CN103205987B - 一种水坝排水孔渗流参数智能测控系统 - Google Patents
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Abstract
一种水坝排水孔渗流参数智能测控系统，包括：安装于排水孔底部的压力传感器，所述压力传感器用于测量排水孔渗流压力；安装于引流横管的流量传感器，所述流量传感器用于测量排水孔渗流流量；安装于渗流水管的电控阀门，所述电控阀门用于控制渗流水管的流量；安装于排水口位置的测控装置，所述测控装置与压力传感器、流量传感器、电控阀门连接，测控装置连接工控机。本发明一种水坝排水孔渗流参数智能测控系统，有效对实现对水坝排水孔内渗流流量和压力参数进行自动化测试。
Description
技术领域
本发明涉及一种水坝排水孔渗流参数智能测控系统。
背景技术
水坝岩石地基排水孔设计通常布置在大坝的最低层廊道，并全方位的分布在大坝的左右岸和上下游，其特点是面宽、密集、数量多，其功能和目的主要是降低坝基扬压力，保证大坝运行安全。地基排水孔对于混凝土重力坝来说，尤为重要。传统的岩石地基排水孔的渗流参数测试、采集，如：涌水压力和排水量等，靠的是人工在廊道内逐孔、定期进行量测读取和记录，量测读取使用的工具通常是普通的压力表、流量计或量杯，以及普通的玻璃水银温度计等。读取记录的资料分析靠的是手工室内整理和计算，最后得出成果。由此带来的问题是现场测试、采集工程量大、工效低、周期长、劳动强度大；成果计算精准性差、波动性大。不仅无法及时快速地得到扬压力计算分析成果，更不可实施实时的监控、测试和采集，方法落后原始。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种水坝排水孔渗流参数智能测控系统，有效实现对水坝排水孔内渗流流量和压力参数进行自动化测试。
本发明的上述目的是通过这样的技术方案来实现的：一种水坝排水孔渗流参数智能测控系统，包括：
安装于排水孔底部的压力传感器，所述压力传感器用于测量排水孔渗流压力；
安装于引流横管的流量传感器，所述流量传感器用于测量排水孔渗流流量；
安装于渗流水管的电控阀门，所述电控阀门用于控制渗流水管的流量；
安装于排水口位置的测控装置，所述测控装置与压力传感器、流量传感器、电控阀门连接，测控装置连接工控机。
所述排水口为多组，每组为一个测控单元，每一个测控单元包括：压力传感器、流量传感器、电控阀门，所述测控装置同时连接多个测控单元，对多个测控单元进行测量和控制。
所述测控装置通过有线或者无线方式与工控机连接。
所述电控阀门为电动阀或者电磁阀。
一种水坝排水孔渗流参数智能测控方法，测控程序安装在工控机上，通过设定采样间隔、采样点，由工控机程序向测控装置发出采样指令，控制压力参数、采集压力和流量参数。
一种水坝排水孔渗流参数智能测控方法，参数采集时，首先采集流量参数，然后再采集压力参数，采集压力参数时由工控机程序发送指令控制电控阀门关闭，电控阀门关闭30min后采集压力数据，然后每隔10min采集一次压力数据，当连续两次测值之差不大于3倍仪器分辨率时。如：采集设备分辨率为0.01MPa，即最小测量单元为0.01MPa，当连续两次测值之差小于0.03MPa时，则认定最后一次测量为本次压力测试的结果。工控机自动记录最后一次的压力测值，然后打开电控阀门放流，结束本次压力参数采集。
一种水坝排水孔渗流参数智能测控方法，同一采样时间内，采样单元按照总排水孔数量的一定比例进行均匀选择。
本发明一种水坝排水孔渗流参数智能测控系统，有益效果如下：
所述的工控机根据程序设定，对所连接的多路测控单元进行周期性地扫描，一方面获取测量信息，一方面进行控制和反馈，以达到对多路测控单元的准确和及时控制；
工控机所依据的程序主要是根据现场实际资料分析及理论研究得出的算法进行编写，能够按照规定要求在采样周期内将所有的排水口的压力进行全部测量，并保证测量的准确性。
