Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ технических и технологических особенностей щцроузлов и гидроучастков с подпитыванием из дополнительного источника орошения 11-56
1.1. Специфика эксплуатации оросительных систем с основным и дополнительным источником питания 11
1.2. Технологические особенности водораспределения на оросительных системах Чуйского водохозяйственного .комплекса 18
1.3. Анализ-особенностей эксплуатации гидроузлов и гидроучастков с подпитыванием 23
2. Способы, алгоритмы и технические средства управления водораспределением на гидроузлах и гидроучастках с подпитыванием 57-100
2.1. Оценка способов водораспределения принятых при эксплуатации гидроузлов и гидроучастков 60
2.2. Алгоритмы управления расходами /уровнями/ воды на гидроузлах и гидроучастках с подпитыванием 83
2.3. Состав, требования и выбор технических средств контроля и управления водораспределением 93
3. Аналитическое описание движения воды в каналах гидроузлов и гидроучастков с подпитыванием 101-155
3.1. Характеристика установившегося неравномерного движения потока воды в канале 102
3.2. Специфика неустановившегося движения потока воды в каналах 111
3.3. Обобщение данных экспериментов и теоретического анализа 125
3.4. Выводы... 153
4. Результаты исследований по совершенствованию эксплуатации гидроузлов и гидроучастков с подпитыванием . 156-174
4.1. Описание объекта и методика исследований 156
4.2. Определение оптимальных режимов эксплуатации гидроучастка 163
4.3. Исследование усовершенствованного способа автоматизации водораспределения на гидроузлах и гидроучастках с подпитыванием 165
4.4. Выводы 174
5. Практическое использование результатов исследований 175-186
5.1. Рекомендации для проектирования и службы эксплуатации 175
5.2. Внедрение результатов исследований- 179
5.3. Расчет экономической эффективности 180
5.4. Выводы 186
Заключение 187-189
Список использованной литературы 190-201
Приложение
- Технологические особенности водораспределения на оросительных системах Чуйского водохозяйственного .комплекса
- Анализ-особенностей эксплуатации гидроузлов и гидроучастков с подпитыванием
- Алгоритмы управления расходами /уровнями/ воды на гидроузлах и гидроучастках с подпитыванием
- Исследование усовершенствованного способа автоматизации водораспределения на гидроузлах и гидроучастках с подпитыванием
Введение к работе
Актуальность проблемы. Всегда и особенно после ХХУІ съезда КПСС в Советском Союзе водному хозяйству и мелиорации, использованию водных ресурсов, перспективному планированию их придавалось и придается общегосударственное значение. Это объясняется всё большей ограниченностью водных ресурсов и все возрастающей потребностью в продуктах питания, кормах для животноводства, сырья для промышленности. В связи с крайне неравномерным распределением речного стока, территориальное перераспределение водных ресурсов становится объективной и реальной необходимостью для устранения дефицитов воды, возникающих в отдельных районах и речных бассейнах /108/.
Для выполнения Продовольственной программы предусматривается в период до 1990 года строительство ряда новых оросительных систем и переустройство старых с использованием перераспределения и переброски стока рек. Осуществление этих проектов позволит рациональнее использовать водные ресурсы и расширить площади орошаемых земель /77/.
Одним из главных направлений в решении этой задачи - борьба за экономию воды, устранение непроизводительных её потерь и сбросов. Наряду с другими мероприятиями, достигнуть высокого уровня использования оросительной воды можно путем автоматизации технологических процессов водораспределения на оросительных системах /21/.
Анализ материалов эксплуатации каналов и гидротехнических сооружений оросительных систем показывает, что распределение стока воды во времени характеризуется значительной неравномерностью во всех звеньях оросительной сети. Причиной этого является изменение расходов воды в источнике орошения и возмущения, вызванные многочисленными её потребителями. Поэтому в современных условиях без автономных /локальных/ систем авторегулирования трудно обеспечить плановое водопользование, выравнивание подачи воды многочисленным потребителям, осуществлять её оперативное перераспределение при частых перерегулировках /64/.
