基于液位差的恒流量船闸控制系统和方法转让专利
申请号 : CN201410385055.9
文献号 : CN104196002B
文献日 : 2016-02-03
发明人 : 陆乙君 , 黄懿明 , 杨勇 , 吴明光
申请人 : 浙江大学 , 陆乙君
摘要 :
权利要求 :
1.一种基于液位差的恒流量船闸控制系统,其特征在于系统由船闸上游液位检测装置(100)、船闸上闸首(1)、船闸上闸首开度仪(3)、船闸上闸首注水泵(5)、船闸闸室液位检测装置(200)、船闸下闸首泄水泵(6)、船闸下闸首开度仪(4)、船闸下闸首(2)、船闸下游液位检测装置(300),下位机中央控制器PLC(7)、船闸闸首启闭机控制柜(8)、上位机监控PC(9)组成;
船闸上游液位检测装置(100)、船闸闸室液位检测装置(200)和船闸下游液位检测装置(300)分别位于船闸上游、闸室和下游的左右两岸,船闸上闸首注水泵(5)就近安装在船闸上闸首(1)、船闸下闸首泄水泵(6)就近安装在船闸下闸首(2),船闸上闸首注水泵(5)通过注水管从上游取水,船闸下闸首泄水泵(6)通过泄水管从下游排水;船闸上闸首(1)和船闸下闸首(2)的闸门分别对应配置检测闸门开度的船闸上闸首开度仪(3)和船闸下闸首开度仪(4),船闸上/下闸首开度仪型号为倍加福AVM 58;上位机监控PC(9)与下位机中央控制器PLC(7)相连,下位机中央控制器PLC(7)借助船闸闸首启闭机控制柜(8)驱动船闸上闸首(1)和船闸下闸首(2)的升降,在船闸上闸首注水泵(5)和船闸下闸首泄水泵(6)协助下、执行基于液位差的恒流量船闸控制;船闸上游液位检测装置(100)、船闸闸室液位检测装置(200)和船闸下游液位检测装置(300)的液位信号输入至下位机中央控制器PLC(7),船闸上闸首开度仪(3)和船闸下闸首开度仪(4)的开度信号输入至下位机中央控制器PLC(7);液位检测装置均按“二乘二取二”的结构设计,下位机中央控制器PLC(7)采用“二乘二取二”算法处理液位检测装置输入的液位模拟信号。
2.根据权利要求1所述的一种基于液位差的恒流量船闸控制系统,其特征在于所述的船闸上游液位检测装置(100)包括船闸上游左岸液位检测装置(110)和船闸上游右岸液位检测装置(120),左/右两岸的液位检测装置相同,船闸上游左岸液位检测装置(110)位于船闸上游的左岸,船闸上游右岸液位检测装置(120)位于船闸上游的右岸;船闸闸室液位检测装置(200)和船闸下游液位检测装置(300)与船闸上游液位检测装置(100)相同;
船闸上游左岸液位检测装置(110)由船闸上游左岸测井(111)、船闸上游左岸消波网(112)、船闸上游左岸激光反射板(113)、船闸上游左岸第1激光测距仪(114)和船闸上游左岸第2激光测距仪(115)组成;船闸上游左岸第1激光测距仪(114)和船闸上游左岸第2激光测距仪(115)安装于船闸上游左岸测井(111)顶部,船闸上游左岸消波网(112)安装于船闸上游左岸测井(111)下端,船闸上游左岸激光反射板(113)悬浮于船闸上游左岸测井(111)水面,并与船闸上游左岸第1激光测距仪(114)、船闸上游左岸第2激光测距仪(115)配套;船闸上游液位检测装置(100)配置4台激光测距仪、左/右岸液位检测装置各配2台,通过RS485与下位机中央控制器PLC(7)的485口相连;4台激光测距仪构成经典的“二乘二取二”液位检测架构,液位信号则采用“二乘二取二”的算法处理;在基于液位差的恒流量船闸控制系统中,共计配备6座测井:船闸上游左岸测井(111)、船闸上游右岸测井(121),船闸闸室左岸测井、船闸闸室右岸测井,船闸下游左岸测井、船闸下游右岸测井,12台激光测距仪:船闸上游左岸第1激光测距仪(114)、船闸上游左岸第2激光测距仪(115)、船闸上游右岸第1激光测距仪(124)、船闸上游右岸第2激光测距仪(125),船闸闸室左岸第1激光测距仪、船闸闸室左岸第2激光测距仪、船闸闸室右岸第1激光测距仪、船闸闸室右岸第2激光测距仪,船闸下游左岸第1激光测距仪、船闸下游左岸第2激光测距仪、船闸下游右岸第1激光测距仪、船闸下游右岸第2激光测距仪;变量check100=110或120、check200=
