Способ водораспределения на открытых каналах

Способ водораспределения на открытых каналах

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛ ИСТИ4ЕСНИХ

РЕСПУ6ЛИН

3ts1) Е 02 В 13/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

Н АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Фс/"

° ъ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗО6РЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3355870/29-15 (22) 11.11.8! (46) 23.09.83.. Бюл. N 35 (72) Э.Ж.Маковский, В .И.Куротченко и Л.И.Великанова (71) Институт автоматики АН Киргизской ССР (53) 621.643,1(088.8) (56) 1. Маковский Э.Э. Автоматизация гидротехнических сооружений в системах каскадного регулирования расхода воды. Фрунзе, "Илим", 1972. 2. Авторское свидетельство СССР

N 681151, кл. Е 02 В 13/00, 1977.

l (54)(57) СПОСОБ ВОДОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ

HA ОТКРЫТЫХ КАНАЛАХ, включающий разбивку канала на произвольные уча-. стки, изменение расходов на участках в зависимости от изменения расходов. потребителей и регулирование расхода

-участков с возможностью форсировки, отличающийся . тем, что, с целью упрощения регулирования водораспределением путем оптимизации перераспределения внутренних резер" . ,вов участков канала, измеряют реэервы воды на участках и при наличии возмущений расхода на отдельных участках определяют время срабатывания резерва участков, которое сравни. вают с временем добегания от водоисточника до участка, а регулирование производят при наличии одного или группы участков, для которых время добегания меньше времени срабатыва-. ния резерва, и в следующей последовательности - иэ группы выделяют подгруппы участков, начиная с конца канала, для которых частное от деления суммы резервов подгруппы на модуль суммы возмущений расходов больше или равно .времени добегания до наиболее . удаленного участка подгруппы, и регу-. лирование расходов прбизводят последовательно только на участках под" группы, начиная с нижнего, с помощью перегораживающих сооружений на них, последовательно устраняя возмущения расхода участков вплоть до верхнего участка подгруппы, а баланс на участках дополнительно корректируется по скорости изменения уровня в конце „ф, каждого бьефа.

1 10432

Изобретение относится к сельскому хозяйству, к автоматизации технологического процесса водораспределения на открытых системах, Известен способ водораспределения, включающий изменение подачи расхода в начало участков каналов в зависимости от изменения расходов их потребителей и поддержание постоянного (заданного) расхода в lg конце участка, который реализован в виде системы каскадного регулирования по нижнему бьефу j1j .

Недостатком этого способа является длительное время перестройки режима работы канала при изменении расходов потребителей, что приводит к увеличению резервных емкостей и повышению стоимости канала.

Известен также способ водораспределения на открытых каналах, включающий разбивку канала на произвольные участки, изменение расходов на участках в зависимости от изменения расходов потребителей и регулирова- 25 ние расхода участков с возможностью форсировки $2) .

Недостатком способа является сложность регулирования ввиду отработки возмущения расхода какого-либо участка перегораживающими сооружениями всех вышележащих участков, а также отсутствие оптимизации использования резервов, что приводит к неоправданному увеличению числа управляющих

35 воэдействий и к необходимости специальной планировки канала.

Целью изобретения является упрощение регулирования водораспределе40 нием путем оптимизации перераспределения внутренних резервов участков канала.

Поставленная цель достигается тем, что измеряют резервы воды на

45 участках и при наличии возмущении расхода на отдельных участках опреде ляют время срабатывания резерва участков, которое сравнивают с временем добегания от водоисточника до участка, а регулирование производят при наличии одного или группы участков, для которых время добегания меньше времени срабатывания резерва, и в следующей последовательности - из группы выделяют подгруппы участков, на- 55 чиная с конца канала, для которых частное от деления суммы резервов подгруппы на модуль суммы возмуще51 2 ний расходов больше или равно времени добегания до наиболее удаленного участка подгруппы, и регулирова ние расходов производят последовательно только на участках подгруппы, начиная с нижнего, с помощью перегораживающих сооружений на них, последовательно устраняя возмущения расхода участков вплоть до верхнего участка подгруппы, а баланс на участ ках дополнительно корректируется по скорости изменения уровня в конце каждого бьефа.

На фиг. 1 дана схема канала с пере гораживающими сооружениями; на фиг.2схема расположения резервов на участке канала; на фиг. 3 - канал произвольного типа.

С пособ осуществляется следующим образом.