Наибольшее распространение при автоматизации водораспреде-ления получило использование электрической и гидравлической энергии. Однако, использование гидравлической энергии затруднено или вообще невозможно при автоматизации водозабора из рек, транспортировки и распределении воды на крупных магистральных каналах и водохранилищах, а также на гидромелиоративных объектах, на которых необходимо поддерживать уровни или расходы воды при отсутствии влияния подпора между перегораживающими сооружениями и створом установки гидрометрического поста /датчика/ /84/.
Таким образом, изучение технологических особенностей гидроузлов и гидроучастков, специфики водораспределения на них, способов автоматизации водораспределения при различных режимах водозабора и водопотребления являются актуальной задачей совершенствования оросительных систем.
Актуальность этих задач подтверждается рядом работ, посвященных технологии водораспределения, описанию автоматизации водораспределения на гидроузлах и гидроучастках при различных режимах движения потоков воды в сети оросительных каналов. Наиболее известны труды: Я.Б.Бочкарева, О.Ф.Васильева, М.З.Ганкина, М.С.Грушевского, П.И.Коваленко, Э.Э.Маковского, М.Ф.Ыатальчука, Б.А.Рожнова и др. /19,22,28,40,54,64,69,84/. Эти работы охватывают большое разнообразие оросительных систем с сетью каналов и разновидностью гидросооружений, их технологических режимов работы и способов автоматизации водораспределения. Однако, остается ещё ряд особенностей, возникающих при перераспределении водных ресурсов на гидроузлах и гидроучастках, составляющих совокупность каналов, водомерных и водорегулирующих гидросооружений с гидромеханическим оборудованием, названных в работе гидроузлами и гидроучастками с подпитыванием. К ним относятся часто встречающиеся на практике гидроузлы и гидроучастки, где наравне с основными источником орошения используется боковой, подпитывающий.
Указанным гидроузлам и гидроучасткам посвящена работа автора. Изучение их особенностей, разработка способов автоматизации водораспределения на них составляют актуальную задачу совершенствования эксплуатации оросительных систем.
Цель работы и задачи исследований. Совершенствование технологии водораспределения на участках каналов с дополнительным источником орошения для пропуска максимальных расходов воды при реализации плана водопользования с минимумом непроизводительных её сбросов. Выявление технических и технологических особенностей гидроузлов и гидроучастков с подпитыванием при перераспределении расходов воды в соответствии с планом водопользования; обоснование и выбор способов и технических средств управления уровнями /расходами/ воды при вод©распределении; разработка математической модели участков каналов с подпитыванием для совершенствования эксплуатации оросительных систем; проведение экспериментальных исследований по проверке достоверности теоретических предпосылок и эффективности технических решений по управлению водорас-пределением.
Методика исследования. На основе изучения, анализа и обобщения конструкций и компоновок гидроузлов и гидроучастков, технологии и режимов водораспределения в условиях питания из двух источников орошения, выявить технологические параметры вододеле _ 7 кия, динамики уровней и расходов воды при возмущениях, регулировании и т.д.
Методом анализа и сопоставления применимости различных способов автоматизации, алгоритмов и технических средств управления водораспределением, выявить из них наиболее эффективные для гидроузлов и гидроучастков с подпитыванием.
Путем анализа имеющихся математических моделей, для описания гидравлических режимов работы каналов на гидроузлах и гидроучастках, обосновать их математическую модель и методы исследования водораспределения для расчета технических средств и систем регулирования уровней /расходов/ воды.
Научная новизна работы. Типизированы технологические параметры гидроузлов и гидроучастков с подпитыванием для совершенствования эксплуатации на основе автоматизации; обоснованы способы /а.с. Ш 977565 и I0I6425/ и технические средства /а.с. № 981930/ для повышения точности стабилизации уровней /расходов/ воды при реализации плана водопользования; разработаны условия типизации, как объектов управления, гидроузлов и гидроучастков по определенным временным отношениям с учётом технологических схем их автоматизации; разработаны зависимости для расчёта этих временных показателей: времени нарастания или спада уровней /расходов/ воды и времени добегания расходов /уровней/ воды; разработана методика расчёта установившегося и неустановившегося режимов движения потока воды при спокойном течении в каналах на гидроузлах и гидроучастках с подпитыванием.
