本發(fā)明涉及船閘模型控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種船閘模型尾門水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

船閘模型一般由上游引航道、上游閥門、閘室、下游閥門、下游引航道、下游泄水尾門及水槽等相應(yīng)設(shè)備組成。在船閘實(shí)際設(shè)計的過程中，會首先建造船閘模型對相關(guān)設(shè)計進(jìn)行論證。在現(xiàn)實(shí)中的閘室向下游航道泄水的過程中，由于水面寬廣，水深足夠，可以近似的認(rèn)為水面深度是固定不變的。但是在船閘模型的設(shè)計中，閘室向下游航道泄水，下游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(shè)相矛盾。在實(shí)際處理的過程中通常將其作為一種系統(tǒng)誤差處理，忽略其對觀測數(shù)據(jù)的影響。但是，這樣會造成觀測數(shù)據(jù)的不精確，會對實(shí)驗(yàn)分析造成一定的影響。而且，由于條件限制，在船閘模型中建設(shè)一個足夠大的下游湖面需要花費(fèi)非常巨大的成本，造成資源的巨大浪費(fèi)，從經(jīng)濟(jì)效益與實(shí)際操作的方面都是不可取的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本申請實(shí)施例通過提供一種船閘模型尾門水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有技術(shù)中船閘模型在閘室向下游航道泄水的過程中，下游水位波動較大、波動時間較長的問題。

本申請實(shí)施例提供一種船閘模型尾門水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)，包括：plc電氣控制單元、螺桿式水位調(diào)節(jié)閘門、水位監(jiān)測單元；

所述螺桿式水位調(diào)節(jié)閘門設(shè)置在尾門位置，所述水位監(jiān)測單元設(shè)置在下游區(qū)域內(nèi)；

所述plc電氣控制單元分別與所述螺桿式水位調(diào)節(jié)閘門、所述水位監(jiān)測單元連接。

優(yōu)選的，所述plc電氣控制單元包括：主控cpu、變頻器、信號采集模塊、信息顯示屏、運(yùn)行控制操作按鈕；

所述主控cpu分別與所述變頻器、所述信號采集模塊、所述信息顯示屏、所述運(yùn)行控制操作按鈕連接；

所述主控cpu接收來自所述運(yùn)行控制操作按鈕的操作信號，所述主控cpu接收來自所述信號采集模塊的水位信號，所述主控cpu發(fā)送控制信號至所述變頻器。

優(yōu)選的，所述運(yùn)行控制操作按鈕包括開始按鈕、停止按鈕、急停按鈕。

優(yōu)選的，所述螺桿式水位調(diào)節(jié)閘門包括：三相交流電機(jī)、減速箱、傳動絲桿、活動閘門、固定閘門、閘門外框、開度儀；

所述三相交流電機(jī)、所述減速箱、所述開度儀安裝于所述閘門外框上，所述活動閘門下降到最低點(diǎn)時與所述固定閘門處于同一高度；

所述三相交流電機(jī)與所述plc電氣控制單元連接，所述三相交流電機(jī)與所述減速箱連接；所述傳動絲桿從所述減速箱中穿過，所述傳動絲桿的下端與所述活動閘門連接；

所述三相交流電機(jī)通過所述減速箱帶動所述傳動絲杠實(shí)現(xiàn)所述活動閘門的上升或下降。

優(yōu)選的，所述開度儀為拉繩式開度儀。

優(yōu)選的，所述水位監(jiān)測單元由分布在下游區(qū)域的水位檢測儀組成，所述水位監(jiān)測單元獲得水位模擬信號，并將所述水位模擬信號發(fā)送至所述plc電氣控制單元。