Канал разбит на участки (1,2,..., j-l; j) перегораживающими сооружениями (фиг. 1), Потребители в виде открытых водовыпусков или насосных станций подключены к соответствующим участкам, В каждый участок подается определенная величина расхода,. соответствующая графику водопотребления. В канале наблюдается установившийся процесс. При этом информационноуправляющая система осуществляет периодический опрос датчиков телеизме" рения и получает информацию о расходах в начале каждого участка Q>< в конце Участка ОВь,», 1, и потРебителей этого участка (с1„,q<,...,q„) .

На основании полученной информации управляющий блок (микропроцессор, микроЭВМ ) осуществляет расчет баланса для каждого участка.: и ьа)=ав» 3.- Г Q%„3 (z q;)3 ° где tL, - -КПД данного участка.

) Далее осуществляется расчет объема воды в резервах W<< - для случая

A(j,< 0 или резервной емкости W =W

-Ы для случая g Q > О (фиг. 2).

После этого, при наличии возмущений на участках канала определяют время срабатывания (при Q, ..: О) или накопления (при 5(}p О) резервов

Уеее n . НЮф

fpgg 1= . или ) @ и сравнения его с временем добегания требуемого расхода от ближай3 шего источника орошения, В случае, когда и и

"ре,j "А,ов.5

1043251 4 участок наполняется и вызывает непроизводительный сброс воды (переходит на верхний бьеф) .

Допустим также, что на (j -1) -м

55 никакого управления не производится, а назначается время повторного, опроса участка

1п и

400,1 "реза "АОБУ (момент, когда время срабатывания резервов сравняется с временем до-. бегания).

Участки, у которых время срабатывания резервов соизмеримо с временем добегания, выделяются в группу управляемых объектов, В результате применения последней операции к всем участкам системы выделяется группа, требующая немедленной корректировки расходов. 20

После выделения группы участков, на которых необходимо регули" рование, осуществляют последователь-; ную проверку управляемых участков, . начиная с нижнего и выделяются под- 25 группы,,время срабатывания суммарных резервов которых больше времени добегания требуемых расходов от ближвй" шего источника орошения. Причем небаланс,и. резервы предыдущих участков алгебраически суммируются, а управ= ление перегораживающими сооружениями производится только в этих подгруппах с учетом сохранения допустимого небаланса (т.е. выполнения прежнего п : 35 условия ьре > дд для всех участков подгруппы). После завершения управления наступает установившийся:процесс до момента очередной корректировки участков, у которых л и ре = доВ .

Для пояснения описанного способа рассмотрим пример реализации способа.

Пусть на j --м участке (фиг. 1} йб« 4 требитель отказался от воды, вызвав.:. положительный неоаланс, т.е. (} > 0 (например, 6(}j=+1 м /с). Пусть также 3 <; . 9 ° резервы на j-м участке Яре, 1=10000 м ю а время добегания Ь Ц от источника и ° * =3 ч. Тогда время накопления

50 резервов ре, j )0000 ì =»0000с = 2;8u а9 j».0м /с! что требует . немедленной пере стройки системы, так как через 2,8 ч участке потребитель принял воду, вызвав отрицательный небаланс h Q. » <О (например, Z Я1.,=-1 м /с, а резервы на (j-1)-м участке равны W„,=10000 м, г

: при времени добегания ьде »» = 2,8 ч. г

»0000 м

Тогда ре р8 что такМ» Имз/с же требует перест ройки системы, ибо через 2,8 ч (j -1) -й участок сработаат свои резервы. Однако применение операции оптимизации показывает, что суммарный (r) небаланс

Ь4 = ЬЯ »-В(=+1 м /с+(-1 м /с)=0

5 „3 Е )

Время срабатывания суммарных резерв л и вов L, ре = оо т.е. ре у доь . Следовательно, достаточно изменить расход только на перегораживающем соору" жении между (j -1)-м и j -м участками, на -Ag, т.е. уменьшить на -1 м /с

3 и оба участка,а также вся система, будут сбалансированы.

В известных способах каждое возмущение со стороны потребителей потребовало бы управления всеми перегора.живающими сооружениями, в том числе и на сбалансированных участках вплоть до головного, что неоправданно "рас" качивает" оросительную систему, за вышает объемы передаваемой информации, и, следовательно, загружает канал связи и аппаратуру пункта управления ненужной информацией, а в ряде случаев исключает сходимость алгоритмов управления.

Для пояснения процесса выделения групп и подгрупп управляемых участков рассмотрим следующий пример.

На фиг. 3 изображен канал про" извольного типа, состоящий из 7 уча . стков (1-7), из которых 5 (1 2

7) имеют резервные емкости,,а два (4, 6) - нет. г

Очевидно, что баланс для нере" зервированных участков всегда дол-. жен быть равен нулю (ЛЯ=О), а для резервированных - может быть положительным или отрицательным. Величина небаланса на каждом участке определяется резервами воды Чрвз (при

Д(} (О), или .резервными объемами Я (при Ь (} ) О).