210或220、check300=310或320分别表征船闸上游左/右岸液位检测装置、船闸闸室左/右岸液位检测装置、船闸下游左/右岸液位检测装置处于检测/备用或备用/检测状态;
船闸上游液位检测装置“二乘二取二”水位计液位检测的流程如下:
0.ESP=0.05m,check100=110
1.检测状态的激光测距仪采样
1-1.check100=110
船闸上游左岸第1激光测距仪(114)和船闸上游左岸第2激光测距仪(115)分别采样
4次液位、通过RS485上传至下位机中央控制器PLC(7)
1-2.check100=120
船闸上游右岸第1激光测距仪(124)和船闸上游右岸第2激光测距仪(125)分别采样
4次液位、通过RS485上传至下位机中央控制器PLC(7)
2.激光测距仪液位数据的中位均值滤波
2-1.check100=110
船闸上游左岸第1激光测距仪(114)液位数据的中位均值滤波,即
第2激光测距仪(115)液位数据亦中位均值滤波得D115Average
D110=(D114Average+D115Average)/2
2-2.check100=120
船闸上游右岸第1激光测距仪(124)液位数据的中位均值滤波,即
第2激光测距仪(125)液位数据亦中位均值滤波得D125Average
D120=(D124Average+D125Average)/2
3.“二乘二取二”算法处理
3-1.check100=110
3-1-1.|D114Average-D115Average|
D100=D110
返回“1”
3-1-2.|D114Average-D115Average|≥ESP
check100=120、故障报警
返回“1”
3-2.check100=120
3-2-1.|D124Average-D125Average|
D100=D120
返回“1”
3-2-2.|D124Average-D125Average|≥ESP
check100=110、故障报警
返回“1”
船闸闸室液位检测装置(200)、船闸下游液位检测装置(300)的“二乘二取二”水位计液位检测流程,与船闸上游液位检测装置(100)相同;激光测距仪型号为DISTO D8;
船闸上游左岸液位检测装置(110)和船闸上游右岸液位检测装置(120)互为备份,由主备检测切换变量check100控制切换;check100=110时,船闸上游左岸液位检测装置的两支激光测距仪检测上游液位、液位数据中位均值滤波、二乘二取二表决,若两支激光测距仪的检测数据偏差
3.根据权利要求1所述的一种基于液位差的恒流量船闸控制系统,其特征在于所述的下位机中央控制器PLC(7)采用施耐德Premium x系列,由电源模块PSY2600M(71),CPU P571634M(72),通讯模块ETY PORT(73),数字量输入模块EDY32D2K(74),数字量输出模块DSY16T2(75),模拟量输入模块AEY 800(76)组成,DI信号使用的位号是I0.0~I0.5、I1.0~I1.4、I2.0~I2.5、I3.0~I3.4,备用的位号是I0.6~I0.7、I1.5~1.7、I2.6~I2.7、I3.5~3.7;DO信号使用的位号是Q0.0~Q0.5、Q1.0~Q1.5,备用的位号是Q0.6~Q0.7、Q1.6~Q1.7;AI信号使用的位号是IW0.0~IW0.1,备用的位号是IW0.2~IW0.7;
