CN109100475A - 一种定量给水与雨强模拟系统 - Google Patents

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李宗帅
张润峰
孙兆荣
闫晓荣
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D9/00—Level control, e.g. controlling quantity of material stored in vessel
    • G05D9/12—Level control, e.g. controlling quantity of material stored in vessel characterised by the use of electric means

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Abstract

本发明提供一种定量给水与雨强模拟系统，包括：控制器、储水箱，所述储水箱的出水口连接有水路管道，该水路管道的出水口分为两个支路管道，一个支路管道的出水口连接有喷头，另一个支路管道的出水口连接有软管出水口；在喷头与软管出水口上分别设置有第二电磁阀与第三电磁阀；控制器控制所述控制器第二电磁阀与第三电磁阀的启闭。本发明提供的定量给水与雨强模拟系统，储水箱直接连接自来水，用来存储喷淋和混凝土搅拌所需要的水，通过液位变送器、电动阀以及控制单元可以组成闭环控制，保持储水箱的液位恒定，以保证时刻都有充足的存水量，结构简单，控制方便。

Description

一种定量给水与雨强模拟系统
技术领域
本发明涉及机械技术领域，尤其涉及一种定量给水与雨强模拟系统。
背景技术
目前机场工程实验室在进行混凝土配合比实验中，水量添加时采取的手段为用水桶取水再反复称重的方式，这一落后手段，且实验效率低。同时，机场跑道需要测试降雨条件下的排水性能及透水性能，在边坡稳定性研究中也需用到合适的降雨装置，但目前在该类试验中的降雨模拟方法极为原始，有的甚至简陋到直接用水桶泼水的程度，导致各点降水不均，降雨强度无法准确控制，对后继试验无法给出有效定量输入，使其仅能进行定性分析，因此需要一套喷淋系统，用于小范围模拟降雨强度大小，使雨滴在该范围内较为均匀地下落，并精确控制喷淋强度，为跑道的排水性能测试、透水性能测试及其它土工试验提供条件。
根据以上要求，需要设计出一套具备两个功能系统：能够按照实际需求控制出水体积；能够通过控制流水量来模拟降雨强度。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种既能够按照实际需求控制出水体积、又能通过控制流水量来模拟降雨强度。
一种定量给水与雨强模拟系统，包括：控制器、储水箱，所述储水箱的出水口连接有水路管道，该水路管道的出水口分为两个支路管道，一个支路管道的出水口连接有喷头，另一个支路管道的出水口连接有软管出水口；
在喷头与软管出水口上分别设置有第二电磁阀与第三电磁阀；控制器控制所述控制器第二电磁阀与第三电磁阀的启闭。
进一步地，如上所述的定量给水与雨强模拟系统，在所述储水箱上连接有自来水进水管，在该自来水进水管上设置有第一电磁阀，在水箱内设置有液位传感器，所述液位传感器将检测到的液位信号传送给控制器，控制器根据检测到的液位信号来控制第一电磁阀的启闭。
进一步地，如上所述的定量给水与雨强模拟系统，在所述水路管道上设置有流量变送器。
进一步地，如上所述的定量给水与雨强模拟系统，在所述水路管道上设置有水泵以及压力变送器。
有益效果：
本发明提供的定量给水与雨强模拟系统，储水箱直接连接自来水，用来存储喷淋和混凝土搅拌所需要的水，通过液位变送器、电动阀以及控制单元可以组成闭环控制，保持储水箱的液位恒定，以保证时刻都有充足的存水量，结构简单，控制方便。
附图说明
图1为本发明定量给水与雨强模拟系统结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明定量给水与雨强模拟系统结构示意图，如图1所示，本发明提供的定量给水与雨强模拟系统，包括：控制器、储水箱10，所述储水箱10的出水口连接有水路管道，该水路管道的出水口分为两个支路管道，一个支路管道的出水口连接有喷头7，另一个支路管道的出水口连接有软管出水口9；
在喷头7与软管出水口9上分别设置有第二电磁阀6与第三电磁阀8；控制器控制所述控制器第二电磁阀6与第三电磁阀8的启闭。
优选地，本发明在所述储水箱10上连接有自来水进水管，在该自来水进水管上设置有第一电磁阀1，在水箱10内设置有液位传感器2，所述液位传感器2将检测到的液位信号传送给控制器，控制器根据检测到的液位信号来控制第一电磁阀1的启闭。在所述水路管道上设置有流量变送器5。在所述水路管道上设置有水泵3以及压力变送器4。