1043251 л ! ьа, Для второго

Рассмотрим процесс выделения групп управляемых участков. С этой целью первоначально для каждого участка определяется время срабатывания (или накопления) peaepeos -

Для первого участка Wе л ьpey у Й и т.д.

/ а, и

При этом i pe j зависит как от

I () и величины возмущения (+bQ ), так и от фактического объема резервов и учитывается в предлагаемом способе.

Затем определяется время добегания требуемых расходов от источ2 ник4 водоснабжения (на фиг. 3 " И) л до каждого участка "ьдо, . Очередной операцией является попарное сравнение времени добегания требуемого расхода до каждого участка с вре"

2 менем врабатывания его резерва

>л адов, «pe> < л > п

"Доз <, peya л

Если для всех участков ь <с то, несмотря на имеющее место воз3 мущение, никаких операций по управ-. лению перегораживающими сооружениями не производится. В этом заключается первая минимизация управляющих воздействий. 3

Аналогичная. проверка производится периодически через время min(fpe, -. ь4щ,) до тех пор,:пока один или и. группа участков не сработает (накопит) резерв до величины, при которой 4

+pep 1 л

"peg,i д. "40&,1

I

"т.е. время срабатывания резерва соизмеримос временем добегания. . 4

Все .эти участки попадут в группу управляемых объектов. Допустим, таких участков три - 2, 5Ä 7, причем на 2 и 5 участках KQ < 0„ а на

7 - Ьа 0.0.

В .принципе работу системы уже на этом этапе можно застабилизи ровать. Для этого достаточно затворами первого участка изменить расход на величину 6Q -(6QZ«Q+bа3) . (каждое из 5Q со своим знаком),затворами 2, 3, и 4 участков изменить расход на величину hQ QQP$Q ) б и, наконец, затворами 5 и 6. участков изменить расход на величину -6QgОднако такой подход приводит к избыточности операций управления (7 опе5 раций).С целью их минимизации в группе управляемых .участков (у нас 2, 5 и 7) выполняется операция поиска подгрупп, допускающих внутреннее перераспределение резервов (оптимизацию их использования).

С этой целью, начиная с конца, последовательно суммируются Wpe> и да и определяется время срабатывания суммарных резервов, Пусть в нашем случае (Ьа ehQz) с О, тогда п рез.5 Wреъ,7 ." pea,5,7 у> а а / и . л

Если ьре т с „ 7, то это означает возможность внутреннего перерегулирования. В нашем случае затворами

6-ro участка изменяется расход на величину (KQ Z Ф А g g) .

На этом регулировка нижней части канала заканчивается. Для регулировки 2-го участка затворами !", го участка изменяется расход на величину (6QZ) (4 операции) ° В . случае, если в группу вошли только участки

О 5 и 7, для регулировки канала потребовалось бы всего три операции.

Из описания видно, что способ .яе требует одинаковых объемов резервов, одинаковых длин и уклонов участков, допускает включение нерезервированных участков и использует меньшее число операций управления, чем при работе с группами..

В частном случае описанный способ также может потребовать управления всеми перегораживающими сооружениями (как в прототипе). Такая ситуация возникает когда во всех бьефах канала. небаланс расходов име.ет одинаковый знак (во всех участках одновременно включились или отключились потребители), а резервы находятся на минимальной границе; Однако это очень редкий практически не встречающийся в эксплуатации, случай. Как правило, одновременной регулировке подлежат 1-2 подгруппы перегораживающих сооружений, а непрерывный контроль обеспечивает доставку необходимых расходов в любую точку канала.

Для исключения эффекта накопления ошибок от погрешности .гидромет1043251 8, рии при определении расходов баланс ление снизу (от поля) по показаниям на участках дополнительно корректиру- датчиков влажности, размещенных на ется по скорости изменения жаровня орошаемых массивах (случайный потрев конце каждого бьефа за интервал вре- битель). При этом используется минимени по модели, описанной в (1) . мальное число операций, обеспечивая хорошую устойчивость управления, при

Данный способ эффективен при на- минимальных объемах передаваемой инличии в системе незарегулированных формации и затрачиваемой энергии. источников, допускает существенные . . Экономический эффект составляет колебания расходов в голове канала, 10 около 9 руб. на гектар орошаемой пло-, а также позволяет реализовать управ- щади.

Составитель Г.Параев

Техред А;6абинец

Редактор A.Øàíäîð

Корректор А.ференц

Заказ 7291/32 Тираж 673 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4