一種船閘模型尾門水位調節系統的製作方法
2023-05-01 02:34:37 2
本發明涉及船閘模型控制技術領域，尤其涉及一種船閘模型尾門水位調節系統。
背景技術：
船閘模型一般由上遊引航道、上遊閥門、閘室、下遊閥門、下遊引航道、下遊洩水尾門及水槽等相應設備組成。在船閘實際設計的過程中，會首先建造船閘模型對相關設計進行論證。在現實中的閘室向下遊航道洩水的過程中，由於水面寬廣，水深足夠，可以近似的認為水面深度是固定不變的。但是在船閘模型的設計中，閘室向下遊航道洩水，下遊的水平面會有一個急劇上升的過程，與水面深度是固定不變的這個假設相矛盾。在實際處理的過程中通常將其作為一種系統誤差處理，忽略其對觀測數據的影響。但是，這樣會造成觀測數據的不精確，會對實驗分析造成一定的影響。而且，由於條件限制，在船閘模型中建設一個足夠大的下遊湖面需要花費非常巨大的成本，造成資源的巨大浪費，從經濟效益與實際操作的方面都是不可取的。
技術實現要素：
本申請實施例通過提供一種船閘模型尾門水位調節系統，解決了現有技術中船閘模型在閘室向下遊航道洩水的過程中，下遊水位波動較大、波動時間較長的問題。
本申請實施例提供一種船閘模型尾門水位調節系統，包括：plc電氣控制單元、螺杆式水位調節閘門、水位監測單元；
所述螺杆式水位調節閘門設置在尾門位置，所述水位監測單元設置在下遊區域內；
所述plc電氣控制單元分別與所述螺杆式水位調節閘門、所述水位監測單元連接。
優選的，所述plc電氣控制單元包括：主控cpu、變頻器、信號採集模塊、信息顯示屏、運行控制操作按鈕；
所述主控cpu分別與所述變頻器、所述信號採集模塊、所述信息顯示屏、所述運行控制操作按鈕連接；
所述主控cpu接收來自所述運行控制操作按鈕的操作信號，所述主控cpu接收來自所述信號採集模塊的水位信號，所述主控cpu發送控制信號至所述變頻器。
優選的，所述運行控制操作按鈕包括開始按鈕、停止按鈕、急停按鈕。
優選的，所述螺杆式水位調節閘門包括：三相交流電機、減速箱、傳動絲杆、活動閘門、固定閘門、閘門外框、開度儀；
所述三相交流電機、所述減速箱、所述開度儀安裝於所述閘門外框上，所述活動閘門下降到最低點時與所述固定閘門處於同一高度；
所述三相交流電機與所述plc電氣控制單元連接，所述三相交流電機與所述減速箱連接；所述傳動絲杆從所述減速箱中穿過，所述傳動絲杆的下端與所述活動閘門連接；
所述三相交流電機通過所述減速箱帶動所述傳動絲槓實現所述活動閘門的上升或下降。
優選的，所述開度儀為拉繩式開度儀。
優選的，所述水位監測單元由分布在下遊區域的水位檢測儀組成，所述水位監測單元獲得水位模擬信號，並將所述水位模擬信號發送至所述plc電氣控制單元。
優選的，所述水位檢測儀的個數為6-14個，多個所述水位檢測儀均勻分布於下遊區域內。
優選的，所述水位檢測儀的個數為10個。
本申請實施例中提供的一個或多個技術方案，至少具有如下技術效果或優點：
在本申請實施例中，提供一種船閘模型尾門水位調節系統，系統包括plc電氣控制單元、螺杆式水位調節閘門、水位監測單元；螺杆式水位調節閘門設置在尾門位置，水位監測單元設置在下遊區域內；plc電氣控制單元分別與螺杆式水位調節閘門、水位監測單元連接。本發明從前饋-反饋的角度出發，在下遊閥門開啟的過程中，通過前饋開環控制，調節螺杆式水位調節閘門進行洩水，達到前饋控制水位目標值後，轉入閉環pid反饋控制，並設定反饋水位目標值。水位監測單元獲得水位信息，水位信息經處理後反映水位實際值，plc電氣控制單元以反饋水位目標值和水位實際值為依據進行pid整定，對下遊航道與下遊水槽之間的螺杆式水位調節閘門進行控制，調節活動閘門，實現將下遊水位穩定在一個接近設定恆定值的狀態，使船閘模型在閘室向下遊航道洩水的過程中，下遊水位波動較小、波動時間較短。
附圖說明
為了更清楚地說明本實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一個實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發明實施例提供的一種船閘模型尾門水位調節系統在船閘模型中的位置布置圖；
圖2為本發明實施例提供的一種船閘模型尾門水位調節系統中的plc櫃內布置圖；
