Цифровой регулятор для гидромелиоративных систем

 

О П И С А Н И Е < доо4овв

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советскик

Социапистическик

Реснубпии

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6 l ) Дополнительное к авт. с вид-ву (22) Заявлено 04.09.81 (2) ) 3334092/18-24 (5l) M. Кл.

Я 05 В 11/26 с присоединением заявки М

Гесудерстеекьй кееетет

СССР (23) Приоритет— (53) УДК62 50 (088.8) Онубликоваио 15.03.83. Бюллетень М 10

Дата опубликования описания 17.03.83 ее,еелем езееретевкк и етерыткй (72) Авторы изобретения

А.Т. Белоус и А.И.Мищенко

l (7l ) Заявитель

Туркменский научно-исследовательский инсти и- мелиорации

{ 54) ЦИФРОВОЙ РЕГУЛЯТОР ДЛЯ ГИДРОМЕЛИОРАТИВНЫХ

СИСТЕМ

Изобретение относится к автоматическому регулированию объектов с запаздыванием и может быть использовано для автоматического регулирования уровней воды с помощью электроуправляемых затворов гидротехнических сооружений на вододелительных узлах гидромелиоратив. ных систем.

Известен многоканальный автоматический регулятор, содержащий блок датчиков, блок обегающих устройств, задатчики, блок регулирования, корректиру.ютцне устройства и исполнительные механизмы 11).

-Данный регулятор не обеспечивает регулирование объектов с запаздыванием, что ограничивает область его нримененияе

Наиболее близким к изобретению техническим решением явйяется цифровой регулятор для гндрсмелиоративных сиотем, содержащий датчики уровня, задат,чйки уровня и последовательно соединенные блок рассогласования, реверсив2, ный счетчик, элемент совпадения, выход, которого соединен с первыми входами триггера, первого элемента ИЛИ и блока .управления, второй вход которого подклю чен к выходу т .енератора импульсов, а

S первый и второй выходы - соответствен но ко второму входу первого элемента

ИЛИ и к разрешающему входу реверсив нто счетчика, обнуляющий вход которо го соединен с выходом первого элемента . ИЛИ, а также исполнительный MexaHwaM и блок вычисления разности, первые вхо»

1 ды которого подключены к датчику уров ня, а выходы — к вычнтающаа входам сумматора, суммирующие входы которо го подключены к соответствующим ржрв дам регистра памяти, а выходы - к пер вым входам блока сравнения, вторые выходы которого соединены с соответсл щ вующими разрядами счетчика импульсов, а выход - с информационным входом реверсивного счетчика и через элемент за держки и второй элемент ИЛИ - с об;нуляющим входом счетчика импульсов, Ъ счетный вход которого подключен к второму входу триггера, причем третий выход блока управления соединен с входом второго элемента ИЛИ Ã23.

Известный регулятор неприменим на многомерных объектах регулирования, представляющих собой .вододелительные узлы с общим верхним бьефом и несколь кими нижними бьефами, уровни воды в которых ипи расходы связаны, между собой общим верхним бьефом, что ограничивает сбласть его применения.

Цель изобретения расширение области применения цифрового регулятора.

Указанная цель достигается тем, что в цифровой регулятор дпя гидромелиора тивных систем введены первая, вторая, тов И, первая и вторая группы элементов ИЛИ, делители частоты, третий элемент ИЛИ и последовательно соединенные

Ф распределитель импульсов и четвертый элемент ИЛИ, выход которого и вторые выходы распределителя импульсов поХкцечены к первым входам соответствую щнх элементов И во всех группах, раз» рядные выходы датчиков уровня через соответствующие элементы И первой группы и элементы ИЛИ первой группы соединены с вторыми входами блока вычисления разности и с первыми входами блока рассогласования, выходы задатчиков уровня через соответствующие эле менты И второй группы и элементы ИЛИ второй группы соединены с вторыми вхо дами блока рассогласования, первый и

К-1

6 =Я

1 ПРих; . 1

1004ÌÂ 4

На чертеже изображена бпоа-схема предложенного цифрового регулятора.для гидрсмепиоративных систем.

