一种多渠段水位自动控制装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种多渠段水位自动控制装置。包括：一条输水明渠，多个闸门，各个闸门上游附近设有分水口，各个闸门的闸门启闭机构与各个闸门的控制单元连接，各控制单元通网络连接，控制单元包括：闸前水位传感器、闸后水位传感器、闸门开度传感器，闸前水位、闸后水位、闸门开度传感器与低通滤波器连接，低通滤波器与Ａ／Ｄ转换器连接，Ａ／Ｄ转换器与数据采集器连接，数据采集器与工控计算机连接，工控计算机与ＰＬＣ连接，ＰＬＣ与闸门启闭机构连接。由于同时采取了上下游的数据采集、闸门和水流控制，克服了长距离大型输水明渠大时间滞后、耦合作用的影响，综合发挥了上游控制和下游控制方法分别在水位调控和水量调控方面的优势。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种多渠段水位自动控制装置，是一种自动控制的装置，是一种 用于水工设施的自动控制装置，是一种适用于长距离大型明渠输水工程的水流自动控制装置。
技术介绍
随着经济社会的发展，水资源供需矛盾日益突出，许多地区修建了长距离大型明 渠输水工程。这些渠道通常由多级节制闸分隔成相串连的多个渠段，各渠段利用闸门的启 闭调节水位和流量。为利于渠道沿线分水口流量的稳定，分水口通常建在节制间的稍上游， 维持间前水位的相对稳定是渠道运行的主要目标之一。此外，还需要对渠道上下游的水量 进行合理调控，保障输水过程的安全高效。与传统中小型输水渠道相比，长距离大型输水渠道的控制过程需应对多方面的问 题。一是大时间滞后问题。以南水北调中线干渠为例，渠道长1200余公里，流速仅为1米每 秒左右，从渠首流至渠末约需两周，供需滞后十分严重。二是水量的合理有序调控问题。由 于供水渠道的输水能力逐渠段递减，上下游可能相差数倍，因而需要避免上游调控对下游 造成显著影响。第三是水位的快速调控问题。闸门、分水口的启闭，风吹等外界扰动因素都 会引发渠内水位波动，影响分水口流量的稳定，需快速调控水位至设定值，保障渠岸安全。 第四是多渠段间耦合作用的应对问题。多个闸门参与操作时，它们的控制作用会相互叠加， 彼此影响，使总的水力响应特性变得十分复杂，易引发水面波动甚至持续振荡，所需闸门操 作大大增加。目前多数中小型渠道的运行控制采用传统的人工控制或机械辅助控制，部分大中 型渠道使用了先进的PLC+上位机控制系统。这些系统中闸门的开度、开关顺序等通常由人 工预置，主要依赖管理人员的个人经验，因而整体的自动化水平仍较低。也有部分渠道采用 了闸门自动控制方法，但这些闸门的控制规则多面向单个渠段或中小型渠道开发，较少或 未能考虑时间滞后、耦合等问题，当用于长距离大型渠道时，往往表现出性能下降甚至控制 失稳等问题。已有间门自动控制方法分为上游控制方法和下游控制方法两类。前者是传统的控 制方法，通过人工或传感器监测间前水位变化，调整间门开度。由于水位监测点靠近闸前， 时间滞后很小，因而控制规则简单，作用快。但是上游控制方法的水量调控会显著影响到下 游，若上游分水口超量分水，则下游将出现水量不足，反之若上游分水量不足，则下游水量 过剩，需要弃水。下游控制方法是后发展的一类渠道控制方法，它以实现按需供水为目标。 其控制所需的信息来自下游的传感器，控制作用向上游方向传递。不过受水流滞后影响，其 水位调控速度较慢。显然，上游控制方法在水位调控方面有优势，但其水量调控的特点决定 了长距离大型输水明渠不能完全由其控制；下游控制方法在水量调控方面有优势，适用于 长距离输水明渠，但其水位调控较慢的缺陷有待改进。综上所述，需要本领域技术人员迫切解决的一个技术问题是如何克服长距离大3型输水渠道的时间滞后和耦合作用影响，提高下游控制方法中水位调控的速度，以快速有 效消除分水口分水、风吹等外界扰动的影响，实现闸前常水位自动化输水目标。
技术实现思路
为了克服现有技术的问题，本技术提出了一种多渠段水位自动控制装置。所 述的装置克服渠道的时间滞后和耦合作用影响，加快水位调控的速度，快速有效消除各类 外界扰动的影响，实现间前常水位自动化输水目标。解决现有技术因水位调控速度慢，水量 调控干扰下游渠道运行所导致的间门操作频繁，水力过渡时间长，运行管理成本高等问题。本技术的目的是这样实现的一种多渠段水位自动控制装置，包括一条长 距离自流型输水明渠，所述的明渠设置有多个将明渠分隔的闸门，所述的各个闸门上游附 近设有分水口，所述的各个闸门的闸门启闭机构与各个闸门的控制单元连接，所述的各个 闸门的控制单元通过明渠数据传输网络连接，所述的控制单元包括测量该控制单元所控 制的闸门的上游水位的闸前水位传感器、测量该控制单元所控制的闸门的下游水位的闸后 水位传感器、测量该闸门开度的闸门开度传感器，所述的闸前水位传感器、闸后水位传感 器、闸门开度传感器与低通滤波器连接，所述的低通滤波器与A/D转换器连接，所述的A/D 转换器与数据采集器连接，所述的数据采集器与工控计算机连接，所述的工控计算机与PLC 连接，所述的PLC与闸门启闭机构连接，工控计算机与明渠数据传输网络连接。