CN107764591A - 一种小流域卡口站径流泥沙自动采样系统 - Google Patents

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刘晓燕
万占伟
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Abstract

本发明公开了一种小流域卡口站径流泥沙自动采样系统，包括设置在卡口断面上的抽水泵，抽水泵的进水口连接有进水管，进水管上设置有浮子，进水管上开有若干进水孔，靠近抽水泵的卡口断面处还设置有压力感应器、流速仪和水位计，抽水泵抽的水通过出水管抽入若干采集瓶内，出水管上还设置有音叉式密度计，抽水泵、压力感应器、水位计、音叉式密度计以及采集瓶均连接至PLC自动控制器，PLC自动控制器上还连接有无纸记录仪和无线传输终端，本发明解决了现有技术中存在的坝口径流含沙量检测困难且不精准的问题。

Description

一种小流域卡口站径流泥沙自动采样系统
技术领域
本发明属于坝口泥沙采集技术领域，具体涉及一种小流域卡口站径流泥沙自动采样系统。
背景技术
目前现有的河流断面径流测量方法相对成熟，可通过流速仪、水位计、浮标法进行测量后，按径流量公式计算。小流域断面泥沙测量的自动化设备较少，以人工取样为主，一般是作业式间歇测量，需要定期人工制定测量计划，缺乏一种实时测量方法，不利于紧急情况下如洪水来临时的实时测量；环县城西川控制站为位于黄河流域黄土高原丘陵沟壑第五副区，沟深无路，人工观测困难，存在安全隐患。流域内自然条件恶劣，年内降雨分配极不均匀，暴雨多，历时短，洪水突发性强。且长期驻点成本高，急需径流泥沙自动测量设备。
发明内容
本发明的目的是提供一种小流域卡口站径流泥沙自动采样系统，解决了现有技术中存在的坝口径流含沙量检测困难且不精准的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种小流域卡口站径流泥沙自动采样系统，包括设置在卡口断面上的抽水泵，抽水泵的进水口连接有进水管，进水管上设置有浮子，进水管距离浮子一段距离处开有若干进水孔，靠近抽水泵的卡口断面处还设置有压力感应器、流速仪和水位计，抽水泵抽的水通过出水管抽入若干采集瓶内，出水管上还设置有音叉式密度计，抽水泵、压力感应器、水位计、音叉式密度计以及采集瓶均连接至PLC自动控制器。
本发明的特点还在于，
PLC自动控制器上还连接有无纸记录仪和无线传输终端，无纸记录仪将水位计、流速仪、音叉式密度计的观测数据，按次进行记录储存，直至总成控制系统关闭，无线传输终端将无纸记录仪记录的数据，通过4G网络技术传输到电脑终端，直至总成控制系统关闭。
进水管距离浮子60～90cm长度处开有若干进水孔。
压力感应器设置在水深40～60cm处的卡口断面处。
水位计为二线制超声波液位计，在每次泵抽式自动采样时，PLC自动控制器触发水位计自动观测一次洪峰水位并记录，直至总成控制系统关闭，采样间隔为每30分钟采样一次。
流速仪为雷达流速仪，在每次泵抽式自动采样时，PLC自动控制器触发雷达流速仪观测一次洪峰流速并记录，直至总成控制系统关闭，采样间隔为每30分钟采样一次。
本发明的有益效果是，一种小流域卡口站径流泥沙自动采样系统，通过每次自动采集的样品进行人工分析与同一时段的音叉式密度计观测到的密度数据进行对比，经过多年的对比，大量数据分析，建立“样品泥沙含量和样品密度”关系模型，最终达到泥沙含量自动分析，实现控制站全自动观测系统。
附图说明
图1是本发明一种小流域卡口站径流泥沙自动采样系统的结构示意图。
图中，1.抽水泵，2.进水管，3.浮子，4.进水孔，5.PLC自动控制器，6.压力感应器，7.卡口断面，8.水位计，9.出水管，10.音叉式密度计，11.采集瓶，12.流速仪，13.无纸记录仪，14.无线传输终端。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种小流域卡口站径流泥沙自动采样系统，结构如图1所示，包括设置在卡口断面7上的抽水泵1，抽水泵1的进水口连接有进水管2，进水管2上设置有浮子3，进水管2距离浮子3一段距离处开有若干进水孔4，靠近抽水泵1的卡口断面7处还设置有压力感应器6、流速仪12和水位计8，抽水泵1抽的水通过出水管9抽入若干采集瓶11内，出水管9上还设置有音叉式密度计10，抽水泵1、压力感应器6、水位计8、音叉式密度计10以及采集瓶11均连接至PLC自动控制器5，PLC自动控制器5上还连接有无纸记录仪13和无线传输终端14，无纸记录仪13将水位计8、流速仪12、音叉式密度计10的观测数据，按次进行记录储存，直至总成控制系统关闭，所述无线传输终端14将无纸记录仪13记录的数据，通过4G网络技术传输到电脑终端，直至总成控制系统关闭。
其中，进水管2距离浮子360～90cm长度处开有若干进水孔4。
压力感应器6设置在水深40～60cm处的卡口断面处。
水位计8为二线制超声波液位计，在每次泵抽式自动采样时，PLC自动控制器5触发水位计8自动观测一次洪峰水位并记录，直至总成控制系统关闭，采样间隔为每30分钟采样一次。
流速仪12为雷达流速仪，在每次泵抽式自动采样时，PLC自动控制器5触发雷达流速仪观测一次洪峰流速并记录，直至总成控制系统关闭，采样间隔为每30分钟采样一次。
本发明一种小流域卡口站径流泥沙自动采样系统，工作原理如下：
1.总成启动控制系统：在卡口断面7固定位置安装水位计8，当洪峰水位达到一定的高度时，PLC自动控制器5开启总成启动控制系统，延时200秒以后系统初始化完成，流速仪12、水位计8、音叉式密度计10、无纸记录仪13、无线传输终端14模块开始进入工作状态。
2.泵抽式自动采样系统：采用PLC自动控制技术，触发总成启动控制系统启动时，抽水泵1直接启动工作，30秒后开始第一次取样，以后每间隔30分钟自动取一次样，最多取样8次，直到本次洪峰结束，水位计8关闭总成启动控制系统时，抽水泵1自动采样系统随之关闭停止工作，每次取样的水通过出水管9流入采集瓶11内，采样一次充满一瓶，采样瓶11的开启和闭合也是由PLC自动控制器5控制完成。
3.水位自动观测系统：安装二线制超声波液位计，在每次抽水泵1自动采样时(每间隔30分钟一次)，PLC自动控制器5触发水位计8自动观测一次洪峰水位记录，直至总成控制系统关闭。
4.流速自动观测系统：安装雷达流速仪，在每次抽水泵1自动采样时(每间隔30分钟一次)，PLC自动控制器5触发雷达流速仪观测一次洪峰流速记录，直至总成控制系统关闭。
5.泥沙含量自动分析系统：安装音叉式密度计10，在每次抽水泵1自动采样时(每间隔30分钟一次)，PLC自动控制器5触发音叉式密度计10观测一次样品密度记录，直至总成控制系统关闭。
6.观测数据记录系统：安装无纸记录仪，将二线制超声波液位计、雷达流速仪、音叉式密度计观测的数据，按次进行记录储存，直至总成控制系统关闭。
7.自动传输系统：安装无线传输终端模块，将无纸记录仪13记录的数据，通过4G网络技术传输到电脑终端，直至总成控制系统关闭。
以目前控制站“自动观测系统”开发研制为基础，我站计划进一步升级改造该系统。通过每次自动采集的采集瓶11内的样品进行人工分析与同一时段的“音叉式密度计”观测到的密度数据进行对比，经过多年的对比，大量数据分析，建立“样品泥沙含量和样品密度”关系模型，最终达到泥沙含量自动分析，实现控制站全自动观测系统。
本发明一种小流域卡口站径流泥沙自动采样系统，试验成果如下：
2015年我站规划对“环县城西川控制站”观测仪器、设备逐步进行全面自动改造；2016年开发完成“泵抽式自动采样系统”，在“华池太阳坡控制站”进行了实验性采样，取得成功；2017年开发完成“流速自动观测、水位自动观测、样品自动分析、无纸记录仪自动传输”的控制站自动观测系统，7月初完成组合安装，调试成功。

