Система регулирования водораспределения открытого канала

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН З(50 С 05 12 ЕН ИЕ ИЗ 0 АВТОРСК мпульс и, а в кажцыи блок памяти и пр енные го- уммианционблока блок сдв ожения,блок дис м вых ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОЧИРЫТИ(56 ) 1. Авторское свидетельство СССР У 589331, кл. Е 02 В 13/00, 1974.2, Авторское свидетельство СССР В 1042000, кл. С 05 Р 9/12, 1981. (прототип).(54)(57) СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ ВОДО- РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ОТКРЫТОГО КАНАЛА,содержащая регуляторы уровней по числу перегораживающихсооружений, уст-, ройство управления и для каждого участка канала датчик уровня: воды верхнего бьефа перегораживающего сооружения, датчики уровня воды нижнего бьефа водовыпускав, датчиков положения затворов водовыпусков, датчик положения затвора перегораживающего сооружения, датчик расхода воды в начале участка и приводы, затворов водовыпусков и перегораживающих сооружений, причем устройство управления включает в себя блок задания и последовательно соединенные блок памяти, блок умножения, суммирующий накопитель и блок дистанционной коммутации, а каждый регулятор уровней - блок задания, вход которого соединен с соответствующим первым выходом блока дистанционной коммутации устройства управления, отличающая с я тем, что с целью поньпвения быстродействия сис. темы, в устройство управления ввеЯО 1124262 д дены распределитель блок сдвиговой памя регулятор уровней - последовательно сое делитель импульсов, вой памяти, блок ум рующий накопитель и нойкоммутации, при задания в каждом регуляторе уровнеи подключен к второму входу блока сдвиговой памяти, третий вход кото" рого связан с вторым выходом распределителя импульсов и с первым входом блока памяти, подключенного вторым входом к третьему выходу распределителя импульсов, а выходом - к второму входу блока умножения, четвертый вход блока сдвиговой памяти соединен с первым выходом блока дистанционной коммутации, а второй выход - с соответствующим вторым входом блока дистанционной коммутации устройства управления, подключенного вторым выходом к первому входу блока сдвиговой памяти, второй вход которого связан с выходом блока задания, первый выход распределителя импульсов устройства управления связан с первым входом блока памяти, второй выход с вторым входом блока памяти и с третьим входом блока сдвиговой памяти, а третий выход - с четвертЫм входом блока сдвиговой памяти, выход которого подключен к второму входу блока умножения, выходы датчика расхода воды в начале участка, датчи ка уровня воды верхнего бьефа перегораживающего сооружения, датчиков уровня воды нижнего бьефа водовыпусов, датчиков положения затворов водоыпусков, датчика положения затвора, 1124262 оставител ехредЖ.Ка каз 8278/36ВНИИПИ по303 Филиал ППП "Патент", г. Уагор Проектная,Редактор А.Долини Цаллаговаевич Корректор В. Ги Тирак 843 Подписноеосударственного комитета СССРлам изобретений и открытийМосква, Ж, Раушская наб., д. 4124262 1 О 15 20 25 перегораживающего сооружения длякаждого участка канала соединены ссоответствующими; вторыми входамирегуляторов уровней своего унасткаканала, вторые выходы блоков дистанИзобретение относится к водному хозяйству и касается автоматизации водораспределения открытого канала.Известна система регулирования водораспределения открытого канала с перегораживающими сооружениями и водовыпусками с затворами и приводами к ним, содержащая регуляторы уровней воды, связанные с датчиками уровней верхних и нижних бьефов перегораживающих сооружений, блоки заданий, сумматоры, датчики возмущений, датчики положения затворови инверторы 1.1 3Недостатком известной системы является невозможность регулирования водораспределения открытого канала, подача воды в который лимитирована, так как не обеспечивается регулирование затворов водовыпусков потреби.