本发明系统具备两个功能：按照系统需要能够控制出水体积，相对误差不超过5％；通过喷淋来模拟降雨，并且能够控制喷淋的强度，相对误差不超过5％。根据功能要求，该系统的结构如图1所示，整个流程主要由储水箱、泵、阀门、压力传感器、流量传感器、管道等部分组成，工作过程如下：储水箱直接连接自来水，用来存储喷淋和混凝土搅拌所需要的水，通过液位变送器、电动阀以及控制单元可以组成闭环控制，保持储水箱的液位恒定，以保证时刻都有充足的存水量。当第二电磁阀6打开，第三电磁阀8关闭时，通过泵从储水箱抽水，水会从喷头流出模拟降雨。当第三电磁阀8打开，第二电磁阀6关闭时，通过泵从储水箱抽水，通过管道将所需要的定量水注入混凝土搅拌器中。
系统可以分解为三个子系统：工艺流程结构子系统、控制算法和软件设计子系统、电气逻辑控制子系统。工艺流程结构子系统主要包括储水箱设计、管道设计、水泵选择、传感器选择、阀门选择、喷头设计选择以及系统的整体布局、外观设计、系统水流特性分析计算仿真、系统误差分析计算等。控制算法和软件设计子系统主要包括控制方案和控制算法设计、控制算法参数整定、系统建模仿真以及软件设计等；电气逻辑控制子系统主要包括PLC的I/O接线、供电回路设计、变频器选择以及接线设计、电气管线敷设、电控柜设计、控制面板设计、软件设计等。
各分系统或部件的技术、质量指标要求
系统可以分解为三个子系统：工艺流程结构子系统、控制算法和软件设计子系统、电气逻辑控制子系统。
工艺流程结构子系统：
水箱的最大储水量选为50升，其尺寸为：500mm×200mm×500mm。
实验平台尺寸：900mm×500mm×1000mm(长*宽*高)；
电控柜尺寸：600mm×300mm×800mm(长*宽*高)；
管道公称通径：DN15。
液位传感器：量程0-2m、输出信号4-20mA、直流24V供电、精度0.5级。
压力变送器：输出信号4-20mA、精度0.5级、24V直流供电、量程0-1MPa。
流量变送器：输出信号4-20mA、通径DN15、流量范围0.6-6m3/h、精度0.5级。
增压泵：功率范围120W、系统压力0.6MPa、最大流量2m3/h、最高扬程9m、额定流量0.5m3//h、额定扬程7.5m、水泵管径DN15。
降雨喷头：总覆盖面积约600mm×600mm(长*宽)。
控制算法和软件设计子系统、上位机监控系统设计：
控制算法设计：液位控制算法设计、雨强模拟算法设计(串级控制)、定量给水算法设计(串级控制)。
软件系统设计：主程序设计、液位控制子程序设计、雨强模拟控制子程序设计、定量给水控制算法子程序、中断服务子程序、数据测量与处理子程序。
上位机监控系统和触摸屏显示系统设计。
3)电气逻辑控制子系统：
交流接触器：额定电流20A、主控器开关额定电流32A；
开关电源：输入电压220VAC，输出电压24VDC，输入电流0-2A，额定功率350W；
电磁阀：额定功率2W，孔径16mm；
电气线路满足线路施工标准，安全性满足标准。
4)整个系统指标：
性能指标：出水体积相对误差5％以内，根据用水实际情况，出水体积最小量控制在5L；雨强模拟范围15mm/min-35mm/min，模拟雨强误差控制在5％以内。
质量指标：系统工作可靠、耐用；实验台寿命不少于5年；实验台尺寸900mm×500mm×1000mm(长*宽*高)；输入工作电源交流220V，50Hz；环境温度：2℃～40℃。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种定量给水与雨强模拟系统，其特征在于，包括：控制器、储水箱(10)，所述储水箱(10)的出水口连接有水路管道，该水路管道的出水口分为两个支路管道，一个支路管道的出水口连接有喷头(7)，另一个支路管道的出水口连接有软管出水口(9)；
在喷头(7)与软管出水口(9)上分别设置有第二电磁阀(6)与第三电磁阀(8)；控制器控制所述控制器第二电磁阀(6)与第三电磁阀(8)的启闭。
2.根据权利要求1所述的定量给水与雨强模拟系统，其特征在于，在所述储水箱(10)上连接有自来水进水管，在该自来水进水管上设置有第一电磁阀(1)，在水箱(10)内设置有液位传感器(2)，所述液位传感器(2)将检测到的液位信号传送给控制器，控制器根据检测到的液位信号来控制第一电磁阀(1)的启闭。
3.根据权利要求2所述的定量给水与雨强模拟系统，其特征在于，在所述水路管道上设置有流量变送器(5)。
4.根据权利要求3所述的定量给水与雨强模拟系统，其特征在于，在所述水路管道上设置有水泵(3)以及压力变送器(4)。
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