Цифровой регулятор для гидромелиоративных систем содержит генератор 1 щчпульсов, блок 2 управления, датчики

3 уровня нижнего бьефа, задатчики 4 уровня, блок 5 рассогласования, реверсивный счетчик 6, элемент 7 совпадения, to первый элемент ИЛИ 8, исполнительные механизмы 9, триггер 10, регистр 11 памяти, сумматор 12, блок 13 вычисления разности, датчик 14 уровня верхнего бьефа, блок 15 сравнения, счетчик 16

1s щчпульсов, элемент 17 задержки, второй элемент ИЛИ 18, распределитель 19 импульсов,. (К-1)-входовый третий эле-. мент ИЛИ 20, первая группа элементов

И 21, вторая группа элементов И 22, третья, четвертая и пятая группы элемен- первая группа элементов ИЛИ 23, вторая группа элементов ИЛИ 24, делители 25 частоты, третья группа элементов И 26, четвертый элемент ИЛИ 27, четвертая группа элементов И 28, пятая группа р элементов И 29.

Растворим процесс вододеления, осуществляемйй вододелительным узлом.

Из-еа невозможности немедленно исправить погрешность в приходящей к во доделительному узлу величине расхода, определяемого вышележащим сооружением, один из водовыпусков вододелительного узла должен работать в режиме пропуска остатка, т.е. второй знаковые выходы которого подклк чены соответственно к вторым входам элементов И .четвертой группы и к вторым входам элементов И пятой группы, а также к знаковым входам реверсивного счетчика, причем входы делителей час тоты соединены с выходом генератора импульсов, а выходы через элементы И третьей группы и третий элемент ИЛИ с вторым входом триггера, выход и первый вход ко дорого подключены соответственно к третьим и четвертым входам элементов И четвертой и пятой групп, выходы которацс соединены соответственно с первыми и вторыми входами соответствующих Фкполнитепьных механиз мов, а четвертый и первый выходы блока управления соединены соответственно с третьш4и входами weMeBToa И третьей группы и с входом распределителя ячпульсов.

40 ак к к Я «рих Зе д «ри, + Ь Я, о Я

@ зцр+ где Q< - pacxoa, определяемый остатком при отдаче заданных расходов;

Йп„,их - фактически приходящий расход к вододелительному узлу;

Я; - расход 1 -го водовыпуска вододелительного узла;

Я р расход, который должен приходить к вододелительному узлу;

ДЦ - погрешность величины приходя-

50 щего расхода и расхода водовыпуска, работающего в режиме пропуска остатка;

Q<эе, д расход, который должен отдавать водовыпуск, работак«ций в режиме пропуска остатка.

Обеспечение устойчивости многсмерной системы автоматического регулирования может быть достигнуто лишь при соМ& 4. ния, соответствующего паре подключенных датчика уровня и задатчика уровня из блока 5 рассогласования в реверсивный счетчик 6, на входах направления счета которого присутствует сигнал знака раосогласова ния, соответствующий подключенной к блоку рассогласования паре: датчик уровня - эадатчик уровня. При наличии рассогласования на выходе элемента 7 совпадения образуется сигнал высокого потенциала, который поступает на вход блока 2 управления и на вторые входы

Н щ р (@эмдерик °

При атом З E Щ где 3ц - уровень воды в нижнем бьефе

$ -го всдовыпуска водоотделнтельного узла.

Остальные водовыпуски регулируются по уровню нижнего бьефа Э ; с *,где ф ; с,д- заданное значение уровня в нинснем бьефе j -го водовыпуска;

Работа цифрового регулятора для t.ttg- Э ромелиоративных систем происходит следующим образом.