телей при изменении величины подачи воды в канал.Наиболее близой по своей технической сущности к изобретению является система регулирования водорас-пределения открытого канала с перегораживающими сооружениями и водо- выпусками с затворами и приводами к ним, содержащая регуляторы уровня воды верхних бьефов перегораживающих сооружений, регуляторы уровня воды нижних бьефов водовыпусков, датчики уровняводы соответстввенно нижних и верхних бьефов, датчики положения затворов, блоки задания, блок дистанционной коммутации, блок памяти,блок умножения и суммирующийнакопитель 1.2 3.Известная система обеспечиваетперестройку и стабилизацию режимаводораспределения таких открытыхканалов, забор воды в которые исоответственно водоподача из нихлимитированы, В режиме стабилизации водораспределения системарегулирования обеспечивает соответционной коммутации каждого регулятора уровней связаны с входами соответствующих приводов затворов водовыпусков и перегораживающих сооружений. ствие между расходом водозаборав канал и суммарным расходом водоподачи в водовыпуски потребителей. В режиме перестройки водораспреде 5 ления система регулирования обеспе чивает переход (изменение) расходовводоподачи с одних заданных эначений, соответствующих текущему расходу водозабора в канал, на другие новые) заданные значения расходов водоподачи, соответствующие новому (или прежнему 1 расходу водозабора в канал.Недостатком известной системы является низкое быстродействие и, как следствие, значительные отклонения фактических расходов водоподачи от новых заданных значений расходов водоподачи, что приводит к переборам и недоборам воды в водовыпуски в режиме перестройки водораспределения.Цель изо 9 ретения - повьппение быстродействия системы регулирования.Поставленная. цель достигается тем, что .в системе регулирования водораспределения открытого канала с перегораживающими сооружениями и прилегающими к ним сверху участками канала с водовыпусками, забор воды в который лимитирован, содержащей регуляторы уровней по числу перегораживающих сооружений, устройство уп"равления и для каждого участка кана-.ла датчик уровня воды верхнего бьефа перегораживающего сооружения, датчики уровня воды нижнего бьефа водовыпусков, датчики положения затворов водо- выпусков, датчик положения затвора перегораживающего сооружения, датчик 40 расхода воды в начале участка и приводы затворов водовыпусков и перегораживающих сооружений, причем устройство управления включает в себяблок задания и последовательно соединенные блок памяти, блок умиоже"ния, суммирующий накопитель и блок3 1124 дистанционной коммутации, а каждый регулятор уровней - блок задания, вход которого соединен с соответствующим первым выходом блока дистанционной коммутации устройства управле 5 ния в устройство управления введены распределитель импульсов и блок сдвиговой памяти, а в каждый регулятор уровней - блок памяти и последовательно соединенные распределитель импульсов, блок сдвиговой памяти, блок умножения, суммирующий накопитель и блок дистанционной коммутации, причем выход блока задания в каждом регуляторе уровней подключен ко второму входу блока сдвиговой памяти, третий вход которого связан со вторым выходом распределителя импульсов и с первым входом блока памяти, подключенного вторым входом к третьему выходу распределителя импульсов, а выходом - ко второму входу блока умножения, четвертый вход блока сдвиговой памяти соединен с первым выходом блока дистанционной коммутации, а второй выход - с соответствующим вторым входом блока дистанционной коммутации устройства управления, подключенного вторым выходом к первому входу блока сдвиговой памяти, второй вход которого связан с выходом блока задания, первый выход распределителя импульсов . устройства управления связан с первым входом блока памяти, второй выход - со вторым входом блока памя ти, и с третьим входом блока сдвиговой памяти, выход которого подключен