Система регулирования уровня воды в бьефе оросительного канала

(51)4 0 05 Л 9/12 ОБРЕТЕНЕЛЬСТВУ ИЯ ГО зоватьодорасльной спо ан роситявля тся ачестемыи к вленная ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ СПИ САНИ Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТ(53) 62-50(088.8)156) Авторское свидетельство СССРМ 1086408, кл. С (5 Р 9/12, 1983.Авторское свидетельство СССРУ 551617, кл, 0 05 1) 9/12, 1974.(54) СИСТЕМА РЕГУЛИРОВ ВОДЫ В БЪЕФЕ ОРОСИТЕ 1 Ъ (57) Изобретение может ся в системах регулиро пределения на каналах сети. Целью изобретени выщение надежности сис ва регулирования, Пост достигается тем, что в системе осг.ществляют стабилизацию уровня в заданной точке бьете оросительного канала, например в зоне сосредоточенияводопотребителей, на всем диапазонеизменения величины их расхода прирегулировании водоподачи в зависимости от уровня в начале бьерна. Приэтом глубину наполнения канала в начале бьерна изменяют в зависимостиот изменения расхода водопотребителей. Система содержит датчики верхнего и нижнего уровней смежных бьерн,датчик положения затвора, датчикисигналиэаторы предельных уровнейверхнего бьерна, затвор с электроприводом, блоки контроля скорости изменения уровня и коррекции заданияуставки уровня нижнего бьерна, схемусравнения и Формирователь импульсов.4 ил.10 50 55 Изббретение относится к автоматизации гидротехнических сооружений открытой нодораспределительной сети при регулировании водоподачи в зависимости от уровня воды в нижнем бьеде и может быть использовано н системах регулирования нодораспределения на каналах оросительной сети.Целью изобретения является повышение надежности работы системы и качества регулирования,На д 1 иг.1 приведена структурная схема системы регулирования уровня воды н бьеАе оросительного канала; На драп . - Аункциональные схемы блоКон, входящих н состав системы; на фиг.З - функциональная схема гычислительного устройства; на Аив.4 - временная диаграмма устройства контропя скорости изменения уровня в нижнем бьефе и дормиронателя импульСов.Система содержит датчики уровня верхнего 1 и нижнего 2 бьефов и дат-. чик 3 положения затвора, выходы которых соединены с входами устройства копрекции задания уставки уровня ниж" него бьефа, а выход датчика 2 уровня нижнего бьейа дополнительно подключен к входам устройства 5 контроля Скорости изменения уровня н нижнем бьеАе и блока 6 сравнения, выход ко". торого через формирователь 7 импуль". сон соединен с входом привода 8 зат-. вора, дна других входа которого подключены к выходам датчиков-сигнализаторов верхнего 9 и нижнего 10 пре" дельных уровней верхнего бьефа,При этом дна ныхода устройстна 5 Связаны с входами блока 6 сравнения и формирователя 7 импульсов и другими выходами устройства 4 коррекции, вы". ход которого подключен к входу блока 6 сравнения, в другой выход формирователя 7 импульсов соединен с другим входом устройства 5.Устройство 4 коррекции задания уставки уроння нижнего бьефа (фиг.2) содержит вычислительный блок 11 и ключ 12, входы которых соединены с входами устройства, а их выходи через маситабирующий сумматор 13 подключены на выход блока.Устройство 5 (фиг,2) содержит блок ,4 памяти, выход которого подключен и входу первого элемента 15 сравнения первого 16 и второго 17 сумматоров, другие входы которых соединены соот 15 20 25 30 35 ветственно с задатчиками верхнего 18и нижнего 19 уровней квантования, авыходы - с входами второго 20 и третьего 2 элементов савнения. Выходпервого элемента 15 равнения подключен к входу блока 2 деления, другойвход которого соединен с выходом блока 23 временного отсчета, два другихвыхода которого подключены соответственно к входам элемента ИГИ 24 и блока 14 памяти. Выходы блока 22 деле-ния элемента ИЛИ 24 и вход блока 23 временного отсчета подключены соответственно на выходы и входы устройства контроля.