Практическая ценность. Полученная типизация технологических параметров позволяет обоснованно провести выбор способов автоматизации, створов измерения для управления режимами водораспределения на оросительных каналах с подпитыванием; проведенное деле - 8 ниє гидроузлов и гидроучастков, как объектов управления, с учётом технологических схем их автоматизации и методики определения параметров движения потока воды, дают возможность ускорить и удешевить их проектирование, уменьшить пероизводительные потери воды при эксплуатации; разработанная автоматическая система регулирования /АСР/ суммарного уровня воды обеспечивает повышение точности стабилизации плановых режимов водораспределения на участках каналов с подпитыванием; разработанные программы расчётов на микро-ЭВМ ускоряют внедрение результатов исследований.
Внедрение. Комплекс программ расчёта параметров движения потока воды в каналах оросительных систем и коэффициентов стандартных законов управления внедрён в Проектном конструкторско-технологическом институте /ЖТИ/ "Водавтоматика и метрология" и использован при расчете схемы автоматического регулирования расходов воды при соответствующих технологических режимах работы ДІЇ "Кубань" на действующей оросительной сети в колхозе "30 лет Казахской ССР".
Разработанная АСР суммарного уровня воды для гидроузлов и гидроучастков с подпитыванием, реализующая а.с. Ш 981930 и І016425, внедрена на Головном участке Западного Большого Чуйско-го канала /ЗБЧК/ Киргизской ССР.
Апробация. Результаты исследований, предусмотренные плановой тематикой отдела локальных автоматических систем регулирования ВНИИКАмелиорация, изложены в научных отчётах за І98І-І982 гг., рассмотренных и одобренных Ученым Советом института.
Материалы работы докладывались на Всесоюзной научно-технической конференции по автоматизации гидромелиоративных систем по теме: "Технологические особенности водозабора и водораспределения на участках оросительной системы, в условиях влияния боковой приточности" /Фрунзе, 1981/, на УІ Всесоюзном научно-техническом совещании по автоматизации производственных процессов в растениеводстве по теме: "К моделированию поливного растениеводства при неустановившейся водоподаче" /Каунас, 1982/, на Всесоюзном научно-техническом семинаре по автоматизации управления мелиоративными системами по теме: "Специализированные технические средства локальной автоматики на базе средств ГСП" /Фрунзе, 1983/, в соавторстве, и экспонировались на ВДНХ СССР в I98I-I982 гг Автор защищает:
- классификацию технологических параметров гидроузлов и гидроучастков с подпитыванием для совершенствования их эксплуатации на основе автоматизации водораспределения;
- способы и технические решения для автоматизации водораспределения на гидроузлах и гидроучастках с подпитыванием /а.с.
- условия функционирования гидроузлов и гидроучастков, как объектов управления, с учётом технологических схем автоматизации водораспределения по отношению времени нарастания или спада расходов /уровней/ воды /постоянной времени/ к времени добегания расходов /уровней/ воды /чистого запаздывания/ и способ определения этих временных показателей по гидравлическим параметрам при различных режимах водораспределения в условиях спокойного течения воды в каналах;
- теоретическое решение задачи определения параметров установившегося и неустановившегося движения потоков воды в каналах с подпитыванием при спокойном её течении;
- программы расчёта параметров движения потока воды и коэффициентов стандартных законов управления уровнями /расходами/ воды;
- рекомендации для проектирования и эксплуатации по выбору способов автоматизации водораспределения, алгоритмов и технических средств контроля и управления уровнями /расходами/ воды в каналах на гидроузлах и гидроучастках с подпитыванием.
Объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Список литературы включает III наименований. Содержание работы излагается на русском языке, выполнено на 244 страницах машинописного текста, содержит 45 стр. рисунков, 14 стр. таблиц, 12 стр. списка литературы, 42 стр. приложении.
Технологические особенности водораспределения на оросительных системах Чуйского водохозяйственного .комплекса
Все магистральные каналы ВХК бассейна р.Чу работают взаимосвязанно по единому плану водопользования, по единой технологической схеме. Эта взаимосвязь позволяет широко маневрировать стоком источников питания, при необходимости выравнивать водообес-печенность оросительных систем и перебрасывать воду из одного канала в другой, из одного бассейна реки в другой /4,35/.