通过测控装置的系统结构、电路控制系统、控制算法及通信模式的优化，所设计的整套系统能够实现对整个水坝排水口的渗流测控。
系统测控数据全部采用数据库存储，并采用报表格式输出，能够既保证数据的完整有效性，又能够提高数据整理效率，节省大量的人工。另外数据库可以开放接口，提供全部测控数据以供其他系统使用。
整个测控过程都是采用设备根据程序命令自动运行，能够避免现场施工人员操作技能水平差异对测控的影响。
附图说明
图1为本发明系统连接示意图。
图2为本发明系统安装示意图。
具体实施方式
一种水坝排水孔渗流参数智能测控系统，在排水孔孔口装置上安装电控阀门3、流量传感器2、压力传感器1；所述电控阀门3为：电动阀或者电磁阀。所述电控阀门3安装在孔口装置的竖管上，压力传感器1安装在排水孔底部，信号电缆从电控阀门3下部竖管侧壁引出，流量传感器2安装在引流横管2.1中部。
在排水孔集中位置安装有测控装置4，测控装置4通过电缆6与压力传感器1、流量传感器2和电控阀门3连接，测控装置4通过有线或无线网络与工控机5连接。
测控程序安装在工控机5上，通过设定采样间隔、采样点，由工控机程序向测控装置4发出采样指令，控制压力参数、采集压力和流量参数。根据设定采集程序步骤，工控机5内的程序发出对电控阀门3的控制信号，由测控装置4实施对电控阀门3控制以启闭阀门，从而进行对水坝排水孔渗流参数智能测控。
所述的排水口有多组，每组为一个测控单元，每一个测控单元包括：压力传感器1、流量传感器2、电控阀门3，所述测控装置4同时连接多个测控单元，对多个测控单元进行测量和控制。所述的工控机5根据程序设定，对所连接的多个测控单元进行周期性地扫描，一方面获取测量信息，一方面进行控制和反馈，以达到对多个测控单元的准确和及时控制。工控机5所依据的程序主要是根据现场实际资料分析及理论研究得出的算法进行编写，能够按照规定要求在采样周期内将所有的排水口的压力进行全部测量，并保证测量的准确性。通过测控装置4的系统结构、电路控制系统、控制算法及通信模式的优化，所设计的整套系统能够实现对对整个水坝排水口的渗流测控。
实施例1：
以水坝排水孔渗流参数智能测控系统一个测控单元结构为例，如图2所示：
1）、在排水孔底部安装压力传感器1，测量水坝排水孔处的渗流压力；
2）、在引流横管2.1中部安装流量传感器2，测量水坝排水孔渗流流量；
3）、在孔口装置的竖管上安装电控阀门3，以控制渗流水管3.1的流量；
4）、在排水口集中位置安装有测控装置4，测控装置4通过电缆6与压力传感器1、流量传感器2及电动阀或者电磁阀连接进行通信；
5）、压力传感器1采用压力测量元件，将压力信号转化为电信号，通过电缆6将电信号传输到测控装置4；
6）、流量计采用霍尔效应将排水口渗流出的水进行转速测量，并根据转速与流量的函数关系进行计算得出排水口渗流流速；
7）、测控装置4按照设定的下位机程序，周期性的对所连接的测控单元进行扫描，将每一组测控单元的压力值、流量值和启闭信息进行存储，并根据工控机5已发布的阀门启闭命令调整阀门保持能够准确采集到排水口渗流压力；
8）、测控装置4通过无线或者有线的方式与工控机5连接；
9）、根据系统设定的采集程序步骤，工控机内的程序发出对电控阀门3的控制信号，由测控装置4实施对电控阀门3的控制，从而实现对水坝排水孔渗流参数智能测控；
10）、排水口的阀门是常开状态，除非其进入采集阶段，才会关闭阀门直至压力采集完成；
11）、为了保证排水口在测控时关闭阀门的情况下，不造成大坝坝底扬压力过大，将每一个测控装置4中相同编号测控单元的采集时间设置为相同时间段，故而能够将所有排水口分多次完成测量，比如在开始某次采集时，所有测控装置4的第三路测控单元进行测控程序相应步骤；
12）、根据现场排水口的布置情况，将测控装置4均匀分布，按照设定的程序，在完成上一采集时间的采集任务后，待测量排水口（每一个测控装置的同一编号路测控单元的采集时间相同，）开始进行流量的采集，待完成流量采集后，所有待测量排水口关闭阀门，进行压力测量，每隔10min采集一次压力数据，当连续两次测值之差小于3倍仪器分辨率时，工控机5自动记录最后一次的压力测值，然后打开电控阀门3放流，结束本次压力参数采集；