ко второму входу блока умножения, выходы датчика расхода воды в начале участка, датчика уровня воды верхне го бьефа перегораживающего сооружения, датчиков уровня воды нижнего бьефа водовыпусков, датчиков положения затворов водовыпусков, датчика положения затвора перегораживающего 45 сооружения для каждого участка кана-. ла соединены с соответствующими вторыми входами регуляторов уровней своего участка канала, вторые выходы блоков дистанционной коммутации каж дого регулятора уровней связаны с входами соответствующих приводов затворов водовыпусков и перегораживающих сооружений.Открытый канал представляетсобой совокупность в общем случае М локальных участков канала, состоящих каждый из перегораживающего сооруже 262 4ния и прилегающего к нему сверху участка канала с водовыпусками.На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемой системы; на фиг, 2 а,б - матрица весовых коэффициентов соответственно в блоках памяти устройства управления и регулятора уровней; на фиг. 3 а,б ".,временная диаграмма функционирования соответственно регуляторов уровней и устройства управлениягде Т - приодичность функционирования регулятора 1 уровней; И 1,И 2К, - измерения текущихзначений параметров с датчиков;количество датчиков измерения параметров регулятора 1 уровней; 11 И 2 ,ЦК - считывания текущихзначений параметров с регуляторов 1 уровней;Я - количество текущихзначений параметров в системе,регулироваВВРВ 1,ВВРВ 2,ния (Й и; )1=4выработка и вывод регулирующих воздействий на затворы;количество затворов на локальном участке канала;периодичность выработки регулирующих воздействие на затворы; периодичность вывода регулирующих воздействий на затворы;периодичность функционированйя устройства 2 управления;выработка и вывод уставок в регуляторы 1 уровней;количество регулируемых водовыпусков и перегораживающих сооружений на открытом канале;время считывания текущего значения измеренного параметра с регулятора 1 уровней;(время смещения перйода выработки,регули"рующих воздействийотносительно периодавывода регулирующихвоздействий 1;йО - время выработки уставок ( время смещенияпериода выработкиуставок относительнопериода вывода уставок 311 - моменты начала выработки регулирующихвоздействий2 - моменты начала выводарегулирующих воздействийна затворы;3 - моменты начала выработкиуставок;4 - моменты начала выводауставок в регуляторы 1уровней;на фиг. 4 - блок-схема блока сдвиговой памяти.Предлагаемая система включаетдва или более регуляторов 1 уровнейи устройство 2 управления.Каждый из регуряторов 1 уровнейсвязан .с датчиком 3 уровня водыверхнего бьефа перегораживающегосооружения, датчиками 4 уровнейводы нижних бьефов водовыпусков,датчиком 5 расхода воды в началеучастка канала, датчиками 6 положения затвора перегораживающего сооружения, датчиками 7 положения затворов водовыпусков. Регулятор 1 уровней обеспечивает регулирование водораспределения на локальном участкеканала и включает блок 8 дистанционной коммутации, суммирующий накопитель 9, блок 10 умножения, блок1 сдвиговой памяти, распределительимпульсов 12, блох 13 памяти,блок 14 задания,Устройство 2 управления включаетблок 15 дистанционной коммутации,суммирующий накопитель 16, блок 17умножения, блок 18 сдвиговой памяти,40 В каждой строке матрицы блока 20хранятся весовые коэффициенты, отно 5 О сящиеся к 1-му регулируемому нодовыпуску или перегораживающему сооружению открытого каналаФК;, 1=1,2Л, 1:-1,2. Н 2;гдей 1- количество регулируемых водовыпусков на открытом канале;82- количество текущих и предыдущих значений измеряемых параВходы блоков 4 задания всехрегуляторов 1 соединены с выходамиблока 15 дистанционной коммутацииустройства 2 управления, входы кото рого соединены с выходами блоков11 сдвиговой памяти всех регуляторов 1 уровней.Количество датчиков 4 уровняводы нижних бьефов водовыпусков и О датчиков 7 положения затворов водовыпусков в каждом регуляторе 1уровней зависит от числа водовыпусков.