Влок 6 сравнения фиг.2) выполнен н виде сумматора 25, три входа которого подключены на н:оды блока, а его выход соединен с выходом блокаАормиронатель 7 импульсов (диг.2) содержит последовательно соединенные ключ .6 и щшротно-импульсный мопулятор 27, два выхода которого соецинены с выходами блока, а два входа ключа подключены на входы блока,вто рой выход широтно-импульсного модулятора соединен с первым выходом через диААеренцируищую цепь (не показано),В устанонинщемся режиме минимальному уровню 8 на участке 29 канала соответствует минима,пьная нели-.ина расхода воды (,МИНа максимальному уовню 30 - максимальный расход Ю . Расход ноды из рассматриваемого участка 29 с затворами 31, 32 равен сумме расходов .:ерез ниже расположенное перегораживающее сооружение И с затвором 32 и расходу Ц,1 водовыпуска 33. При стабилизации уровняв середине 34 бьефа максимальнсмурасходу соответствует максимальныйуровень 35. сВычислительный блэк (Аиг.З) содержит последонательно соединенные сумматор 36, входы которого подключены на вхоцы блока, первый нормирунший усилитель 37, блок 38 извлечения корня, блок 39 умножения и второй нормируюший усилитель 40, причем второй вход блока умножения подключен на вход блока, а на его выход поцключен выход второго нормирующего усилителя 40.Положение кривой свободной поверхности потока открытого нодораспределительного канала определяет величи13579 ну транспортируемого расхода. При этом каждому значению величины расхода Й в установивщемся режиме сорответствует определенное значение угла наклона свободной поверхности потока и, следовательно, величине его изменения (+Щ р) соответствует определенная величина изменения уров. ня (ЯЬ) в конце бьефа дЬЩ р- где В - щирина канала; 5 10 7 - скорость потока; Ь - площадь живого сечения потока; П - ускорениесилы тяжестиСвязь между изменением уровня вконце и начале бьефа устанавливаетсоотношение 4 Ь= КВ Ь н, где К - коэффициент пропорциональности. Еговеличина определяет точку стабилизации уровня в бьефе, вокруг которойвращается плоскость поверхности свободного потока, В зависимости от расположения водопотребителей точка 25стабилизации может быть задана в середине бьефа или смещена к его границам,В установившемся режиме, когдавыполняется баланс водоподачи в бьеф 30и расхода из него, глубину наполнения в начале бьефа определяют из выраженияЬн 1 ст 1 Ьнгде П - отметка уровня в голове ка- З 5стнала при отсутствии расходаиз бьефа (Г 1 Р=О);311(С)н - раСчетное значение коррекции отметки уровня в голове канала по расходу и выбранной точке стабилизациив бьефе.Следовательно, каждому значениютранспортируемого расхода определенаглубина наполнения в его головной 45части и по сигналу рассогласованияформируют такой длительности временной интервал для перестановки регулирующего органа, чтобы кривая свободной поверхности потока заняла новоерасчетное положение, При этом осьвращения ее плоскости находится в точке стабилизации уровня,Рассогласование между водоподачей (Я ) и расходОм характеризует скоф 55рость изменения уровняв .) в каналес,Ь4 ПЦ, -(й +Ц, )=КН / лф 28 4где К, - нормирующий коэффициент.В зависимости от места сосредоточения водопотребителейвыбирается точка стабилизации уровня в канале.Для стабильной работы водопотребителей, расположенных в конце участка 29, необходимо выполнить требование стабилизации уровня (в установивщемся режиме) в месте сосредоточения водопотребителей (Ь = сопз 1) навсем диапазоне изменения расхода отрмснсдО Йрм,н При раССОСрЕДОТОЧЕНИИводопотребителей во второй частибьефа точкой стабилизации уровня может быть выбрана середина 34 бьефа,а уровень воды в бьефе при этом колеблется между свободной поверхностьюпотока при максимальном расходе игоризонтальной поверхностью на заданной отметке Ь,т при Я р = О.Система работает следующим образом.