13）、按照程序设定在一次测量周期内，所有的测控单元都完成压力参数采集；
14）、压力传感器1、流量传感器2、电控阀门3及测控装置4均采取电路部分全密封的措施，保证这些设备不受现场湿气及其他环境因素的影响而损坏。
实施例2：
以水坝排水孔渗流参数智能测控系统整体系统结构为例：
1）、工控机5能够同时与多个测控装置4进行连接，并完成对多个测控装置4所连接的测控单元的通信；
2）、根据现场空间分布决定，测控装置4采用无线方式进行与工控机5的连接；
3）、在现场架设覆盖所有测控装置4及工控机5的无线局域网，为了保证无线信号的可靠性，在整个所需覆盖区域增加路由器桥接，构建一个无线信号完全覆盖且信号稳定的局域网；
4）、每一个测控装置4固定占用无线局域网中的一个IP地址，根据TCP/IP通讯协议，实现与工控机5的通信；
5）、为保证整个系统的稳定性，工控机5、无线路由器、测控装置4的动力供应均通过UPS，其在有市电供应时起到稳压作用，在失去市电的事故状态下进行电源供给，减少整套系统受电源波动和失电的影响；
6）、工控机5上对通过测控装置4传输过来的压力参数、流量参数及阀门启闭信息进行数据库存储，以备控制程序对数据的调用，并能够按照设定要求编制报表定期发布到管理员邮箱；
7）、为了提高整个系统应对事故的应急能力，增加系统执行失败的报警提醒，并及时发布到管理员邮箱，以便管理员能够对事故的状态做出反应，直至采取人工干预；
8）、测控装置4的电源采用集中供给方式，一套电源供给系统包括UPS和变压器，能够为下游测控装置及电控阀门3提供低压电源，同时能够为他们提供UPS的服务，提高了整个系统的稳定性，也节省了电源成本，还减少了现场布线成本和工作量；
9）、工控机5上的控制程序，能够及时从数据库中获取测控装置4周期性采集的压力参数、流量参数、阀门启闭信息，并能够在程序中将参数值进行时域图像展示；
10）、工控机5获取相应参数之后根据设定的控制算法，计算之后得出相应的控制命令，对阀门进行调整，实现智能控制。
Claims (2)
1.一种水坝排水孔渗流参数智能测控系统，其特征在于，包括安装于排水孔底部的压力传感器（1），所述压力传感器（1）用于测量排水孔渗流压力；安装于引流横管（2.1）的流量传感器（2），所述流量传感器（2）用于测量排水孔渗流流量；安装于渗流水管（3.1）的电控阀门（3），所述电控阀门（3）用于控制渗流水管（3.1）的流量；安装于排水口位置的测控装置（4），所述测控装置（4）与压力传感器（1）、流量传感器（2）和电控阀门（3）连接，测控装置（4）连接工控机（5）；所述排水口为多组，每组为一个测控单元，每一个测控单元包括：压力传感器（1）、流量传感器（2）和电控阀门（3），所述测控装置（4）同时连接多个测控单元，对多个测控单元进行测量和控制；所述测控装置（4）通过有线或者无线方式与工控机（5）连接；所述电控阀门（3）为电动阀或者电磁阀。
2.采用如权利要求1所述一种水坝排水孔渗流参数智能测控系统的测控方法，其特征在于，测控程序安装在工控机（5）上，通过设定采样间隔和采样点，由工控机程序向测控装置（4）发出采样指令，控制压力参数、采集压力和流量参数；参数采集时，首先采集流量参数，然后再采集压力参数，采集压力参数时由工控机（5）程序发送指令控制电控阀门（3）关闭，电控阀门（3）关闭30min后采集压力数据，然后每隔10min采集一次压力数据，当连续两次测值之差不大于3倍仪器分辨率时，工控机（5）自动记录最后一次的压力测值，然后打开电控阀门（3）放流，结束本次压力参数采集；同一采样时间内，采样单元按照总排水孔数量的一定比例进行均匀选择。
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