CN114018345B - 一种在线流量测量系统及测量方法 - Google Patents
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Abstract
一种在线流量测量系统及测量方法，包括位于河流两侧的立柱，立柱上设有滑轮，滑轮上设有钢丝绳，钢丝绳上设有挂钩，河流一侧的滑轮通过直流电机驱动，立柱上还设有卷扬机，卷扬机的牵引线穿过挂钩后与转子流速仪连接，河流一侧的上方设有雷达水位计，所述雷达水位计、转子流速仪、直流电机和卷扬机均与控制箱中的PLC控制器电连接，本发明将雷达水位计、数据采集、现代通信和信息分析等现代技术与水文流量测验需求紧密结合，组合成一套高效可靠、自动化程度高的水文流量在线测报设备，达到流量的采集自动化、传输网络化、分析科学化，有效地提高流量采集、传输、处理、分析的时效性及可靠性。
Description
技术领域：
本申请涉及流量测量领域，尤其涉及一种在线流量测量系统及测量方法。
背景技术：
流量是反应河流1或渠道主要水力因素。现阶段为了实现精确在线测量流量，多采用非接触式流速测验设备，测取水流流速，再根据已知断面面积计算出流量。此种设备在流量>5m3/s以上的水流，测验精度可以满足规范要求。而在北方河流或渠道中，常年生态基流或水流的流量大部分时间均<5m3/s，因此非接触式流量测验设备不能很好地满足其测验精度要求。为此，需研要究一种能实时测量较小河流或渠道流量测验装置，以满足测验精度要求。
发明内容：
为了克服上述的不足，本发明提供了一种在线流量测量系统及测量方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案：
一种在线流量测量系统，包括位于河流两侧的立柱，立柱上设有滑轮，滑轮上设有钢丝绳，钢丝绳上设有挂钩，河流一侧的滑轮通过直流电机驱动，立柱上还设有卷扬机，卷扬机的牵引线穿过挂钩后与转子流速仪连接，河流一侧的上方设有雷达水位计，所述雷达水位计、转子流速仪、直流电机和卷扬机均与控制箱中的PLC控制器电连接，所述控制箱中还设有遥测RTU和流量测算仪，所述流量测算仪用于计算河流的流速，所述遥测RTU将流量测算仪算出的数据传递到控制中心。
还包括太阳能供电装置，所述太阳能供电装置为雷达水位计、转子流速仪、直流电机、卷扬机、PLC控制器、遥测RTU和流量测算仪供电。
所述钢丝绳上还设有导线延伸装置，所述导线延伸装置包括能在钢丝绳上滑动的若干小滑轮，小滑轮上悬挂着导线，导线的一端与转子流速仪电连接，另一端与PLC控制器电连接。
一种在线流量测量系统的测量方法，包括如下步骤：
1）记录初始数据
勘探河流断面面积A并记录，用雷达水位计测量初始水位高度m，雷达水位计距离初始水位液面的距离为h0，根据河流的宽度设置不少于5条垂线，并用水准仪测量各垂线在河流中的水平间距，同时勘测此处的河底高程hn，计算出不同水位对应的河道面积An，并将上述数据输入PLC控制器；
2）将转子流速仪的初始位置的水平方向与雷达水位计同高，垂直方向与垂线一重合；
3）需要测量流速时，记录此时雷达水位计测量的水位高度m1，并通过PLC控制器查算出此时水位对应的河道断面面积A1；
4）PLC控制器根据各垂线一的初始河底高程h1，计算出此时垂线一对应的水深h11，PLC控制器控制卷扬机释放牵引绳，将转子流速仪放置在此时水深h11一半的地方，转子流速仪在此处停留100-300s，并将此处的流速实时传递给PLC控制器，时间结束后，PLC控制器控制卷扬机转动，牵引绳将转子流速仪提高至初始高度；
5）PLC控制器根据垂线二与垂线一的水平距离，控制直流电机转动，进而带动滑轮转动，钢丝绳移动，转子流速仪在水平方向移动到垂线二处；
6）重复步骤4和步骤5，直至转子流速仪将所有垂线处的流速全部传递到PLC控制器，PLC控制器控制直流电机和卷扬机使转子流速仪回到初始位置；