優(yōu)選的，所述水位檢測儀的個數(shù)為6-14個，多個所述水位檢測儀均勻分布于下游區(qū)域內(nèi)。

優(yōu)選的，所述水位檢測儀的個數(shù)為10個。

本申請實(shí)施例中提供的一個或多個技術(shù)方案，至少具有如下技術(shù)效果或優(yōu)點(diǎn)：

在本申請實(shí)施例中，提供一種船閘模型尾門水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)，系統(tǒng)包括plc電氣控制單元、螺桿式水位調(diào)節(jié)閘門、水位監(jiān)測單元；螺桿式水位調(diào)節(jié)閘門設(shè)置在尾門位置，水位監(jiān)測單元設(shè)置在下游區(qū)域內(nèi)；plc電氣控制單元分別與螺桿式水位調(diào)節(jié)閘門、水位監(jiān)測單元連接。本發(fā)明從前饋-反饋的角度出發(fā)，在下游閥門開啟的過程中，通過前饋開環(huán)控制，調(diào)節(jié)螺桿式水位調(diào)節(jié)閘門進(jìn)行泄水，達(dá)到前饋控制水位目標(biāo)值后，轉(zhuǎn)入閉環(huán)pid反饋控制，并設(shè)定反饋水位目標(biāo)值。水位監(jiān)測單元獲得水位信息，水位信息經(jīng)處理后反映水位實(shí)際值，plc電氣控制單元以反饋水位目標(biāo)值和水位實(shí)際值為依據(jù)進(jìn)行pid整定，對下游航道與下游水槽之間的螺桿式水位調(diào)節(jié)閘門進(jìn)行控制，調(diào)節(jié)活動閘門，實(shí)現(xiàn)將下游水位穩(wěn)定在一個接近設(shè)定恒定值的狀態(tài)，使船閘模型在閘室向下游航道泄水的過程中，下游水位波動較小、波動時間較短。

附圖說明

為了更清楚地說明本實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)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(fā)明的一個實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種船閘模型尾門水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)在船閘模型中的位置布置圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種船閘模型尾門水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的plc柜內(nèi)布置圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種船閘模型尾門水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的plc控制面板布置圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種船閘模型尾門水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)中螺桿式水位調(diào)節(jié)閘門結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種船閘模型尾門水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作流程圖。

其中，11-主控cpu、12-變頻器、13-信號采集模塊、14-信息顯示屏、15-運(yùn)行控制操作按鈕；

21-三相交流電機(jī)、22-減速箱、23-傳動絲桿、24-活動閘門、25-固定閘門、26-閘門外框、27-開度儀。

具體實(shí)施方式

本申請實(shí)施例通過提供一種船閘模型尾門水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有技術(shù)中船閘模型在閘室向下游航道泄水的過程中，下游水位波動較大、波動時間較長的問題。

本申請實(shí)施例的技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，總體思路如下：

一種船閘模型尾門水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)，包括：plc電氣控制單元、螺桿式水位調(diào)節(jié)閘門、水位監(jiān)測單元；

所述螺桿式水位調(diào)節(jié)閘門設(shè)置在尾門位置，所述水位監(jiān)測單元設(shè)置在下游區(qū)域內(nèi)；

所述plc電氣控制單元分別與所述螺桿式水位調(diào)節(jié)閘門、所述水位監(jiān)測單元連接。

本發(fā)明提供一種船閘模型尾門水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)，系統(tǒng)包括plc電氣控制單元、螺桿式水位調(diào)節(jié)閘門、水位監(jiān)測單元；螺桿式水位調(diào)節(jié)閘門設(shè)置在尾門位置，水位監(jiān)測單元設(shè)置在下游區(qū)域內(nèi)；plc電氣控制單元分別與螺桿式水位調(diào)節(jié)閘門、水位監(jiān)測單元連接。本發(fā)明從前饋-反饋的角度出發(fā)，在下游閥門開啟的過程中，通過前饋開環(huán)控制，調(diào)節(jié)螺桿式水位調(diào)節(jié)閘門進(jìn)行泄水，達(dá)到前饋控制水位目標(biāo)值后，轉(zhuǎn)入閉環(huán)pid反饋控制，并設(shè)定反饋水位目標(biāo)值。水位監(jiān)測單元獲得水位信息，水位信息經(jīng)處理后反映水位實(shí)際值，plc電氣控制單元以反饋水位目標(biāo)值和水位實(shí)際值為依據(jù)進(jìn)行pid整定，對下游航道與下游水槽之間的螺桿式水位調(diào)節(jié)閘門進(jìn)行控制，調(diào)節(jié)活動閘門，實(shí)現(xiàn)將下游水位穩(wěn)定在一個接近設(shè)定恒定值的狀態(tài)，使船閘模型在閘室向下游航道泄水的過程中，下游水位波動較小、波動時間較短。