После включения напряжения питания блок 2 управления осуществляет общий ,сброс всех блоков авторегулятора, а распределитель 19 импульсов лишь сдвиI гается на очередную позицию и устанавливается в произвольное положение. До« пустим, что положение, в котором установился цикличег. ий распределитель 19 .Зй импульсов, соответствует такому, что на его втором (четном) выходе Образовался сигнал высокого потенциала. Этот сигнал поступает на входы соответствующих алементов И 21 и на входы соответствующихзз элементов И 22. В результате чего к блоку 5 рассогласования через первую

23 и вторую 24 группы элементов ИЛИ окажутся- подключенными соответственно датчик 3 управления нижнего бьефа 3 4е и соответствующий задатчик 4 уровня.

Сигналом высокого потенциала с того же второго выхода циклического распределителя 19 импульсов, поступающим на пер«вые входы второго из третьей rpymm is алементов И 26, подготавливается подача вмпульсов заданной частоты со второго делителя 25 частоты через элемент ИЛИ 20

tta второй вход триггера 10 и на счетный вход счетчика 16 импульсов. Кроме того, « тот же сигнал высокого потенциала поступает .а первые входы соответствующих элементов И четвертой и пятой групп.

Выходы атих вторых элементов И соединены с входами соответствующего испол53 кительного механизма 9. После отработки паузы, задаваемой блоком 2 управления, с этого же блока подается импульс на разрешение записи модуля рассогласованал высокого потенциала, поступающий от блока рассогласования, будет присутствовать на четвертых входах либо четвертой, либо пятой групп элементов И 28 и 29.

S 1004 блюдении указанных выше условий. Для этого водовыпусх, работающий в режиме пропуска остатка, регулируется по верх« нему бьефу таким ооражм, чтобы

3d* 3 30l* где Н - уровень верхнего бьефа;

H - заданная величина уровня верхне

* го бьефа вододелительного узла. ф четвертой и пятой групп элементов И 28 и 29. Далее от блока 2 управления на группу элементов И 26 поступает сигнал разреше ния отработки рассогласова ния.

Однако только с выхода второго элемента

И этой группы серия импульсов соответствующего делителя 25 частоты через алемент ИЛИ 20 поступит на вход счет чика 16 импульсов и на второй вход триггера 10. Первый же импульс атой с"рии опрокинет триггер 10 и на третьи входы четвертой и пятой групп элементов И 28 и 29 с выхода триггера 10 поступит сигнал на отработку рассогласования. В заВисим ости От знака рассОгласОвания сиРЕсли он будет присутствовать на входах. четвертой "руппы 28, то за счет разрешающего сигналс от распределителя 19 импульсов на выходе второго элемента

И этой группы возникнет, высокий потенциал, который поступит на первый вход соответствующего исполнительного меха» низма 9 на подъем затворов сооружения, .соответствующего подключенной к блоку

5 рассогласования паре: датчик уровняадатчик уровня распределителем 19 им» льсов. Если сигнал высокого потенцнала знака рассогласования будет присутствовать на четвертых входах пятой группы 29 элементов И, то вторым элементом И атой группы тот же исполнительный механизм будет включен на опуоканне затворов того же сооружения для устранения рассогласования.

После устранения рассогласования про» изойдет обнуление реверсивного счетчи« ка 6, в результате чего на выходе эле-. мента 7 совпадения возникнет сигнал, который постуткт на первый вход блока

2 управления и включит его на отработ-. ку паузы, после чего обнуляющим импульсом с первого выхода блока 2 управления распределитель 19 им68, 8 .тельного узла, регулируемых по уровням нижнего бьефа $ö, в соответствии с эаконсм А-(Н- и„), а коэффициент,.„является масштабным множителем, устанавливаемым в зависимости от скорости подъема затворов водовыпускных сооружений .вододелительного узла.