Кратко Чуйский ВХК работает по следующей схеме. Накопление стока р.Чу в Орто-Токойском водохранилище осуществляется в пери- од с сентября по май месяцы. Попуски расходов воды из водохрани лшца, начинающиеся с июня: ниже плотины водохранилища незначительные притоки, выклинивающиеся воды, составляющие сток р.Чу, транспортируются по её руслу к створу слияния с р.Чон-Кемин /рис,1.1/. Ниже по р.Чу поддержание заданного /постоянного/ значения суммарного расхода р.Чу и Чон-Кемин осуществляется управлением попусков расходов воды из Орто-Токойского водохранилища в режиме компенсации недостающего расхода в р.Чон-Кемин. На рис.1.2 - 1.3 представлены гидрографы расходов воды р.Чу, её основного притока р.Чон-Кемин, р.Красной и основных магистральных каналов Чуйского ВХК в наиболее характерные годы: 1972 - маловодный и 1973 - многоводный, на основании материалов УГМС /38,83/.
Далее расходы воды по р.Чу, в максимальных размерах /42 м3/с/, подаются к голове ОЧК /см. рис.1.1/. По ОЧК вода направляется в ВБЧК и транзитом подаётся к Отводящему каналу, и далее по нему к ЗБЧК для подпитывания последнего при наличии излишков воды в ВБЧК. При достижении в голове ОЧК расхода воды свыше его максимальной пропускной способности, вода по р.Чу подается к головному сооружению ВБЧК, где частично забирается для подпитывания ВБЧК до полной его пропускной способности так, чтобы расход в сумме из ОЧК и поступающей с головного сооружения ВБЧК по гидропосту 155 составил не более 50 м3/с Излишки воды сбрасываются по р.Чу к водозаборным сооружениям ЗБЧК и Чумышского гидроузла. Б свою очередь по ЗБЧК вода, забранная из р.Чу и Красной /см. рис.1.1/, подаётся на подкомандные орошаемые площади, удовлетворяет потребности энергетики и по сбросному тракту Ала-мединских ГЭС подаётся в Ала-Арчинское водохранилище, а также подпитывает Атбашинский канал. Атбащинский канал /см. рис.1.1/, кроме того, может подпитываться ещё по двум трактам: по р.Чу со сбросом воды в голове ЗБЧК и по р.Аламедин через катастрофический сброс Аламединского акведука на канале ЗБЧК.
ЗБЧК, кроме основных водозаборов на р.Чу, имеет подпитывание из горных рек Аламедин, Ала-Арча и Сокулук, а ВБЧК подпитыва-ется из рек Шамси и Иссык-Ата. В Атбашинский канал вода забирается из рек Чу и Аламедин на Чумышском гидроузле и головном сооружении на р.Аламедин.
Кратко изложенное свидетельствует, что Чуйский водохозяйственный комплекс имеет сложную схему забора и распределения воды. Магистральные каналы закольцованы между собой и соединены посредством подпитывающих трактов с горными реками. Наличие регулирующих емкостей, таких, как Орто-Токойское, Ала-Арчинское и другие водохранилища, а также закольцованность внутрисистемных каналов позволяет широко маневрировать стоком источников питания, перебрасывать при необходимости, воду из каналов, имеющих более высокообеспеченные источники питания, в каналы менее обеспеченные. На системе комплекса имеются запасные водные тракты, которые дают возможность обходить узкие места /гидросооружения и участки каналов с недостаточной пропускной способностью/ с целью пополнения дефицита воды в нижерасположенных участках каналов, имеющих достаточную пропускную способность. Кольцевание систем позволяет экономить воду за счет пропуска её по каналам, имеющим более высокий коэффициент полезного действия по сравнению с руслами рек. Структура сети каналов сложна, т.к. вододеление связано с резкими колебаниями расходов воды в основных источниках питания и источниках боковой приточности /поступления дополнительных вод, или их сокращения, изменения водоподачи в вышерасположенных каналах и др./.
