CN102354236A - 水工减压箱试验水位、流量自动调节装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种水工减压箱试验水位、流量自动调节装置及其控制方法，包括上游水箱、下游水箱、设置在所述上游水箱和下游水箱之间的管道，所述管道上设置有水泵；所述管道上设有电磁流量计和压力传感器与PLC控制系统相连，所述管道上的水泵上安装有变频器，所述变频器与所述PLC控制系统连接；所述水泵的进出口与所述管道连接处设有隔离阀；所述上游水箱和下游水箱均安装绝压式水位计、压力传感器，并接入所述PLC控制系统。本发明可以大大提高减压箱试验水位、试验流量控制的稳定性和控制精度；能够长时间动态自动调节，减轻试验人员工作强度；并通过对水泵的变频控制实现节能增效。

Description

水工减压箱试验水位、流量自动调节装置及控制方法

技术领域

本发明涉及一种水工减压箱试验水位、流量自动调节装置及控制方法，具体的说是一种为实现水工减压箱试验环境要求而采取的水位、流量自动调节的装置和方法。

背景技术

随着水工减压箱试验和研究的要求不断提升，水工减压箱试验过程中对试验水位、流量的要求随之不断提高，以前都是依靠人工启停水泵、调节手动阀门等方式达到试验要求，水位、流量控制精度低，稳定性差，参加实验观测的人员多，实验效率低。如何实现试验过程中试验水位、流量的自动调节一直以来都是研究和设计的焦点。

经过长期的科研和探索实践，科研人员在水工试验过程中的数据采集方便已取得很大进展，同时，随着控制技术的发展，水工减压箱的试验过程中水泵、调节阀、流量计等也采用了自动控制技术，引入了计算机和PLC控制系统。但如何实现试验过程中的水位、流量的自动调节，一直是设计和科研试验人员非常关注的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对以上现有技术存在缺点，提出一种水工减压箱试验水位、流量自动调节装置及控制方法，能实现减压箱试验过程中的水位、流量的动态自动调节。

本发明解决以上技术问题的技术方案是：本发明提供一种水工减压箱试验水位、流量自动调节装置，包括上游水箱、下游水箱、设置在所述上游水箱和下游水箱之间的管道，所述管道上设置有水泵；所述管道上设有电磁流量计和压力传感器与PLC控制系统相连，所述管道上的水泵上安装有变频器，所述变频器与所述PLC控制系统连接；所述水泵的进出口与所述管道连接处设有隔离阀；所述上游水箱和下游水箱均安装绝压式水位计、压力传感器，并接入所述PLC控制系统。

本发明进一步限定的技术方案是：述的水工减压箱试验水位、流量自动调节装置，其特征在于：所述上、下游水箱内分割有多个小水箱单元，相邻所述小水箱单元通过串联的电动调节旁通阀和水泵，当一个小水箱单元内的水位较高时，则通过PLC系统控制开启电动调节旁通阀利用重力放水，当水位较低时，开启水泵对小水箱单元进行供水。

前述的水工减压箱试验水位、流量自动调节装置，所述变频器与所述PLC控制系统采用现场总线方式控制连接，避免了动力设备对信号的干扰。

进一步的，前述的水工减压箱试验水位、流量自动调节装置的控制方法，包括以下步骤：

第一步：通过所述PLC控制系统设定上游试验水位及试验流量，系统启动水泵，由下游水箱往上游水箱注水至设定水位；

第二步：调节控制水泵电机频率和旁通阀开度，从而实现试验水位和流量的动态恒定；

第三步：采集上下游水箱水位、减压箱流量计的实时值，计算目标值和实际值的差值，通过PID闭环控制，完成对变频水泵的总线控制信号和旁通调节阀模拟量控制信号的给定。

前述述的水工减压箱试验水位、流量自动调节装置的控制方法，所述旁通调节阀模拟量控制信号量为0～10V，实现试验水位和流量的稳定控制功能。

在水工减压箱试验系统中，恒定水位及流量的控制一直是一个难题，水位及流量控制的稳定和精确直接影响到模型试验的结果，从而可能影响到实际原形的工作安全。本发明不需要增加很多的设备，原理清晰，简单结构，具备很好的应用前景。