Закон регулирования водовыпусков soдоделительного узла, регулируемых по уровню нижнего бьефа имеет вид !

7 10040 пульсов установится в положение, при котором импульс высокого напряжения образуется на его третьем (нечетном) находе. Так как нечетные выходы распре делителя объединены элементам ИЛИ.27, выход которого соединен с элементами

И, соответствующими датчику 14 уровня верхнего бьефа и задатчику 4 уровня этого бьефа 4, первому делителю 25 частоты и первому исполнительному ме- 1э ханизму 9, то регулирование уровня верх» него бьефа осуществляется при появлении высокого потенциала на каждом нечет» ном выходе распределителя 19 импульсов. . Высокая точность поддержания уровня верхнего бьефа позволяет снизить частоту включения, механизмов перемещения затворов других водовыпусков, выведенных регулятором HB заданный режим. В даль . нейшем при переключении распределителя 20

19 импульсов на нечетные выходы, регулятор работает аналогично до описанного выше момента времени..

Счетчик 16 импульсов производит счет импульсов от нуля и в некоторый момент 2$ времени число в этом счетчике совпадает с.числом, находящимся в сумматоре 12 и равным разности между числом А, хра нищимся В регистре 1 1 памяти и числом

Н-W, содержащимся в блоке 13 вычисле 3Е ния разности уровней верхнего и нижнего бьефов, к которому одновременно с подключением описанным выше образом датчиков 3 и 14 уровня к первым входам блока 5 рассогласования, те же датчики

"F подключаются и к блоку 13 вычисления . разности. Таким образом, в зависимости . от подключенной распределителем 19 импульсов; пары; датчик уровня - задатчик уровня, на выходе блока 13 образуются разности прi H 5g» H-*(к-1) i тите Н - уровень верхнего бьефа, общий для всех водовыпусков вододелительного узла; л ° - уровни нижних бьефов водовыпусков вододелительного узла.

Таким образОм, на выходе сумматора 12 в эависимрсти от состояния распредели. тели 1.9 импульсов получаются числа, 56 равные разности-А(Н-Н) А и А-{Н- и;), Чиспо А устанавливается для:.,конкретного вододелительиого узла. Значение . частоты делителей 28 частоты учитывается коэффициентом ь1, я)мжюпимся периодом час- тоты 3 го делителя. Таким ображм, коррекция длительности импульса осуществляется только для водовыделов вододели-где 8y - величина установки для i -го водовыдела, регулируемого по нижнему бьефу.

Закон для регулирования для водовы« дела, регулируемого по верхнему бьефу имеет вид где Т - период частоты первого нз К

1 делителей 25;

Н - величина уставки уровня верхнего бьефа вододелительного узла, Так. как на состояние уровня верхнего бьефа вододелительного узла спожным образом влияют уровни нижнего бьефа всех водовыделов вододелительного узла, то коррекция для водовыдела, с помощью которого регулируется уровень верхнего бьефа, не предусмотрена, а повышена частота его опроса, осуществляемого после опроса каждого водовыдела, регулируемого по уровню воды в нижнем бьефе. После отработки рассогласования сигналом с выхода элемента 7 совпаде ния осуществляется установка триггера

10 в состояние "О . Через элемент ИЛИ

S сигнал с элемента 7 совпадения подается на сбросовый вход реверсивного счетчика 6; защищая его от ложного срабатывания в интервале паузы, и на блок

2 управления для возвращения в исходное состояние всех цепей регуляторов. При отсутствий рассогла сова ния регулятор отрабатывает паузу, после чего распределителем 19 импульсов подключается новая пара: датчик уровня - задатчик уровня, и описанный выше rrporrecc повторяется.