圖3為本發明實施例提供的一種船閘模型尾門水位調節系統中的plc控制面板布置圖；
圖4為本發明實施例提供的一種船閘模型尾門水位調節系統中螺杆式水位調節閘門結構示意圖；
圖5為本發明實施例提供的一種船閘模型尾門水位調節系統的工作流程圖。
其中，11-主控cpu、12-變頻器、13-信號採集模塊、14-信息顯示屏、15-運行控制操作按鈕；
21-三相交流電機、22-減速箱、23-傳動絲杆、24-活動閘門、25-固定閘門、26-閘門外框、27-開度儀。
具體實施方式
本申請實施例通過提供一種船閘模型尾門水位調節系統，解決了現有技術中船閘模型在閘室向下遊航道洩水的過程中，下遊水位波動較大、波動時間較長的問題。
本申請實施例的技術方案為解決上述技術問題，總體思路如下：
一種船閘模型尾門水位調節系統，包括：plc電氣控制單元、螺杆式水位調節閘門、水位監測單元；
所述螺杆式水位調節閘門設置在尾門位置，所述水位監測單元設置在下遊區域內；
所述plc電氣控制單元分別與所述螺杆式水位調節閘門、所述水位監測單元連接。
本發明提供一種船閘模型尾門水位調節系統，系統包括plc電氣控制單元、螺杆式水位調節閘門、水位監測單元；螺杆式水位調節閘門設置在尾門位置，水位監測單元設置在下遊區域內；plc電氣控制單元分別與螺杆式水位調節閘門、水位監測單元連接。本發明從前饋-反饋的角度出發，在下遊閥門開啟的過程中，通過前饋開環控制，調節螺杆式水位調節閘門進行洩水，達到前饋控制水位目標值後，轉入閉環pid反饋控制，並設定反饋水位目標值。水位監測單元獲得水位信息，水位信息經處理後反映水位實際值，plc電氣控制單元以反饋水位目標值和水位實際值為依據進行pid整定，對下遊航道與下遊水槽之間的螺杆式水位調節閘門進行控制，調節活動閘門，實現將下遊水位穩定在一個接近設定恆定值的狀態，使船閘模型在閘室向下遊航道洩水的過程中，下遊水位波動較小、波動時間較短。
為了更好的理解上述技術方案，下面將結合說明書附圖以及具體的實施方式對上述技術方案進行詳細的說明。
本實施例提供了一種船閘模型尾門水位調節系統，包括：plc電氣控制單元、螺杆式水位調節閘門、水位監測單元。
所述plc電氣控制單元分別與所述螺杆式水位調節閘門、所述水位監測單元連接。
所述螺杆式水位調節閘門設置在尾門位置，如圖1所示；所述水位監測單元設置在下遊區域內。
其中，如圖2和圖3所示，所述plc電氣控制單元包括：主控cpu11、變頻器12、信號採集模塊13、信息顯示屏14、運行控制操作按鈕15。其中，主控cpu11含開關量輸入輸出單元。
所述主控cpu11分別與所述變頻器12、所述信號採集模塊13、所述信息顯示屏14、所述運行控制操作按鈕15連接。
所述主控cpu11接收來自所述運行控制操作按鈕15的操作信號，所述主控cpu11接收來自所述信號採集模塊13的水位信號，所述主控cpu11發送控制信號至所述變頻器12。
所述主控cpu11可以通過內部總線接收所述信號採集模塊13的模擬量信號，可以通過modbusrtu串口通信發出相關控制指令控制所述變頻器12。
所述運行控制操作按鈕15包括開始按鈕、停止按鈕、急停按鈕。
所述運行控制操作按鈕15可以通過將信號發送給對所述主控cpu11實現系統的開始、停止、急停的自動化控制。按下「開始」按鈕，進入自動控制流程；按下「停止」按鈕，停止自動控制流程；按下「急停」按鈕，閘門緊急停止。
所述主控cpu11、所述信號採集模塊13是整個水位調節系統的大腦與核心。
所述信息顯示屏14可以接收所述主控cpu11處理好的各種信號，包括所述運行控制操作按鈕15的各種操作狀態、水位信號。
其中，如圖4所示，所述螺杆式水位調節閘門包括：三相交流電機21、減速箱22、傳動絲杆23、活動閘門24、固定閘門25、閘門外框26、開度儀27。
所述三相交流電機21、所述減速箱22、所述開度儀27安裝於所述閘門外框26上，所述活動閘門24下降到最低點時與所述固定閘門25處於同一高度。
所述三相交流電機21與所述plc電氣控制單元中的變頻器12連接，所述三相交流電機21可以接收所述變頻器12的控制；所述三相交流電機21與所述減速箱22連接；所述傳動絲杆23從所述減速箱22中穿過，所述傳動絲杆23的下端與所述活動閘門24連接。