Блок 13 памяти регулятора 1 15 уровней и блок 20 памяти устройства2 управления имеют одинаковое принципиальное исполнение и преднаэначе-ны для хранения весовых коэффициентов, которые хранятся в виде матрицы 2 О ( см, фиг. 21.В каждой строке матрицы блока 13хранятся весовые коэффициенты, относящиеся к 1-му затвору локальногоучастка канала25 К 11, 1=1,2п, 1=1,2 М 1,где И 1- количество регулйруьмыхводовыпусков и перегораживающих сооружений на локаль- ЭО ном участке канала;И 2" количество текущих и предыдущих значений измеряемыхпараметров в регулятореуровней;К, - весовой коэффициент, определяющий степень влияния уставки для 1-го регулируемоговодовыпуска или перегораживающего" сооружения на регулирующее воздействие для2-го затвора;К, - весовой коэффициент опре 1ляющий степень влияния 1-готекущего нли предыдущего 45значения измеряемого параметра на регулирующее воздействие для 1-го затвора.35 метров в системе регулирования;К, - весовой коэффициент, определяющий степень влияния заданного значения расхода водоподачи в 1-й регулируемый водовыпуск на уставку для 1-горегулируемого водовыпуска илиперегораживающего сооружения:К . - весовой коэффициент, определя 11ющий степень влияния 1-го 10текущего или предыдущего значений измеряемого параметрана уставку для -го регулируемого водовыпуска или перегораживающего сооружения. 15Блок 18 сдвиговой памяти устройства 2 управления и блок 11 сдвиговой памяти каждого регулятора 1 уровней имеют одинаковое принципиальное выполнение, предназначены для хранения 20 текущих, формирования и хранения предыдущих значений измеренных параметров и состоят из входных и выходных вентильных схем (ВС) и сдвиговых регистров (СР 1. Количество СР равно 25 количеству датчиков измерения параметров. Каждый СР состоит из ячеек, в которых хранятся значения измеренного параметра, причем в первой ячейке хранится текущее значение, а в последующих хранятся предыдущие значения измеренного параметра.Через первый (четвертый, вход блока 11 (18) на входные ВС блока поступают периодически (период Т 1 (Тои последовательно во времени с интерваломФ (1 1. (см. фиг. 3) сигналы с первого (третьего ) выхода распределителя импульсов 12 (19), которые разрешают прохождение через эти ИС поступающих синхронно с ними на четвертый (второй ) вход сигналов о текущих значениях измеренных параметров от блока 8 (15) дистанционной коммутации. При45 этом сигналы о текущих значениях измеренных гараметров поступают в первые ячейки соответствующих СР и запоминаются .в них, Через период Т 1 (То)аналогично в первые ячейки соответствующих СР поступают сигналы о50 текущих значениях измеренных параметров и запоминаются в них. Аналогично происходит в каждом следующем периоде. Таким образом, в каждом СР в любой момент времени хранятся в первой ячейке текущее значение измеренного параметра; в каждой следующей ячейке сдвинутые по времени на один период Т(Т)предыдущие значения измеренных параметров.Через третий вход блока 11 (18) через выходные ВС блока в периоде функционирования Т (Т )поступают периодически (период Т (Т)в течение враменидЭ и последовательно во времени сигналы со второго выхода распределителя импульсов 12 (191, которые разрешают прохождение через эти ВС на блок 10 (17) умножения текущих и предыдущих значений измеренных параметров, хранящихся в каждом СР., а также уставок (заданных расходов водоподачи) с выхода блока 14 (21)задания. Уставки (заданные расходы водоподачи) поступают на выходные ВС блока11 (18) через второй(первый ) вход этого блока.Распределитель импульсов 12 регулятора 1 и распределитель импульсов 19 устройства 2 управления имеют одинаковое принципиальное исполнение и предназначены для формирования сигналов управления блоками соответственно 11, 18 сдвиговой памяти и блоками соответственно 13,20 памяти, обеспечивающими совместно с блоками соответственно 10,17 умножения и суммирующими накопителями соответственно 9, 16 выработку соответственно регулирующих воздействий и уста.