Таким образом, предложенный цифровой регулятор для гидромелиоративных систем пригоден для применения его на вододелительных узлах, представляющих собой многомерные объекты регу тнрования. Образующаяся в результате применения этого регулятора многааерная система автоматического регулирования является ус -9 10049 тойчивой и обеспечивает минимум вку очений затворов водощапускных сооружений, регулируемых по уровню нижнего бьефа, что обусловлено поддержанием заданного уровня воды в верхнем бьефе S вододелительного узла. Так как расход

» -го водовыпуска определяется выражением »- » » Р»

30 где с» ° - величина открытия затворов;

» »ширина подшитового отверстия; /А»коаффипиент расхода; о-- ускорение силы тяжести, в котором после установления

1ц Ъ» все величины сохраняются неизменными, . то необходимость в изменении положения затворов отсутствует. Кроме того, минимальное число включений оборудования увеличивает срок его службы за счет уменьшения износа.

Применение предложенного регулятора позволяет получить определенный техникоэкономический эффект.

Формула изобретения.Цифровой регулятор для гидромелиора- Зй тивных систем, содержащий датчики, уровня,задатчики уровня и последовательно соединенные блок рассогласования, ре» версивный счетчик, элемент соипадения, -выход которого соединен с первыми вхо.дами триггера, первого алемента ИЛИ и блока управления, второй вход которого подключен к выходу генератора импульсов, а первый и второй выходы — соответственно к второму входу первого элемента ИЛИ и к разрешающему входу рею версивного счетчика, обнуляющий вход которого соединен с выходом .первого элемента ИЛИ, а также исполнительные механизмы и блок вычисления разности, первые входы которого подключены к дат43 чику уровня, а выходы - к вычитающим входам сумматора, суммирующие входы которого подключены к соответствующим разрядам регистра памяти, а выходы— к первым входам блока сравнения, вторые входы которого соединены с соот. ветствующими разрядами счетчика им пульсов, а выход - с информапионным входом реверсивного счетчика и через

6& 10 элемент задержки и второй элемент ИЛИ-. с обнуляюшим входом счетчика импуль сов, счетный вход которого подключен к второму входу триггера, причем третий выход блока упра,вления соединен с вхо- . дом второго элемента ИЛИ, о т л и ч а ю шийся тем, что, с пелью расширения области пракенения, в него введе-. ны первая, вторая, третья, четвертая и

-пятая группы алементов И, первая и вто . рая группы элементов ИЛИ,, делители частоты, третий элемент ИЛИ и последо вательно соединенные распределитель, импульсов и четвертый алемент ИЛИ, выход которого и вторые выходы оаспределителя импульсов подключены к первым входам соответствующих элементов И во г всех группах, разрядные выходы датчиков. уровня через соответствующие элементы . И первоК группы и алементы ИЛИ первой группы соединены с вторыми входами бло ка вычисления разности и с первыми вхо дами блока рассогласования, выходы эадатчиков уровня через соответствующие элементы И второй группы и элементы ИЛИ второй группы соединены с вторыми входами блока рассогласования, первый и второй знаковые выходы которого подклю чены соответственно к вторым входам элементов.И четвертой группы и к вто рым входам элементов И пятой группы, а также к знаковым входам реверсивного счетчика, причем входы делителей частоты соединены с выходом генератора импульсов, а выхсды через элементы И третьей группы и третий элемент ИЛИ с вторым входом триггера, выход и пер.вый вход которого подключены соответст венно к третьим и четвертым входам элементов И четвертой и пятой. группы, выходы которых соединены соответствен но с первыми и вторыми входами соответствующих исполнительных механизмов, а четвертый и первый выходы блока уп,равления соединены соответственно с третьими входами элементов И третьей группы и с входом распределителя иьм-. .пульсов.

Источники информапии, принятые во внимание при экспертизе.

1. Авторское свидетельство CCCP ,И 354761, кл. С 05 В ll/14, 1970.

2. Авторское свидетельство СССР

М 761973, кл. Q 05 B 11/26, 1978 (прототип) .

1004968

ВНИИПИ Заказ 1893/60 Тираж 872 Подписное

Филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4