Анализ-особенностей эксплуатации гидроузлов и гидроучастков с подпитыванием
Бее многообразие различного назначения комплексов гидротехнических сооружений /водорегулирующих и водомерных/ совместно с соединяющими каналами на оросительных системах можно разделить на два вида: гидроузлы и гидроучастки.
В специальной технической литературе имеется довольно большое количество различных определений гидроузлов и гидроучастков: /16,29,30,31,43/. Поэтому нами приняты определения согласно справочного пособия и руководящих материалов ВНШКАмелиорация, утвержденных к применению на оросительных системах Киргизской ССР /106,24/, но внесены в них уточняющие коррективы. Гидроузел - это комплекс гидротехнических /водорегулирующих и водомерных/ сооружений, возводимых на одном ограниченном участке реки или канала, расположенных сосредоточенно или в непосредственной близости друг к другу и связанных общей целью выполняемого ими технологического процесса.
Гидроучасток - это так же комплекс, но с частью водоподво-дящих и водоотводящих участков реки или каналов большой протяженности с распределенными на них замыкающими гидроузлами и отдельными сооружениями, связанными общей целью выполняемого ими технологического процесса. Гидроузлы и гидроучастки с подпитыванием включают в себя два /или несколько/ соединяющихся водных тракта или источника орошения, один из которых является основным согласно технологии водо-подачи, а другой /или другие/ подпитывающим или боковым, обладающим подпитывающим действием /функцией/.
Проведенный обзор оросительных систем Чуйского водохозяйственного комплекса позволил выделить двенадцать наиболее крупных гидроузлов и гидроучастков с подпитыванием для дальнейшего анализа, которые имеют времена транспортного запаздывания расходов воды не превышающие восьми часов. Ограничение времени запаздывания выбрано из тех соображений, что результаты управления при локальной автоматизации должны быть известны и реализованы за смену работы одного диспетчера.
Для дальнейшего анализа подразделим гидроузлы и гидроучаст--ки с подпитыванием на четыре специфические группы, характеризу ющиеся местоположением источника подпитывания относительно водорегулирующих и других сооружений /перегораживающих/, влияющих на режим течения воды на гидроузлах и гидроучастках: перед перегораживающим сооружением; по течению ниже перегораживающего сооружения; между перегораживающими сооружениями; при отсутствии /без/ перегораживающего сооружения. Проанализируем каждую из групп, останавливаясь более подробно на первом объекте; на остальных объектах будут уточняться только их технологические особенности. Принятые условные обозначения, для графического изображения элементов, входящих в гидроузлы и гидроучастки, показаны в табл. I.I. I группа. С источником подпитывания перед перегораживающим сооружением.
Первым объектом является гидроучасток на р.Чу с подпитыванием по Обводному каналу. Схема гидроучастка и гидрографы с расходами воды в средне-декадных значениях показаны на рис. 1.4. Этот гидроучасток известен под названием Чумышский водозаборный узел. Он представляет собой сооружение с лобовым водозабором, который осуществляется по принципу расслоения потока воды по вертикали с забором верхнего слоя в каналы - Атбашинский и Георгиевский и сбросом нижнего, содержащего основную массу донных и большую часть взвешенных наносов, через донные промывные галереи в нижний бьеф.
Общая пропускная способность гидроузла 665 м3/с, состоит из щитовой плотины с двусторонним забором воды, донных промывных галерей и 4-х камерных отстойников, расположенных перед регуляторами каналов.
Щитовая плотина с двумя речными пролетами по 44,0 м каждый рассчитана на пропуск паводкового расхода 300 м3/с. Расчетный напор перед порогом плотины 3,4 м. Порог плотины приподнят над понуром на 0,8 м. Для гашения энергии в нижнем бьефе предусмотрен водобойный колодец глубиной 2 м и длиной 16 м, заканчивающийся гасителями.