本技术产生的有益效果是由于同时采取了上下游的数据采集、闸门和水流 控制，克服了长距离大型输水明渠大时间滞后、耦合作用的影响，综合发挥了上游控制和下 游控制方法分别在水位调控和水量调控方面的优势，一方面能够快速、有效地消除未知扰 动对间前水位的影响，另一方面合理调配沿线水量，减少对下游渠段的影响，从而提高了输 水效率和效果，保障了输水安全。此外该方法采用分布式控制结构，参数整定方便，对计算、 通讯系统要求低，便于实施应用。以下结合附图和实施例对本技术作进一步说明。附图说明图1是本技术的实施例一所述装置的结构示意图；图2是本技术的实施例一所述的控制单元结构示意图；图3是本技术的实施例一所述的控制单元原理示意图；图4是本技术的实施例二所述的带有控制中心的装置示意图；图5是本技术的实施例四所述的控制方法的流程示意图。具体实施方式实施例一本实施例是一种多渠段水位自动控制装置，如图1所示。本实施例包括一条长距 离自流型输水明渠1，所述的明渠设置有多个将明渠分隔的闸门3，所述的各个闸门上游附 近设有分水口 2，所述的各个闸门的闸门启闭机构209与各个闸门的控制单元连接101，所 述的各个间门的控制单元通过明渠数据传输网络连接，所述的控制单元包括，如图2所示 测量该控制单元所控制的间门的上游水位的间前水位传感器201、测量该控制单元所控制的闸门的下游水位的闸后水位传感器203、测量该闸门开度的闸门开度传感器202，所述的 闸前水位传感器、间后水位传感器、间门开度传感器与低通滤波器204连接，所述的低通滤 波器与A/D转换器205连接，所述的A/D转换器与数据采集器206连接，所述的数据采集器 与工控计算机207连接，所述的工控计算机与PLC208连接，所述的PLC与闸门启闭机构209 连接，工控计算机与明渠数据传输网络连接。本实施例的控制对象是一条供水明渠，是一种利用重力使水由高水位向低水位自 然流动的供水明渠。明渠由多个闸门分为多段。将明渠用闸门分为多段的目的在于分水或 补水，即通过在该段明渠中设立分水口，将明渠中一部分水分出他用，或从其他地方向明渠 中补充水。分水口通常设置在闸门的上游附近。明渠中的各个闸门的启闭机构可以是通常 的由电动机带动丝杠传递上下位移动作的闸门，也可以是其他形式的闸门。每一个闸门都 有自己的控制单元。例如一段明渠有十个闸门，则配备十个控制单元，十个控制单元通过网 络连接在一起，进行互相的数据通信。每个控制单元都配有间前水位传感器、间后水位传感 器、闸门开度传感器。明渠数据传输网络将各个控制单元连接在一起。数据传输网络可以设 有控制中心，对整个网络进行数据的总监测和处理并对各个单元进行上位机的管理。也可 以没有控制中心，各个控制单元平等的作为一个个网络节点互相进行数据交流。没有控制 中心的情况下，一个控制单元可以接收上下游的控制单元的数据，进行自己的控制，甚至可 以根据要求接收更上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多渠段水位自动控制装置，包括：一条长距离自流型输水明渠，所述的明渠设置有多个将明渠分隔的闸门，所述的各个闸门上游附近设有分水口，所述的各个闸门的闸门启闭机构与各个闸门的控制单元连接，其特征在于，所述的各个闸门的控制单元通过明渠数据传输网络连接，所述的控制单元包括：测量该控制单元所控制的闸门的上游水位的闸前水位传感器、测量该控制单元所控制的闸门的下游水位的闸后水位传感器、测量该闸门开度的闸门开度传感器，所述的闸前水位传感器、闸后水位传感器、闸门开度传感器与低通滤波器连接，所述的低通滤波器与Ａ／Ｄ转换器连接，所述的Ａ／Ｄ转换器与数据采集器连接，所述的数据采集器与工控计算机连接，所述的工控计算机与ＰＬＣ连接，所述的ＰＬＣ与闸门启闭机构连接，工控计算机与明渠数据传输网络连接。

【技术特征摘要】
1.一种多渠段水位自动控制装置，包括一条长距离自流型输水明渠，所述的明渠设 置有多个将明渠分隔的闸门，所述的各个闸门上游附近设有分水口，所述的各个闸门的闸 门启闭机构与各个闸门的控制单元连接，其特征在于，所述的各个闸门的控制单元通过明 渠数据传输网络连接，所述的控制单元包括测量该控制单元所控制的间门的上游水位的 闸前水位传感器、测量该控制单元所控制的间门的下游水位的间后水位传感器、测量该闸 门开度的间门开度传感器，所述的间前水位传感器、间后水位传感器、间门开度传感器与低 通滤波器连接，所述的低通滤波...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔巍，陈文学，刘之平，吴一红，穆祥鹏，郭晓晨，白音包力皋，王晓松，王秀英，王琦，陈兴茹，许凤冉，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]