本发明的优点是：（1）可以大大提高减压箱试验水位、试验流量控制的稳定性和控制精度；（2）可以长时间动态自动调节，减轻试验人员工作强度；（3）可以通过对水泵的变频控制实现节能增效。

附图说明

图1为采用变频水泵控制出水量。

图2为上下游水箱选用旁通电动调节阀。

具体实施方式

实施例1

本实施例是一种水工减压箱试验水位、流量自动调节装置及其控制方法，结构如图1所示，包括上游水箱1、下游水箱2、设置在所述上游水箱和下游水箱之间的管道3，管道上设置有水泵4；所述管道上设有电磁流量计5和压力传感器6与PLC控制系统7相连，所述管道上的水泵7上安装有变频器9，所述变频器9与所述PLC控制系统7采用现场总线方式控制连接；所述水泵的进出口与所述管道连接处设有隔离阀8；所述上游水箱1和下游水箱2均安装绝压式水位计、压力传感器，并接入所述PLC控制系统7。在上、下游水箱内分割有多个小水箱单元，相邻所述小水箱单元通过串联的电动调节旁通阀10和调节水泵11连接。

本发明的的控制方法，包括以下步骤：

第一步：通过所述PLC控制系统设定上游试验水位及试验流量，系统启动水泵，由下游水箱往上游水箱注水至设定水位；

第二步：调节控制水泵电机频率和旁通阀开度，从而实现试验水位和流量的动态恒定；

第三步：采集上下游水箱水位、减压箱流量计的实时值，计算目标值和实际值的差值，通过PID闭环控制，完成对变频水泵的总线控制信号和旁通调节阀模拟量控制信号的给定，旁通调节阀模拟量控制信号量为0～10V。

本发明通过计算机设定上游试验水位及试验流量，系统启动变频水泵，往上游水箱注水至设定水位，通过PID运算，同时控制水泵电机频率和旁通阀开度，从而实现试验水位和流量的动态恒定。

水泵变频器的控制通过PLC采用现场总线方式控制，避免动力设备对信号的干扰；PLC同时采集上下游水箱水位、减压箱流量计的实时值，计算目标值和实际值的差值，通过PID闭环控制，完成对变频水泵的总线控制信号给定，完成旁通调节阀的0～10V模拟量控制信号给定，实现试验水位和流量的稳定控制功能。

在本实施例中，采用水位、流量自动调节功能，在水泵端加装变频器，上下游水箱加装水位传感器，旁通管路加装电动旁通调节阀，实现试验水位、流量的自动调节，解决了水工减压箱试验水位、流量控制的核心问题，原理简单，实施方便，功效显著。

本发明还可以有其它实施方式，凡采用同等替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

Claims (5)

1.一种水工减压箱试验水位、流量自动调节装置，包括上游水箱、下游水箱、设置在所述上游水箱和下游水箱之间的管道，所述管道上设置有水泵；其特征在于：所述管道上设有电磁流量计和压力传感器与PLC控制系统相连，所述管道上的水泵上安装有变频器，所述变频器与所述PLC控制系统连接；所述水泵的进出口与所述管道连接处设有隔离阀；所述上游水箱和下游水箱均安装绝压式水位计、压力传感器，并接入所述PLC控制系统。

2.根据权利要求1所述的水工减压箱试验水位、流量自动调节装置，其特征在于：所述上、下游水箱内分割有多个小水箱单元，相邻所述小水箱单元通过串联的电动调节旁通阀和水泵连接。

3.根据权利要求1所述的水工减压箱试验水位、流量自动调节装置，其特征在于：所述变频器与所述PLC控制系统采用现场总线方式控制连接。

4.根据权利要求1所述的水工减压箱试验水位、流量自动调节装置的控制方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步：通过所述PLC控制系统设定上游试验水位及试验流量，系统启动水泵，由下游水箱往上游水箱注水至设定水位；

第二步：调节控制水泵电机频率和旁通阀开度，从而实现试验水位和流量的动态恒定；

第三步：采集上下游水箱水位、减压箱流量计的实时值，计算目标值和实际值的差值，通过PID闭环控制，完成对变频水泵的总线控制信号和旁通调节阀模拟量控制信号的给定。

5.根据权利要求4所述的水工减压箱试验水位、流量自动调节装置的控制方法，其特征在于：所述旁通调节阀模拟量控制信号量为0～10V。

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