所述三相交流電機21通過所述減速箱22帶動所述傳動絲槓23實現所述活動閘門24的上升或下降。
所述開度儀27用來測量所述活動閘門24的運行開度，主要用於自動控制中的前饋控制，下遊閥門開始洩水時，尾門同時也有一個快速排水的過程，對主要幹擾及時進行粗調，大大減少反饋控制中的pid控制器的負擔。
一種優選的情況，所述開度儀27為拉繩式開度儀，拉繩式開度儀相對於其他類型的開度儀具有結構簡單、價格低廉的優點。
所述固定閘門25與活動閘門24組合實現擋水的功能，當活動閘門24升起時，起到擋水的作用；當活動閘門24下降時，起到洩水的作用。
其中，所述水位監測單元由分布在下遊區域的水位檢測儀組成，所述水位監測單元獲得水位模擬信號，並將所述水位模擬信號發送至所述plc電氣控制單元。
所述水位檢測儀的個數為6-14個，多個所述水位檢測儀均勻分布於下遊區域內。一種優選的情況，所述水位檢測儀的個數為10個。
所述水位檢測儀將檢測到的水位模擬信號傳送到所述信號採集模塊13，取其平均值之後作為實際水位值。
單級船閘模型從上遊向下遊過船的過船流程是，先開啟上遊閥門，待上遊水位與閘室水位齊平之後，此時可以模擬船從上遊使入閘室。之後，開啟下遊閥門，待閘室水位與下遊水位齊平之後，模擬船從閘室使出至下遊。本發明的目的就是通過對活動閘門的控制實現模型系統的下遊水位波動儘可能小與波動時間儘可能短，最終穩定在預設的區間。
水位調節系統的工作流程如圖5所示，包括：
1.通過水位檢測單元的測量，主控cpu對採集到的水位信號進行處理，得出下遊水位在穩定狀態下的水位值。
2.根據穩定狀態下的水位值設定下遊水位的目標水位值與pid死區範圍。一般穩定狀態下，pid死區範圍為目標水位值的±5％。
3.從控制面板上啟動水位調節系統。
4.當plc從整個控制系統中監測到下遊閥門開啟時，通過前饋開環控制，尾門開始下降洩水，然後轉入閉環pid反饋控制,以設定的下遊目標水位為目標值。模型系統的下遊水位波動儘可能小與波動時間儘可能短，最終穩定在預設的區間，以便使通航過程中的下遊水位的變化更加接近真實情況。通過對閘門的前饋-反饋控制調節，使得下遊水位在一個很小的範圍內波動，這種情況與真實中的洩水過程類似，能夠有效的減少船閘下遊洩水過程中的水位提升的誤差影響。
本發明是一種基於plc控制的前饋-反饋船閘模型尾門水位調節系統，操作人員在控制室對本系統發出自動控制的命令，可以從控制的角度，從前饋-反饋的角度出發，通過在下遊閥門開啟的過程中，對下遊航道與水槽之間的尾門控制，實現將下遊水位穩定在一個接近設定恆定值的狀態。在下遊閥門開啟的過程中，通過前饋開環控制，尾門開始下降洩水，達到前饋控制水位目標值後，轉入閉環pid反饋控制，以設定的下遊目標水位為目標值，以下遊區域多個均勻分布的水位檢測儀的測量值作為實際反饋水位值，通過plc對目標值與實際反饋水位值做pid整定，使得下遊水位值在一個小的範圍內波動。
本發明實施例提供的一種船閘模型尾門水位調節系統至少包括如下技術效果：
在本申請實施例中，提供一種船閘模型尾門水位調節系統，系統包括plc電氣控制單元、螺杆式水位調節閘門、水位監測單元；螺杆式水位調節閘門設置在尾門位置，水位監測單元設置在下遊區域內；plc電氣控制單元分別與螺杆式水位調節閘門、水位監測單元連接。本發明從前饋-反饋的角度出發，在下遊閥門開啟的過程中，通過前饋開環控制，調節螺杆式水位調節閘門進行洩水，達到前饋控制水位目標值後，轉入閉環pid反饋控制，並設定反饋水位目標值。水位監測單元獲得水位信息，水位信息經處理後反映水位實際值，plc電氣控制單元以反饋水位目標值和水位實際值為依據進行pid整定，對下遊航道與下遊水槽之間的螺杆式水位調節閘門進行控制，調節活動閘門，實現將下遊水位穩定在一個接近設定恆定值的狀態，使船閘模型在閘室向下遊航道洩水的過程中，下遊水位波動較小、波動時間較短。
最後所應說明的是，以上具體實施方式僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照實例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和範圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。