Claims (6)

1.一种小流域卡口站径流泥沙自动采样系统，其特征在于，包括设置在卡口断面(7)上的抽水泵(1)，抽水泵(1)的进水口连接有进水管(2)，进水管(2)上设置有浮子(3)，进水管(2)距离浮子(3)一段距离处开有若干进水孔(4)，靠近抽水泵(1)的卡口断面(7)处还设置有压力感应器(6)、流速仪(12)和水位计(8)，抽水泵(1)抽的水通过出水管(9)抽入若干采集瓶(11)内，所述出水管(9)上还设置有音叉式密度计(10)，所述抽水泵(1)、压力感应器(6)、水位计(8)、音叉式密度计(10)以及采集瓶(11)均连接至PLC自动控制器(5)。
2.根据权利要求1所述的一种小流域卡口站径流泥沙自动采样系统，其特征在于，所述PLC自动控制器(5)上还连接有无纸记录仪(13)和无线传输终端(14)，无纸记录仪(13)将水位计(8)、流速仪(12)、音叉式密度计(10)的观测数据，按次进行记录储存，直至总成控制系统关闭，所述无线传输终端(14)将无纸记录仪(13)记录的数据，通过4G网络技术传输到电脑终端，直至总成控制系统关闭。
3.根据权利要求2所述的一种小流域卡口站径流泥沙自动采样系统，其特征在于，所述进水管(2)距离浮子(3)60～90cm长度处开有若干进水孔(4)。
4.根据权利要求2所述的一种小流域卡口站径流泥沙自动采样系统，其特征在于，所述压力感应器(6)设置在水深40～60cm处的卡口断面处。
5.根据权利要求1所述的一种小流域卡口站径流泥沙自动采样系统，其特征在于，所述水位计(8)为二线制超声波液位计，在每次泵抽式自动采样时，PLC自动控制器(5)触发水位计(8)自动观测一次洪峰水位并记录，直至总成控制系统关闭，采样间隔为每30分钟采样一次。
6.根据权利要求1所述的一种小流域卡口站径流泥沙自动采样系统，其特征在于，所述流速仪(12)为雷达流速仪，在每次泵抽式自动采样时，PLC自动控制器(5)触发雷达流速仪观测一次洪峰流速并记录，直至总成控制系统关闭，采样间隔为每30分钟采样一次。
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