為了更好的理解上述技術(shù)方案，下面將結(jié)合說明書附圖以及具體的實(shí)施方式對上述技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的說明。

本實(shí)施例提供了一種船閘模型尾門水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)，包括：plc電氣控制單元、螺桿式水位調(diào)節(jié)閘門、水位監(jiān)測單元。

所述plc電氣控制單元分別與所述螺桿式水位調(diào)節(jié)閘門、所述水位監(jiān)測單元連接。

所述螺桿式水位調(diào)節(jié)閘門設(shè)置在尾門位置，如圖1所示；所述水位監(jiān)測單元設(shè)置在下游區(qū)域內(nèi)。

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、信號采集模塊13、信息顯示屏14、運(yùn)行控制操作按鈕15。其中，主控cpu11含開關(guān)量輸入輸出單元。

所述主控cpu11分別與所述變頻器12、所述信號采集模塊13、所述信息顯示屏14、所述運(yùn)行控制操作按鈕15連接。

所述主控cpu11接收來自所述運(yùn)行控制操作按鈕15的操作信號，所述主控cpu11接收來自所述信號采集模塊13的水位信號，所述主控cpu11發(fā)送控制信號至所述變頻器12。

所述主控cpu11可以通過內(nèi)部總線接收所述信號采集模塊13的模擬量信號，可以通過modbusrtu串口通信發(fā)出相關(guān)控制指令控制所述變頻器12。

所述運(yùn)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(yùn)行控制操作按鈕15可以通過將信號發(fā)送給對所述主控cpu11實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的開始、停止、急停的自動化控制。按下“開始”按鈕，進(jìn)入自動控制流程；按下“停止”按鈕，停止自動控制流程；按下“急?！卑粹o，閘門緊急停止。

所述主控cpu11、所述信號采集模塊13是整個水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)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(yùn)行控制操作按鈕15的各種操作狀態(tài)、水位信號。

其中，如圖4所示，所述螺桿式水位調(diào)節(jié)閘門包括：三相交流電機(jī)21、減速箱22、傳動絲桿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(jī)21、所述減速箱22、所述開度儀27安裝于所述閘門外框26上，所述活動閘門24下降到最低點(diǎn)時與所述固定閘門25處于同一高度。

所述三相交流電機(jī)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(jī)21可以接收所述變頻器12的控制；所述三相交流電機(jī)21與所述減速箱22連接；所述傳動絲桿23從所述減速箱22中穿過，所述傳動絲桿23的下端與所述活動閘門24連接。

所述三相交流電機(jī)21通過所述減速箱22帶動所述傳動絲杠23實(shí)現(xiàn)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(yùn)行開度，主要用于自動控制中的前饋控制，下游閥門開始泄水時，尾門同時也有一個快速排水的過程，對主要干擾及時進(jìn)行粗調(diào)，大大減少反饋控制中的pid控制器的負(fù)擔(dān)。

一種優(yōu)選的情況，所述開度儀27為拉繩式開度儀，拉繩式開度儀相對于其他類型的開度儀具有結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉的優(yōu)點(diǎn)。

所述固定閘門25與活動閘門24組合實(shí)現(xiàn)擋水的功能，當(dāng)活動閘門24升起時，起到擋水的作用；當(dāng)活動閘門24下降時，起到泄水的作用。

其中，所述水位監(jiān)測單元由分布在下游區(qū)域的水位檢測儀組成，所述水位監(jiān)測單元獲得水位模擬信號，并將所述水位模擬信號發(fā)送至所述plc電氣控制單元。

所述水位檢測儀的個數(shù)為6-14個，多個所述水位檢測儀均勻分布于下游區(qū)域內(nèi)。一種優(yōu)選的情況，所述水位檢測儀的個數(shù)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采集模塊13，取其平均值之后作為實(shí)際水位值。

