隔離閥；所述上游水箱和下游水箱均安裝絕壓式水位計、壓力傳感器，并接入所述PLC控制系統(tǒng)。
2.根據(jù)權利要求1所述的水工減壓箱試驗水位、流量自動調節(jié)裝置，其特征在于所述上、下游水箱內(nèi)分割有多個小水箱單元，相鄰所述小水箱單元通過串聯(lián)的電動調節(jié)旁通閥和水泵連接。
3.根據(jù)權利要求1所述的水工減壓箱試驗水位、流量自動調節(jié)裝置，其特征在于所述變頻器與所述PLC控制系統(tǒng)采用現(xiàn)場總線方式控制連接。
4.根據(jù)權利要求1所述的水工減壓箱試驗水位、流量自動調節(jié)裝置的控制方法，其特征在于包括以下步驟第一步通過所述PLC控制系統(tǒng)設定上游試驗水位及試驗流量，系統(tǒng)啟動水泵，由下游水箱往上游水箱注水至設定水位；第二步調節(jié)控制水泵電機頻率和旁通閥開度，從而實現(xiàn)試驗水位和流量的動態(tài)恒定；第三步采集上下游水箱水位、減壓箱流量計的實時值，計算目標值和實際值的差值， 通過PID閉環(huán)控制，完成對變頻水泵的總線控制信號和旁通調節(jié)閥模擬量控制信號的給定。
5.根據(jù)權利要求4所述的水工減壓箱試驗水位、流量自動調節(jié)裝置的控制方法，其特征在于所述旁通調節(jié)閥模擬量控制信號量為0 10V。
全文摘要
本發(fā)明公開一種水工減壓箱試驗水位、流量自動調節(jié)裝置及其控制方法，包括上游水箱、下游水箱、設置在所述上游水箱和下游水箱之間的管道，所述管道上設置有水泵；所述管道上設有電磁流量計和壓力傳感器與PLC控制系統(tǒng)相連，所述管道上的水泵上安裝有變頻器，所述變頻器與所述PLC控制系統(tǒng)連接；所述水泵的進出口與所述管道連接處設有隔離閥；所述上游水箱和下游水箱均安裝絕壓式水位計、壓力傳感器，并接入所述PLC控制系統(tǒng)。本發(fā)明可以大大提高減壓箱試驗水位、試驗流量控制的穩(wěn)定性和控制精度；能夠長時間動態(tài)自動調節(jié)，減輕試驗人員工作強度；并通過對水泵的變頻控制實現(xiàn)節(jié)能增效。
文檔編號G05D27/02GK102354236SQ201110214408
公開日2012年2月15日 申請日期2011年7月28日 優(yōu)先權日2011年7月28日
發(fā)明者嚴秀俊, 馮中華, 凌國增, 方龍, 楊林, 王曉東, 胡亞安, 胡皓, 阮士平 申請人:南京蘇潤科技發(fā)展有限公司, 水利部交通運輸部國家能源局南京水利科學研究院