При включении водопотребителей(ЗЙ ) в конце бьефа возникает отрицательная волна (излива), которая придостижении начала бьефа вызываетпонижение уровня в створе датчика 2уровня нижнего бьефа, скорость понижения которого пропорциональна величине нанесенного возмущения. Сигналскорости с выхода устройства 5 прилагается к входу устройства 4 коррекции задания, где суммируется с величиной водоподачи Ц , и по найденномунф+ К Зизначению расхода (Ц н + К )ство 4 коррекции формирует величинудЬ(1) заданной отметки статическогоуровня Ь . Величину водоподачи Ц,н(расход через затвор 31) определяютс помощью вычислительного блока 11по информации о положении затвора изначениям уровней верхнего и нижнегобьефов, Например, при затопленномистечении в нижний бьеф расход определяется выражениемЙ = Р а ь 12 Я,где р в коэффициент расхода;а - высота отверстия затвора;Ь - щирина отверстия затвора;Е - перепад между уровнями верхнего и нижнего бьефов,Для этого с помощью сумматора 36(фиг,3) определяют текущее значениеЕ и после масщтабирования выходногосигнала сумматора первым нормирующимусилителем 37 определяют подкоренноевыражение с помощью блока 38 извле5 13579 чения корня, выходной сигнал которого и сигнал датчика положения затвора перемножают блоком 39 умножения, Полученный результат умножения масшта 5 бируот вторым нормирующим усилителем 40 в единицы расхода.Сигнал рассогласования на выходе блока 6 сравнения равен=- 1(Ц - (+ь( +, 0 где 1(1) - (Ь+1 ч(1) ) - составляющая сигнала по отклонению;составляющая сигнала поскорости изменения уровня.Ииротио-импульсный модулятор 27 формирователя 7 импульсов по сигналу формирует управляющий импульс для компенсации нанесенного возмущения. Затвор 31 открывается на расчетное значение и с момента его открытия с начала бьеоа в его конец устремляется положительная прямая волна (наполнения) Достигнув конца бьефа, она приостанавливает понижение уровня воды, 25 Лиапоги 1 шо прикрывается затвор 31 прй отключении водопотребителей.При сверхрасчетных изменениях расхоца воды или авариях на канале система переходит на временное ограниче- З 0 иие уровней на отметках не выше и не ниже предельных с помощью датчиковсигнализаторов 9 и 10 и затвора 31 с приводом 8, не допуская переполнения нли опоракиения участков канала до35 прекращения аварий или до момента окончания переходных процессов регулированияПри определении скорости изменения уровня отстраиваются от волновых про,цессов в канале. Для этого в устройстве 5 осуществляется квантование сиг пала датчика 2 уровня нижнего бьефа по времени и уровню с логической выборкой способа определения скорости: 45 по приращению сигнала за время квантования или по времени изменения сигнала иа уровень квантования,1. начале каждого цикла регулиро-. вания по команде блока 23 временного отсчета текущее значение сигнала дат чика 2 уровня нижнего бьефа заносится в память блока 14, Зафиксированное значение уровня подается на сумматор 16, где к нему добавляют Пь, поступающее от задатчика 18 верхнего уровня квантования, и сумматор 17, где значение уменьшают на величину сигнала П, поступающее от задатчика 19 28 6нижнего уровня квантования, Результирующие сигналы подаются на. элементы 20 и 21 сравнения с текущим значением сигнала датчика 2 уровня нижнего бьефа и, когда сн изменится на величину заданной уставки уровня квантования, на выходе соответствующего элемента 20 и 21 сравнения появляется сигнал, который через элемент ИЛИ 24 поступает на ключи 26 и 12 формирователя 7 импульсов и устройства 4 кор-рекции задания уставки уровня нижнего бьефа. Если в течение цикла регулирования изменение сигнала датчика не превысит заданных верхнего У или нижнего Ур уровней квантования, то с выхода блока 23 временного отсчета поступает команда окончания цикла, которая через элемент ИЛИ 24 поступает на вход ключей 26 и 12, Одновременно на один вход блока 22 деления поступает сигнал рассогласования дй с выхода элемента 15 сравнения, величина которого определяет текущее изменение уровня в рассматриваемом цикле регулирования, а на другой вход - текущее время от начала цикла егулирования. Результат деления - хадС рактеризует скорость изменения уровня воды в канале, Формирование управляющего импульса производится в моменты окончания цикла измерения скорости, так как по сигналу элемента ИЛИ 24 открывается ключ 12 устройс 1 ва 4 коррекции задания уставки уровня нижнего бьефа и ключ 26 запуска формирователя импульсов. После каждого управляющего импульса широтно-импульсный модулятор 27 подает команду блоку 23 временного отсчета на переход к