[發明專利]一種多渠段水位自動控制方法及裝置

無效

• 申請號: 201010275664.0
• 申請日: 2010-09-08
• 公開（公告）號: CN101935996A
• 公開（公告）日: 2011-01-05
• 發明（設計）人: 崔巍;陳文學;劉之平;吳一紅;穆祥鵬;郭曉晨;白音包力皋;王曉松;王秀英;王琦;陳興茹;許鳳冉
• 申請（專利權）人: 中國水利水電科學研究院
• 主分類號: E02B13/00
• 分類號: E02B13/00
• 代理公司: 北京國林貿知識產權代理有限公司 11001
• 代理人: 孫福春;李桂玲

技術領域

本發明涉及一種多渠段水位自動控制方法及裝置，是一種自動控制的方法和裝置，是一種用于水工設施的自動控制方法和裝置，是一種適用于長距離大型明渠輸水工程的水流自動控制方法和裝置。

背景技術

隨著經濟社會的發展，水資源供需矛盾日益突出，許多地區修建了長距離大型明渠輸水工程。這些渠道通常由多級節制閘分隔成相串連的多個渠段，各渠段利用閘門的啟閉調節水位和流量。為利于渠道沿線分水口流量的穩定，分水口通常建在節制閘的稍上游，維持閘前水位的相對穩定是渠道運行的主要目標之一。此外，還需要對渠道上下游的水量進行合理調控，保障輸水過程的安全高效。

與傳統中小型輸水渠道相比，長距離大型輸水渠道的控制過程需應對多方面的問題。一是大時間滯后問題。以南水北調中線干渠為例，渠道長1200余公里，流速僅為1米每秒左右，從渠首流至渠末約需兩周，供需滯后十分嚴重。二是水量的合理有序調控問題。由于供水渠道的輸水能力逐渠段遞減，上下游可能相差數倍，因而需要避免上游調控對下游造成顯著影響。第三是水位的快速調控問題。閘門、分水口的啟閉，風吹等外界擾動因素都會引發渠內水位波動，影響分水口流量的穩定，需快速調控水位至設定值，保障渠岸安全。第四是多渠段間耦合作用的應對問題。多個閘門參與操作時，它們的控制作用會相互疊加，彼此影響，使總的水力響應特性變得十分復雜，易引發水面波動甚至持續振蕩，所需閘門操作大大增加。

目前多數中小型渠道的運行控制采用傳統的人工控制或機械輔助控制，部分大中型渠道使用了先進的PLC+上位機控制系統。這些系統中閘門的開度、開關順序等通常由人工預置，主要依賴管理人員的個人經驗，因而整體的自動化水平仍較低。也有部分渠道采用了閘門自動控制方法，但這些閘門的控制規則多面向單個渠段或中小型渠道開發，較少或未能考慮時間滯后、耦合等問題，當用于長距離大型渠道時，往往表現出性能下降甚至控制失穩等問題。

已有閘門自動控制方法分為上游控制方法和下游控制方法兩類。前者是傳統的控制方法，通過人工或傳感器監測閘前水位變化，調整閘門開度。由于水位監測點靠近閘前，時間滯后很小，因而控制規則簡單，作用快。但是上游控制方法的水量調控會顯著影響到下游，若上游分水口超量分水，則下游將出現水量不足，反之若上游分水量不足，則下游水量過剩，需要棄水。下游控制方法是后發展的一類渠道控制方法，它以實現按需供水為目標。其控制所需的信息來自下游的傳感器，控制作用向上游方向傳遞。不過受水流滯后影響，其水位調控速度較慢。顯然，上游控制方法在水位調控方面有優勢，但其水量調控的特點決定了長距離大型輸水明渠不能完全由其控制；下游控制方法在水量調控方面有優勢，適用于長距離輸水明渠，但其水位調控較慢的缺陷有待改進。

綜上所述，需要本領域技術人員迫切解決的一個技術問題是：如何克服長距離大型輸水渠道的時間滯后和耦合作用影響，提高下游控制方法中水位調控的速度，以快速有效消除分水口分水、風吹等外界擾動的影響，實現閘前常水位自動化輸水目標。

發明內容

為了克服現有技術的問題，本發明提出了一種多渠段水位自動控制方法及裝置。所述的方法和裝置克服渠道的時間滯后和耦合作用影響，加快水位調控的速度，快速有效消除各類外界擾動的影響，實現閘前常水位自動化輸水目標。解決現有技術因水位調控速度慢，水量調控干擾下游渠道運行所導致的閘門操作頻繁，水力過渡時間長，運行管理成本高等問題。

本發明的目的是這樣實現的：一種多渠段水位自動控制裝置，包括：一條長距離自流型輸水明渠，所述的明渠設置有多個將明渠分隔的閘門，所述的各個閘門上游附近設有分水口，所述的各個閘門的閘門啟閉機構與各個閘門的控制單元連接，所述的各個閘門的控制單元通過明渠數據傳輸網絡連接，所述的控制單元包括：測量該控制單元所控制的閘門的上游水位的閘前水位傳感器、測量該控制單元所控制的閘門的下游水位的閘后水位傳感器、測量該閘門開度的閘門開度傳感器，所述的閘前水位傳感器、閘后水位傳感器、閘門開度傳感器與低通濾波器連接，所述的低通濾波器與A/D轉換器連接，所述的A/D轉換器與數據采集器連接，所述的數據采集器與工控計算機連接，所述的工控計算機與PLC連接，所述的PLC與閘門啟閉機構連接，工控計算機與明渠數據傳輸網絡連接。?

一種使用上述裝置的多渠段水位控制方法，所述方法的步驟包括：

監測下游閘門參數的步驟：用于按照時間步長通過下游閘門的閘前水位傳感器、閘后水位傳感器和閘門開度傳感器監測下游閘門的閘前水位、閘后水位和閘門開度；