вок.Распределитель. импульсов 12 (19) имеет три выхода. С первого ( третьего) выхода распределителя импульсов 12 (19) снимается (см. фиг. 3 ) периодически (период Т (Т )последовательность сигналов с интервалом следо- ванияФ (1 ), которая синхронизирована с периодической последовательностью сигналов о текущих значениях измеряемых параметров, поступающих на четвертый (второй)вход блока 11 (18) сдвиговой памяти через блок .8(15) дистанционной коммутации. Со второго выхода распределителя импульсов 12(19)в каждом периоде Т(Т )функцит онирования снимается (см. фиг. 3) периодическая (период Т (Т )последовательность сигналов продолжительностью Ь.1 й с интервалом следованияимпульсов 12 (19) и обеспечивает последовательно во времени выборки из блока 13 (20 ) памяти строки матрицы весовых коэффициентов, относящихся каждая к соответствующему затвору локального участка канала (регулируемому водовыпуску или перегораживающему сооружению открытого канала) для передачи их (строк ) в блок 10 (17) умножения. При этом передача элемен- О тов каждой строки. матрицы и умножение их на синхронно передаваемые сюда из блока 11 (18) сдвиговой памяти соответствующие данные производится в течение времени 4 (Ь )последо 1 0 вательно во времени с интервалом следованияд (ю ),что обеспечивается сигналами со второго выхода распределителя импульсов 12 ( 19). Таким образом, благодаря сигналам с распределителя импульсов 12 в блоке 8 умножения за период Т в течение времени Ь последовательйо во времени с интервалом следованиями для каждого затвора локального участка канала ( см фиг. 3) формируются произведения весовых коэффициентов выбранной строки матрицы на соответствующие им текущие и предыдущие значения изме/ряемых параметров и уставки, поступающих с блока 11 сдвиговой памяти, а в блоке 9 суммирующего накопителя формируется сумма этих произведений нарастающим итогом, которая представляет собой регулирующее воздействие на затвор. Э 5Алгоритм выработки регулирующих воздействий в регуляторе 1 уровней может быть представлен в следующем виде40М 1 М 2О=, К И +а К, Х., 12п, (1)1С 2)1; где 0 - регулирующее воздействие для1-го затвора;Я . - уставка для -го регулируе,мого водовыпуска или перегораживающего сооружения локального участка канала;Х - текущее или предыдущее значение измеряемого параметрав регуляторе уровней,Благодаря сигналам с распределителя импульсов 19 в блоке 17 умножения за период То в течение времени013 последовательно во времени с .ийтервалом следования 3 о 1 для каждого регулируемого водовыпуска и перегоражнвающего сооружения открытого канала ( см. фиг. 3) формируются произведения весовых коэффициентов . выбранной с 1 роки матрицы на соответствующие им текущие и предыдущие значения измеряемых параметров и заданные значения расходов водоподачи, поступающие с блока 18 сдвиговой памяти, а в блоке 6 суммирующего накопителя формируется сумма этих произведений нарастающим итогом, которая представляет собой уставку для регулируемого водовыпуска или перегораживающего сооружения.Таким образом, алгоритм выработки уставок в устройстве 2 управления может быть представлен в следующем виде1 К 2О. =ф:. К, Я +с К., )(., =12.Д(2)з ; 3 задЧ:1 ЦгдеЯ; - уставка для 1-го регулируемого водовыпуска или перегораживающего сооружения открытого канала;3 аАЯ - заданное значение расходаводоподачи в 1-й регулируемый водовыпуск открытогоканала;1 - текущее или предыдущее значение измеряемого параметра всистеме регулирования.Благодаря введению в алгоритмы выработки уставок и регулирующих воздействий предыдущих значений измеряемых параметров обеспечивается .косвенная экстраполяция (прогноз) будущих значений измеряемых параметров, а следовательно, вырабатываемые значения уставок и регулирующих воздействий носят упреждающий характер и,уменьшают время переходного процесса при перестройке режима водораспределения с одних заданных расходов водоподачи на другие заданные расходы водоподачи.