началу нового цикла регулирования. Таким образом, каждому изменению рас хода устанавливают величину коррекции уставки уровня в начале бьефа такой величины, чтобы по окончании переходных процессов уровень в точке стабилизации оставался неизменным, при этом управляющий импульс формируют по длительности, пропорциональной составляющим сигнала рассогласования по отклонению и по скорости,На временной диаграмме работы устройства 5 и формирователя 7(фиг.4), Значение сигнала Ь(1, ) датчика 2, занесенное в память запоминанщего устройства в начале цикла регулирования, соответствует точке 1 на кривой переходного процесса (фиг.4 а),7135792Рассмотрены три характерных переходных процесса: повышение уровня (кривая А), его стабилизация (кривая В)и падение кривая С). Верхний Ь(1,),++Ба и нижний Й(1) -Ч, уровни кван 5тования, заданные для точки 1, награфике показаны пунктиром. В моментповьшения текущего уровня в каналена величину По (фиг.4 а точка 11) илиего понижения на величину Б (Фиг.4 аточка 111).на первом выходе устройства 5 Аормируется высокий потенциал(фиг,4 с 1, 1), который приводит к9запуску широтно-импульсного модулятора, После его запуска на первом выходе Аормирователя 7 формируетсяуправляющий импульс (Фиг.46,1 л=К 8 ),а на втором выходе после дифАеренцирования среза управляющего импульсатактовый импульс 1 (Аиг.4 е), По сигналу тактового импульса производитсясброс в исходное состояние блока 23временного отсчета, на первом выходекоторого Аормируется импульс Аиксации 1 (фиг.4 Г), а на втором - интервал .Т (фиг.4 Я).Импульс фиксации разрешает пере-.запись в память блока 14 нового значения сигнала Ь (т), датчика уровня(фиг.4 а, точка 1) и этим Аормируетсрез импульса запуска широтно-импульсного модулятора, так как на другомвходе элемента 20 сравнения потенциал увеличивается (й(1 ),ю+П Ь(1 ), ++Б ), а на выходе потенциал уменьшается до низкого уровня,Переходные процессы, показанные на кривых А и С, приводят к укорочению интервала Т. Полный интервал Т наступает, когда уровень воды ь канале стабилизируется (кривая Б), а после его окончания (Аиг.4 о)на выходе устройства 5 формируется импульсВременная. диаграмма работы устройства 5 и Аормирователя 7 в точках Я 8111 и 1 Ч аналогична рассмотренной (на фиг. 4. не показана),Формула изобретения Система регулирования уровня воды в бьефе оросительного канала, содержащая датчик уровня нижнего бьефа, датчик положения затвора, блок сравнения и формирователь импульсов, первый выход которого соединен с первым входом привода затвора, подключенного вторым и третьим входами к выходам соответственно датчика-сигнализатора максимального уровня верхнего бьефа и датчика-сигнализатора минимального уровня верхнего бьефа, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повы шения надежности системы и качества регулирования, система содержит после довательно соединенные датчик уровня верхнего бьефа и устройство коррекции задания уставки уровня нижнего бьеАа, а также устройство контроля скорости изменения уровня в нижнем бьеАе, первый вход которого подклю чен к выходу датчика уровня нижнего бьефа, к второму входу устройства коррекции задания уставки уровня нижнего бьефа и к первому входу блока сравнения, второй вход к второму выходу Формирователя импульсов, первый выход - к третьему входу устройства коррекции задания уставки уровня нижнего бьефа и второму входу блока сравнения, а второй выход - к четвертому входу устройства коррекции задания уставки уровня нижнего бьефа и первому входу формирователя импульсов, выход датчика положения затвора соединен с пятым входом уст ройства коррекции задания уставки уровня нижнего бьефа, выход которого подключен к третьему входу блока сравнения, связанного выходом с вторым входом Аормирователя импульсов(Вык.1 б) а)випербап (Вык,г ИЗ цг. Составитель Л Техред М. Хода лагов рректор М.йароши едактор И.Шулла каз 5997/48 ВНИИПИ по 113035, Тираж 863сударственного комитетаам изобретений и открытииква, Ж, Раушская наб. писное д. 4/ оизводственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул, Проектноектная 4