Пролеты плотины перекрыты двумя сегментными затворами шириной 14,0 м каждый с верхними козырьками-клапанами высотой 0,3 м. Маневрирование затворами производится с помощью электродвигателей. Подъемные механизмы плотины расположены на двухпролетном железо-бетонном мосту, опирающемся на раздельные бычки сооружения. Регуляторы водоприемников в каналы расположены симметрично и имеют по 4 отверстия каждый шириной 4,5 м. Расчетный напор перед регулятором 1,34 м. Максимальная пропускная способность каждого регулятора 42,5 м3/с
Регуляторы, расположенные параллельно плотине, сопрягаются с отходящими каналами под углом 90. Под регулятором также симметрично расположены донные промывные галереи с 4 отверстиями каждая, шириной 4,0 м, высотой 1,25 м. Напор перед донными галереями 4,2 м, максимальная пропускная способность каждой -140,0 м3/с Отверстия регуляторов и донных промывных галерей перекрываются затвором с винтовыми подъемниками, с электрифицированным приводом.
Алгоритмы управления расходами /уровнями/ воды на гидроузлах и гидроучастках с подпитыванием
Применение законов управления затворами гидротехнических сооружении, изменяющих водораспределение на гидроузлах и гидроучастках с подпитыванием, аналогично их применению для обычных гидроузлов и гидроучастков без подпитывания, учитывая, что управление водораспределением производится с целью стабилизации одних и тех же параметров - уровней или расходов воды в магистральных каналах.
Выбор законов управления проводится на основе моделирования /19,28,64,84/, что связано с широким диапазоном изменения регулируемых параметров на реальных гидроузлах. Но, основываясь на подразделении гидромелиоративных объектов по отношению времени нарастания расходов /уровней/ воды /постоянной времени/ к времени добегания расходов /уровней/ воды /чистого запаздывания/, отмеченного в начале этого раздела, нами показана возможность использования результатов исследований, проведенных в теории автоматического регулирования, поэтому последнее явится базой для оценки законов управления.
Основное применение нашли стандартные законы управления: пропорциональный /И/, интегральный /И/, пропорционально-дифференциальный /ПД/, ііропорционально-интегрально-дифференциальньш /ПИД/. Рассмотрим основы формирования каждого из этих законов: где U - управляющий сигнал, Кр - коэффициент пропорциональности, АГІ - рассогласование измеряемого уровня расхода воды.
Формирование управляющих воздействий, при использовании стандартных законов управления, осуществляется в виде непрерывных и дискретных сигналов. Последние подразделяются на: импульсный, при квантовании сигнала по времени; релейный, при квантовании сигнала по уровню и цифровой, при квантовании сигнала по времени и по уровню. Таким образом, законы управления определяются по характеру сигнала /27,36,41,48,53,69,92/, что необходимо для понимания сущности процессов управления.
В настоящее время при автоматизации водораспределения на открытых каналах оросительных систем нашел широкое распространение импульсный закон управления, что связано с необходимостью ожидания времени добегания расходов воды от створа управления до створа измерения. По этому закону выполнена локальная автоматизация магистральных каналов Чуиского БХК: ЗБЧК, ББЧК, Туш и многих других каналов, что связано с выпуском регулирующих устройств с импульсными законами управления.
Кроме того, ряд авторов /20,44,57,80,99/ рассматривал вопрос об использовании непрерывных законов управления при локальной автоматизации, что, однако, требует соответствующей технической ре ализации и практической проверки.
Однако, наиболее полное обоснование применения стандартных законов управления объектами с запаздыванием рассмотрено в работах по анализу и синтезу этих законов /41,60,61,94,98,102/ в теории автоматического управления и регулирования. По отношению постоянной времени / Т / к времени чистого запаздывания /L / рекомендуются следующие законы управления: при Т/Г 5 - релейный; при Т/ I - непрерывный; при 0,2 Т/Г 5 - импульсный; при О Т/Т I - специальный.