Весовые коэффициенты являются индивидуальной характеристикой канала и представляют собой матрицу значений коэффициентов, которые рассчитываются по известным методикам, использующих в общем случае гидро- метрические данные ( расходные характеристики перегораживающих сооружений и водовыпусков), получаемые гидрометрической службой канала на основе результатов тарировочныхработ; конструктивно-технологическиехарактеристики канала ( пропускныеспособности перегораживающих сооружений и водовыпусков, максимальныезначения уровней .бьефов,коэффициентыоткосов, уклоны дна участков канала,параметры поперечного сечения участков канала, размеры водопропускныхотверстий перегораживающих сооружений и т.д,), являющиеся паспортными 10характеристиками канала.Предлагаемая система работаетследующим образом ( см. Фиг. 3).Периодически (период Т)и последовательно. во времени с интервалом 15следования 1 сигналы с датчиков спомощью блоков дистанционной коммутации поступают на четвертый входблока 11 сдвиговой памяти, откудас помощью синхронно поступающей 20на первый вход последовательностисигналов вводятся в первые ячейкисдвиговых регистров. Затем благодаряпериодически (период Т )поступающимна второй вход блока 13 памяти сигналам распределителя импульсов 12,а также периодической(период Т 1)последовательности сигналов продолжительностьюд с интервалом следований д , поступающей со второго вы 11 фхода распределителя импульсов 12 напервый вход блока 13 памяти итретий. вход блока 11 сдвиговойпамяти, согласно алгоритму(11 выработки регулирующих воздействий в блоке9 суммирующего накопителя к моментам З 5времени 2 ( см. Фиг. За) формируютсярегулирующие воздействия, которыепериодически (период Тц)с помощьюблока 8 дистанционной коммутации40выводятся на соответствующие приводызатворов локального участка канала.Уставки, считываемые с выходаблока 14 задания в блок 11 сдвиговойпамяти, вводятся в блок 14 благодаряфункционированию устройства 2 уп 45равления,Периодически (период То)и последовательно во времени с интерваломследованиятекущие значения изме-сряемых параметров с помощью блока15 дистанционной коммутации считываются с первых ячеек сдвиговых регистров блоков 11 сдвиговой памяти регуляторов 1 уровней и поступает на второй вход блока 18 сдвиговой памяти, откуда с помощью синхронно поступающей на четвертый вход последовательности сигналов вводятся в первые ячейки сдвиговых регистров. Затем, благодаря периодически (период Т,)поступающим на первый )вход блока 20 памяти сигналам распределителя импульсов 19, а также периодической (период Т )последова" тельности сигналов .продолжительностьюс интервалом следования поступающей со второго выхода рас- пределителя импульсов 19 на второй вход блока 20 памяти и третий вход блока 18 сдвиговой памяти, согласно алгоритму ( 2)выработки уставок в блоке 16 суммирующего накопителя к моментам времени 4 (см. Фиг, 36 ) Формируются уставки, которые периодически (период Т )с помощью блока15 дистанционной коммутации выводят" ся в блоки 14 задания регуляторов 1 уровней.Заданные расходы водоподачи, считываемые с выхода блока 21 задания в блок 18 сдвиговой памяти, вырабатываются вне предлагаемой системы и вводятся в блок 18 вручную.Таким образом, предлагаемая система позволяет, благодаря наличию блоков сдвиговой памяти, распредели телей импульсов и связанных с ними 1 блоков памяти, блоков задания,суммирующих накопителей, блоков умножения, блоков дистанционной коммутации и датчиков измеряемых параметров, повысить быстродействие системы при перестройке режима водораспределения. Повышение быстродействия системы при перестройке режима.водораспределения имеет особенно большое значение, так как позволяет снизить переборы и недоборы в водовынуски и тем улучшить дисциплину водопользоф вания в условиях дефицита водных ресурсов.