船闸上闸首(1)启闭机操作回路与数字量输入模块EDY 32D2K(74)、数字量输出模块DSY 16T2(75)、模拟量输入模块AEY 800(76)相连,点位分配如下:Q0.0开启按钮、Q0.1关闭按钮、Q0.2停止按钮、I0.0远控状态、I0.1全开状态、I0.2超限位状态、I0.3全关状态、I0.4故障状态、I0.5电源状态、IW0.0闸门开度;船闸下闸首(2)启闭机操作回路与船闸上闸首(2)的相同,其点位分配如下:Q0.3开启按钮、Q0.4关闭按钮、Q0.5停止按钮、I2.0远控状态、I2.1全开状态、I2.2超限位状态、I2.3全关状态、I2.4故障状态、I2.5电源状态、IW0.1闸门开度;
船闸上闸首注水泵(5)操作回路与数字量输入模块EDY 32D2K(74)、数字量输出模块DSY 16T2(75)相连,点位分配:Q1.0开启按钮、Q1.1关闭按钮、Q1.2停止按钮、I0.0远控状态、I0.1全开状态、I0.2全关状态、I0.3故障状态、I0.4电源状态;船闸下闸首泄水泵(6)操作回路与船闸上闸首注水泵(5)的相同,点位分配如下:Q1.3开启按钮、Q1.4关闭按钮、Q1.5停止按钮、I3.0远控状态、I3.1全开状态、I3.2全关状态、I3.3故障状态、I3.4电源状态;
船闸上游液位检测装置(100)的4台激光测距仪、船闸闸室液位检测装置(200)的4台激光测距仪、船闸下游液位检测装置(300)的4台激光测距仪,及船闸闸首启闭机控制柜(8)均经RS485与通讯模块ETY PORT(73)相连。
4.一种使用如权利要求1所述的基于液位差的恒流量船闸控制系统的多模分段控制方法,其特征在于按船舶过闸的下/上行表述包括如下步骤:①初始化
船闸上/下闸首的闸门开启、船闸闸室的水位与上/下游水位齐平;
船舶驶入船闸闸室、船闸上/下闸首的闸门关闭;
②ΔH>ΔHChamber-Downstream/ΔHUpstream-Chamber根据液位差流量模型进行船闸恒流量的PID控制;
液位差流量模型:
流量软测量模型:Q=[D200(k+1)-D200(k)]*A/TS;
③ΔHFull-Open<ΔH≤ΔHChamber-Downstream/ΔHUpstream-Chamber启动船闸下闸首泄水泵/启动船闸上闸首注水泵;
④ΔH≤ΔHFull-Open
切断船闸下闸首泄水泵/切断船闸上闸首注水泵;
船闸下/上闸首的闸门完全开启;
船舶驶离船闸闸室、进入下/上游;
⑤返回步骤“①”;
式中:
ΔHFull-Open为闸门完全开启的工程最佳液位差--切断船闸下闸首泄水泵/切断船闸上闸首注水泵的液位差上限,ΔHChamber-Downstream为启动船闸下闸首泄水泵的、闸室与下游液位差的上限,ΔHUpstream-Chamber为启动船闸上闸首注水泵的、上游与闸室液位差的上限,ΔH为上游与闸室的液位差或闸室与下游的液位差,Q为闸室的注/泄流量、Q0为闸室的最佳注/泄流量,
D200(k)为k时刻的闸室液位、TS为闸室液位的采样周期,A为闸室截面,μ为流量系数、b为闸门宽、e为闸门开启高度、g为重力加速度。
说明书 :
基于液位差的恒流量船闸控制系统和方法
技术领域
背景技术
发明内容
附图说明
具体实施方式
310或320分别表征船闸上游左/右岸液位检测装置、船闸闸室左/右岸液位检测装置、船闸下游左/右岸液位检测装置处于检测/备用或备用/检测状态;