7）PLC控制器根据各个垂线位置处的水流速度计算出平均值，再将该平均值和该水位对应的河道断面面积A1传递给流量测算仪，由流量测算仪计算出此时河流的流量；
8）流量测算仪将计算的数据传递给遥测RTU；
9）遥测RTU将数据传递到控制中心。
由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性：
本发明提供的一种在线流量测量系统及测量方法，将雷达水位计、数据采集、现代通信和信息分析等现代技术与水文流量测验需求紧密结合，组合成一套高效可靠、自动化程度高的水文流量在线测报设备，达到流量的采集自动化、传输网络化、分析科学化，有效地提高流量采集、传输、处理、分析的时效性及可靠性
附图说明：
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的测量时的简化图；
图中：1、河流；2、立柱；3、滑轮；4、转子流速仪；5、雷达水位计；6、控制箱；7、卷扬机；8、直流电机；9、挂钩；10、钢丝绳；11、垂线一；12、垂线二；13、垂线三；14、垂线四；15、垂线五。
具体实施方式：
以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
结合附图所述的一种在线流量测量系统，包括位于河流1两侧的立柱2，立柱2上设有滑轮3，滑轮3上设有钢丝绳10，钢丝绳10上设有挂钩9，河流1一侧的滑轮3通过直流电机8驱动，立柱2上还设有卷扬机7，卷扬机7的牵引线穿过挂钩9后与转子流速仪4连接，河流1一侧的上方设有雷达水位计5，所述雷达水位计5、转子流速仪4、直流电机8和卷扬机7均与控制箱6中的PLC控制器电连接，所述控制箱6中还设有遥测RTU和流量测算仪，所述流量测算仪用于计算河流1的流速，所述遥测RTU将流量测算仪算出的数据传递到控制中心。
PLC控制器控制直流电机8和卷扬机7的运动，进而控制转子流速仪4在河流1多点进行测量，并将测量的数据传递给PLC控制器，PLC控制器计算出河流1流速的平均值，并将该值传递给流量测算仪，流量测算仪再计算出河流1的流量，并将该流量数据通过遥测RTU传递到控制中心。
还包括太阳能供电装置，所述太阳能供电装置为雷达水位计5、转子流速仪4、直流电机8、卷扬机7、PLC控制器、遥测RTU和流量测算仪供电。
所述钢丝绳10上还设有导线延伸装置，所述导线延伸装置包括能在钢丝绳10上滑动的若干小滑轮，小滑轮上悬挂着导线，导线的一端与转子流速仪4电连接，另一端与PLC控制器电连接，导线延伸装置一端的小滑轮与挂钩9连接，另一端的小滑轮与立柱2连接，这样随着挂钩9的移动，导线也能够随之移动，同时，为了避免钢丝绳10在滑轮3上移动时，小滑轮与滑轮3发生摩擦，所以需要将靠近立柱2的小滑轮与立柱2连接固定。
一种在线流量测量系统的测量方法，包括如下步骤：
1）记录初始数据
勘探河流1断面面积A并记录：用雷达水位计5测量初始水位高度m，根据河流1的宽度设置不少于5条垂线，并用水准仪测量各垂线在河流1中的水平间距，同时勘测此处的河底高程hn，并计算出不同水位级对应的河道面积An，并将上述数据输入PLC控制器；
为了方便说明，本实施例以5条垂线为例进行说明，故5条垂线的初始河底高程依次是h1、h2、h3、h4和h5；
2）将转子流速仪4的初始位置的水平方向与雷达水位计5同高，垂直方向与垂线一11重合；
3）需要测量流速时，记录此时雷达水位计5测量的水位高度m1，并通过PLC控制器查算出此时水位对应的河道断面面积A1；
4）PLC控制器根据垂线一11的河底高程h1，计算出此时垂线一11对应的水深h11=m1-h1，PLC控制器控制卷扬机7释放牵引绳，将转子流速仪4放置在此处水深一半的地方，牵引绳释放长度为h0+（m-m1）+1/2*h11，其中，初始时，转子流速仪4与雷达水位计5位于同一水平位置，故转子流速仪4从初始位置到初始水平面的距离也为h0，（m-m1）是河流1从初始液位到待测流速时的高度只差，即液位的改变量，1/2*h11指的是垂线一11处水深的一半；转子流速仪4在此处停留100s，并将此处的流速v1实时传递给PLC控制器并存储，时间结束后，PLC控制器控制卷扬机7转动，牵引绳将转子流速仪4提高至初始高度；
