Устройство для регулирования уровня воды на участке ирригационного канала

 

СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ УРОВНЯ ВОДЫ НА УЧАСТКЕ ИРРИГАЦИОННОГО КАНАЛА, содержащая датчик уровня нижнего бьефа, регулятор установки и последовательно соединенные .датчик j уровня верхнего бьефа, дифференциатор и блок коррекции, второй вход которого подключен к выходу датчика уровня верхнего бьефа, последовательно соединенные элемент сравнения. регулятор уровня и регулирующий орган , отличающаяся тем, что, с целью повышения точности и устойчивости системы, она содержит статический и динамический нелинейные преобразователи и коммутирующий блок, входы которого подключены к соответствующим вЬкодам блока коррекции , а выходы - к управляющим входам регулятора установки и регулятора уровня соответственно, выход дифференциатора соединен с входом динамического нелинейного преобразователя , выход датчика уровня нижнего i бьефа связан с входом статического нелинейного преобразователя, а вхо (Л ды элемента сравнения подключены к выходам статического и динамического нелинейных преобразователей соответственно.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (sl)4 G 05 D 9/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3678308/24-24 (22) 23.12 ° 83 (46) 15.12.85. Бюл. ¹ 46 (71) Институт автоматики АН КиргССР (72) О.Б.Медведев (53) 62-50(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 477390, кл. G 05 0 9/12, 1975.

Авторское свидетельство СССР

¹ 697982, кл. G 05 D 9/12, 1978, (54)(57) СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ УРОВНЯ ВОДЫ НА УЧАСТКЕ ИРРИГАЦИОННОГО

КАНАЛА, содержащая датчик уровня нижнего бьефа, регулятор установки и последовательно соединнные .датчик уровня верхнего бьефа, дифференциатор и блок коррекции, второй вход которого подключен к выходу датчика уровня верхнего бьефа, последователь но соединенные элемент сравнения, „„SU„„1198 76 А регулятор уровня и регулирующий орган, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности и устойчивости системы, она содержит статический и динамический нелинейные преобразователи и коммутирующий блок, входы которого подключены к соответствующим выходам блока коррекции, а выходы — к управляющим входам регулятора установки и регулятора уровня соответственно, выход дифференциатора соединен с входом динамического нелинейного преобразователя, выход датчика уровня нижнего бьефа связан с входом статического нелинейного преобразователя, а входы элемента сравнения подключены к выходам статического и динамического нелинейных преобразователей соответственно.

98476 конечном створе уча ,t =Г +

u l l стка канала. Вре5,-5 (й время, за которое фронт волны после начала где открытия затвора, расположенного в начале участка, достигнет конечного створа; время, за которое в контролируемый створ подается половина стока от общего

его изменения в

15,@ аь

20 период переходного процесса.

L1

Т

Учитывая, что

Си,= --т,, определяют

35

Ы= — )

3= 23>

5Я-3{ g

При расчете этой зависимости, с уче- 40 том гидравлических параметров участка канала разбивают диапазон изменения глубины в начале участка на равные части, находят расход для: каждой глубины и для каждого расхо- 45 да определяют резервные емкости, которые образуются между кривой свободной поверхности и линией, соответствующей равномерному движению воды соответствующего расхода, пользуясь уравнением Бахметьева:

1 = - .,-(l- } (1-Й,>), о

Эти объемы используются для подпитки потребителей в течение времени t,, за которое расход воды, подаваемой в начале участка, компенсирует возмущение, приложенное в

Х2 ) со >

@+4

2 4

Г » 3х i ò .

21i! S

q 2" С>-32 ay! 11

Изобретение относится к водному хозяйству, а именно к системам для регулирования водоподачей в гидротехнических сооружениях, и может быТь использовано при автоматизации систем каскадного регулирования расходов воды на открытых ирригационных каналах, Цель изобретения — повышение точности и устойчивостн:системы.