單級船閘模型從上游向下游過船的過船流程是，先開啟上游閥門，待上游水位與閘室水位齊平之后，此時可以模擬船從上游使入閘室。之后，開啟下游閥門，待閘室水位與下游水位齊平之后，模擬船從閘室使出至下游。本發(fā)明的目的就是通過對活動閘門的控制實(shí)現(xiàn)模型系統(tǒng)的下游水位波動盡可能小與波動時間盡可能短，最終穩(wěn)定在預(yù)設(shè)的區(qū)間。

水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)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對采集到的水位信號進(jìn)行處理，得出下游水位在穩(wěn)定狀態(tài)下的水位值。

2.根據(jù)穩(wěn)定狀態(tài)下的水位值設(shè)定下游水位的目標(biāo)水位值與pid死區(qū)范圍。一般穩(wěn)定狀態(tài)下，pid死區(qū)范圍為目標(biāo)水位值的±5％。

3.從控制面板上啟動水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

4.當(dāng)plc從整個控制系統(tǒng)中監(jiān)測到下游閥門開啟時，通過前饋開環(huán)控制，尾門開始下降泄水，然后轉(zhuǎn)入閉環(huán)pid反饋控制,以設(shè)定的下游目標(biāo)水位為目標(biāo)值。模型系統(tǒng)的下游水位波動盡可能小與波動時間盡可能短，最終穩(wěn)定在預(yù)設(shè)的區(qū)間，以便使通航過程中的下游水位的變化更加接近真實(shí)情況。通過對閘門的前饋-反饋控制調(diào)節(jié)，使得下游水位在一個很小的范圍內(nèi)波動，這種情況與真實(shí)中的泄水過程類似，能夠有效的減少船閘下游泄水過程中的水位提升的誤差影響。

本發(fā)明是一種基于plc控制的前饋-反饋船閘模型尾門水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)，操作人員在控制室對本系統(tǒng)發(fā)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(fā)，通過在下游閥門開啟的過程中，對下游航道與水槽之間的尾門控制，實(shí)現(xiàn)將下游水位穩(wěn)定在一個接近設(shè)定恒定值的狀態(tài)。在下游閥門開啟的過程中，通過前饋開環(huán)控制，尾門開始下降泄水，達(dá)到前饋控制水位目標(biāo)值后，轉(zhuǎn)入閉環(huán)pid反饋控制，以設(shè)定的下游目標(biāo)水位為目標(biāo)值，以下游區(qū)域多個均勻分布的水位檢測儀的測量值作為實(shí)際反饋水位值，通過plc對目標(biāo)值與實(shí)際反饋水位值做pid整定，使得下游水位值在一個小的范圍內(nèi)波動。

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種船閘模型尾門水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)至少包括如下技術(shù)效果：

在本申請實(shí)施例中，提供一種船閘模型尾門水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)，系統(tǒng)包括plc電氣控制單元、螺桿式水位調(diào)節(jié)閘門、水位監(jiān)測單元；螺桿式水位調(diào)節(jié)閘門設(shè)置在尾門位置，水位監(jiān)測單元設(shè)置在下游區(qū)域內(nèi)；plc電氣控制單元分別與螺桿式水位調(diào)節(jié)閘門、水位監(jiān)測單元連接。本發(fā)明從前饋-反饋的角度出發(fā)，在下游閥門開啟的過程中，通過前饋開環(huán)控制，調(diào)節(jié)螺桿式水位調(diào)節(jié)閘門進(jìn)行泄水，達(dá)到前饋控制水位目標(biāo)值后，轉(zhuǎn)入閉環(huán)pid反饋控制，并設(shè)定反饋水位目標(biāo)值。水位監(jiān)測單元獲得水位信息，水位信息經(jīng)處理后反映水位實(shí)際值，plc電氣控制單元以反饋水位目標(biāo)值和水位實(shí)際值為依據(jù)進(jìn)行pid整定，對下游航道與下游水槽之間的螺桿式水位調(diào)節(jié)閘門進(jìn)行控制，調(diào)節(jié)活動閘門，實(shí)現(xiàn)將下游水位穩(wěn)定在一個接近設(shè)定恒定值的狀態(tài)，使船閘模型在閘室向下游航道泄水的過程中，下游水位波動較小、波動時間較短。

最后所應(yīng)說明的是，以上具體實(shí)施方式僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照實(shí)例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。