5）PLC控制器根据垂线二12与垂线一11的水平距离，控制直流电机8转动，进而带动滑轮3转动，钢丝绳10移动，转子流速仪4在水平方向移动到垂线二12处；
6）重复步骤4和步骤5，依次测量出垂线二12处的流速为v2，并将v2传递到PLC控制器并存储，垂线三13处的流速为v3，并将v3传递到PLC控制器并存储，垂线四14处的流速为v4，并将v4传递到PLC控制器并存储，垂线五15处的流速为v5，并将v5传递到PLC控制器并存储；PLC控制器控制直流电机8和卷扬机7使转子流速仪4回到初始位置；
7）PLC控制器根据各个垂线位置处的水流速度计算出平均值v，再将该平均值v和该水位对应的河道断面面积A1传递给流量测算仪，由流量测算仪计算出此时河流1的流量；
8）流量测算仪将计算的数据传递给遥测RTU；
9）遥测RTU将数据传递到控制中心。
需要说明的是，上述各个勘测的数值均为以海平面为参考的海拔数值。
以上内容中未细述部份为现有技术，故未做细述。
Claims (1)
1.一种在线流量测量系统的测量方法，其特征在于：包括在线流量测量系统，所述在线流量测量系统包括：位于河流两侧的立柱，立柱上设有滑轮，滑轮上设有钢丝绳，钢丝绳上设有挂钩，河流一侧的滑轮通过直流电机驱动，立柱上还设有卷扬机，卷扬机的牵引线穿过挂钩后与转子流速仪连接，河流一侧的上方设有雷达水位计，所述雷达水位计、转子流速仪、直流电机和卷扬机均与控制箱中的PLC控制器电连接，所述控制箱中还设有遥测RTU和流量测算仪，所述流量测算仪用于计算河流的流速，所述遥测RTU将流量测算仪算出的数据传递到控制中心；
还包括太阳能供电装置，所述太阳能供电装置为雷达水位计、转子流速仪、直流电机、卷扬机、PLC控制器、遥测RTU和流量测算仪供电；
所述钢丝绳上还设有导线延伸装置，所述导线延伸装置包括能在钢丝绳上滑动的若干小滑轮，小滑轮上悬挂着导线，导线的一端与转子流速仪电连接，另一端与PLC控制器电连接；
所述在线流量测量系统的测量方法，包括如下步骤：1）记录初始数据勘探河流断面面积A并记录，用雷达水位计测量初始水位高度m，雷达水位计距离初始水位液面的距离为h0，根据河流的宽度设置不少于5条垂线，并用水准仪测量各垂线在河流中的水平间距，同时勘测此处的河底高程hn，计算出不同水位对应的河道面积An，并将上述数据输入PLC控制器；2）将转子流速仪的初始位置的水平方向与雷达水位计同高，垂直方向与垂线一重合；3）需要测量流速时，记录此时雷达水位计测量的水位高度m1，并通过PLC控制器查算出此时水位对应的河道断面面积A1；4）PLC控制器根据垂线一的河底高程h1，计算出此时垂线一对应的水深h11，PLC控制器控制卷扬机释放牵引绳，将转子流速仪放置在此时水深h11一半的地方，转子流速仪在此处停留100-300s，并将此处的流速实时传递给PLC控制器，时间结束后，PLC控制器控制卷扬机转动，牵引绳将转子流速仪提高至初始高度；5）PLC控制器根据垂线二与垂线一的水平距离，控制直流电机转动，进而带动滑轮转动，钢丝绳移动，转子流速仪在水平方向移动到垂线二处；6）重复步骤4和步骤5，直至转子流速仪将所有垂线处的流速全部传递到PLC控制器，PLC控制器控制直流电机和卷扬机使转子流速仪回到初始位置；7）PLC控制器根据各个垂线位置处的水流速度计算出平均值，再将该平均值和该水位对应的河道断面面积A1传递给流量测算仪，由流量测算仪计算出此时河流的流量；8）流量测算仪将计算的数据传递给遥测RTU；9）遥测RTU将数据传递到控制中心。
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