Динамический нелинейный преобразователь отображает взаимосвязь,cKo рости отклонения уровня воды в конце участка и возмущающего воздейст- . вия при определенном стабилизирующем уровне воды

При расчете этой зависимости определяют объем воды, заключенный в

0,01-метровом слое глубины и.задают различные значения д Я, при этом получают а u„

dt nQ

По этим данным строят график зависимости

Статический нелинейный преобразователь отображает взаимосвязь приращения уровня в начале участка с приращением расхода в начале участка в,ависимости от изменяющегося резервного объема и времени переходного процесса где „ Ь 2 н,.(<+-„ . „„

%2 2 f2

1198476 (, ы, " В

Ь у =е р („ аь )

2% 5В Фв

Для каждой заданной глубины в начале участка получают i„ и t u

W определяют С . Находят a Q - -- соото

tp ветственно для каждой глубины в интер вале наполнений в начале участка от до Ь „„ и строят график завива E (ъ)

На фиг. 1 представлена блок-схема системы регулирования уровня воды на участке ирригационного канала; на фиг. 2 — графики коммутации регуляторов (а), динамического (б) и статического (в) нелинейных преобразователей; на фиг. 3 — схема блока коррекции. Система содержит участок канала 1, элемент 2 сравнения, сигнал с которого идет на регулятор 3 уровня, связанный с регулирующим органом 4, датчик 5 уровня верхнего бьефа, расположенный в конце участка канала, сигнал с которого идет на дифференциатор 6, который, в свою очередь, связан с динамическим нелинейным преобразователем 7 и блоком

8 коррекции, в то же время датчик 5 связан с блоком коррекции 8 и с регулятором 9 установки датчика 10 уровня нижнего бьефа, расположенного в начале участка канала. Датчик

10 уровня нижнего бьефа связан со статическим нелинейным преобразователем 11, который, в свою очередь, связан с элементом 2 сравнения. Два выхода блока 8 коррекции подключены к двум входам коммутирующего блока

12, выходы которого связаны с регулятором уровня и регулятором установки соответственно.

Система работает в режиме регулирования и режиме самонастройки. Переход с одного режима работы на дру" гой осуществляется согласно графику, приведенному на фиг. 2 а. При совпадении знаков отклонения уровня и первой производной по этому отклонению система работает в режиме регулирования (на графике эти зоны не заштрихованы). В тот момент, когда знак первой производной изменяется

Статический и динамический нелинейные преобразователи функционально учитывают гидродинамические параметры объекта регулирования. Статический преобразователь 11 принимает сигнал clh и согласно нелинейной расчетной зависимости преобразует его в ٠— добавочный расход, соответствующий приращению уровня

hh. Динамический преобразователь 7

Bh принимает сигнал -- с дифференциа3t тора 6 и согласно. нелинейно расчетной зависимости преобразует его в

hQ — изменение расхода потребителем.

Таким образом, в элементе 2 сравнения сравниваются по величине расходы возмущающего и управляющего воздействия

5 !

О

35 и не совпадает со знаком отклонения уровня, система переходит в режим самонастройки (на графике фиг. -2 а эти зоны заштрихованы). Для реализации этого закона служит блок 8 коррек.ции, схема которого представлена на фиг. 3, во взаимосвязи с потенциальнометрическим датчиком 5, дифференциатором 6 и коммутирующим блоком 12.

Блок коррекции работает следующим образом.

При. нарушении равновесия с диагоналей электрического моста (датчик

5) сигнал поступает на дифференциальный усилитель — дифференциатор 6, а затем на два решающих усилителя.

На верхнем по схеме производится дифференцирование сигнала во времени, а нижний является компаратором, в котором выделяется знак сигнала отклонения. После дифференцирования сигнал идет на второй компаратор, в котором выделяется знак производной. Далее сигналы поступают на два

;входа дешифратора.Четыре дешифратора связаны с логическими схемами (2И НЕ). Логическье элементы связаны с двумя входами коммутирующего блока

12, который коммутирует включение регулятора 3 уровня и регулятора 9 установки. Регулятор:уровня включается при условии совпадения знаков отклонения и производной, а регулятор установки — при несовпадении этих знаков. Сигнал относительного отклонения снимается до компаратора, а сигнал производной — после дифференцирующей цепи.

5 11984

Рассмотрим работу системы при нанесении возмущения в конце участка канала.

Уровень водыв створе датчика 5 начал уменьшаться. Сигнал с датчика 5 поступает на дифференциатор 6, а затем в блок 8 коррекции, в котов 1I

Д1, ром знак — производной — сравниа вается со знаком. — отклонения дЬ. 10

Поскольку знаки отклонения. и произ.водной по этому отклонению совпали, сигнал с блока 8 коррекции поступает на соответствующий вход коммутирующего блока 12, который включает регулятор 3 уровня. В это же время сигнал с дифференциатора 6 поступает на динамический нелинейный преобразователь 7, в котором преобразует3h ся из -- в AQ согласно графику дс фиг. 2 б и поступает в элемент 2 сравнения. С элемента сравнения 2 сигнал поступает на регулятор 3, который, в свою очередь, увеличивает открытие затвора 4 и тем самым увеличивает уровень воды в начале участка в створе датчика 10. Сигнал ph с датчика 10 поступает на статичес-. кий нелинейный преобразователь 11 и согласно графику фиг. 2в преобразует его в »1Й .В. элементе сравнения

2 этот сигнал компенсирует сигнал с динамического нелинейного преобразователя 7, после чего система находится в равновесном состоянии.

С достижением добавочного расхода до конца участка канала уровень воды н створе датчика 5 начинает восстанавливаться, а знак производ40 ной изменяется на противоположный (отклонение со знаком —, производная со знаком +"). В это время в блок 8 коррекции поступают сигналы с датчика 5 (отрицательный) и с дифференциатора 6 (положительный). При

45 разных знаках отклонения уровня и производной (зоны на графике.фиг.2а заштрихованы) сигнал с блока коррек" ции поступает на коммутатор 12, который включает регулятор 9 установки датчика 10 уровня. Регулятор 3 уровня в это время отключается.

На регулятор установки 9 поступает сигнал с датчика 5. На сколько восстады в ор дат»и на столько х<е и изменится установка датчика 10 регулятором 9 в сТорону уменьшения сигнала д Ь. Регулятор установки 9 работаЪт до тех пор, пока уровень воды в конце участка не восстановится, а сигнал с датчика

10 в результате изменения его собственной установки не выйдет на О, после чего система находится в новом установившемся режиме.

При увеличении уровня в конце участка, что происходит при отказе одного из потребителей, сигналы с датчика 5и с дифференциатора б,имею-. щие знаки "+", поступают в блок 8 коррекции, а затем в коммутатор 12. который включает в работу регулятор

3 уровня. С дифференциатора 6 сигнал преобразуется в динамическом нелинейном преобразователе 7 и через элемент 2 сравнения поступает в регулятор 3 уровня. Регулятор 3 уровня уменьшает открытие затвора 4 и уровень воды в начале участка в ство-. ре датчика 10 падает. Уменьшение уровня вызывает возникновение сигнала в датчике 10, который, преобразуясь в статическом нелинейном преобразователе 11„ компенсирует в элементе 2 сравнения сигнал, поступающий с преобразователя 7, после чего система уравновешивается. Через время добегания уровень воды в конце участка канала начнет восстанавливаться, à его производная изменит знак + на -". В .этот момент (зоны на графике фиг. 2а зашрихованы) блок 8 коррекции при двух поступающих на него сигналах с разными знаками включает коммутатор 12, который, .: в свою очередь, включает в работу регулятор 9 установки. На сколько восстановится уровень в конце участка, на столько же по сигналу с датчика 5 регулятор 9 уставки уменьшит сигнал с датчика 10. При полном восстановлении уровня воды в конце участка регулятор 9 уставки выводит датчик 10 на отметку уровня, соответствующую новому расходу, поступающему в участок канала, после чего система находится,в новом установившемся режиме.

1198476

BHHHIIH 3аказ 7718/46 ТиРаж 862 Подписное филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул.Проектная, 4