Применение различных законов управления для одинаковых характеристик гидромелиоративных объектов /одинаковых отношений Т/Г /, объясняется возможностью получения наилучших показателей управления. Например, минимального времени переходного процесса или минимального отклонения регулируемого параметра, с использованием только определенного закона. Для выбора конкретных значений настроечных параметров законов управления объектов по формулам /2.I/-/2.5/ необходимо использовать вышеуказанные проработки в теории автоматического управления и регулирования. В них.приводятся следующие обобщающие выводы: I. При использовании непрерывных законов управления рекомендуется /с учетом возможности их технической реализации на средствах: гидравлической автоматики/: П - закон управления применять для объектов с большим отношением Т/Г /малым запаздыванием/, т.к. с одной стороны, с точки зрения устойчивости, коэффициент усиления ограничен, а с другой -слишком незначительный коэффициент усиления приводит к большим ошибкам в установившемся состоянии; ПД - закон управления, с одной стороны, имеет преимущества перед П - законом, а іменно, уменьшается перерегулирование с од новременным сокращением колебательности, с другой стороны - переходные процессы не гладкие, а содержат скачки; И и ПИ - законы управления достаточно хорошо обеспечивают протекание переходных процессов, как известно, установившаяся ошибка в этом случае равна нулю, однако, при И - законе время переходного процесса довольно велико, поэтому ПИ - закон обладает наилучшими свойствами, т.к. пропорциональная составляющая значительно ускоряет ход процесса в начальной фазе протекания, а интегральная составляющая ликвидирует установившуюся ошибку и ускоряет ход процесса в заключительной фазе; ІВД - закон управления наиболее универсален, обеспечивает исключительно сильное сокращение времени переходных процессов по сравнению с ПИ - законом, но соответственно настройка управления достаточно трудна, кроме того, как и ПД - закон, имеет скачки в переходных процессах. 2. Использование импульсных законов управления позволяет обеспечить заданное время протекания переходных процессов для определенного класса объектов /с малъми величинами отношения Т/ /, чего нельзя достичь при применении непрерывных законов.
Исследование усовершенствованного способа автоматизации водораспределения на гидроузлах и гидроучастках с подпитыванием
Автоматизация водораспределения на гидроучастке р.Красная с Подпитывающим каналом осуществлена при помощи AGP суммарного уровня воды с несколькими измерениями (рис.4.4), работа которой происходит следующим образом.
При изменении расхода в р.Красная, в створе гидропоста, соответственно изменяется расход воды в Подпитывающем канале на головном узле р.Чу. На время добегания измененного расхода по р.Красная до Краснореченского гидроузла временно изменится (при помощи АСР суммарного уровня) расход воды подаваемый в ЗБЧК для поддержания заданного уровня воды в верхнем бьефе Краснореченского гидроузла. Временное изменение расхода воды в ЗБЧК производится на разницу времен добегания расходов воды по Подпитывающему каналу и р.Красная до верхнего бьефа Краснореченского гидроузла с целью поддержания стабильного уровня воды в этом створе. При подходе измененного расхода воды по Подпитывающему каналу к верхнему бьефу Краснореченского гидроузла восстанавливается прежний расход в ЗБЧК. Спустя время успокоения колебаний уровня воды в верхнем бьефе Краснореченского гидроузла, в створе датчика, сравниваются заданный и текущий уровни воды. При их равенстве процесс регулирования заканчивается. Если разница уровней превышает установленную зону нечувствительности при регулировании ( +I см), то вновь пропорционально изменяется расход воды в Подпитывающем канале. На время добегания измененного расхода по Подпитывающему каналу снова изменяется расход в ЗБЧК, а по истечению этого времени производится восстановление прежнего расхода в ЗБЧК и сравнение уровней, в верхнем бьефе Краснореченского гидроузла аналогично вышеописанному. Такой же процесс регулирования производится при первоначально возникшем изменении уровня воды в верхнем бьефе Краснореченского гидроузла при изменении водоподачи в Подпитывающий канал или в водовыпуски на его протяжении.
Поддержание заданного уровня воды в верхнем бьефе Краснореченского гидроузла на время добегания измененного расхода по Подпитывающему каналу осуществляется AGP-4 (см,рис. 4.1), с целью стабилизации расходов воды подаваемых в водовыпуски. Обозначения АСР-4, датчиков уровня 2) I и ]) 6 на рис. 4.1 соответствуют обозначениям регулирующего устройства Р2 и датчикам уровня воды в верхнем бьефе Краснореченского гидроузла и на р.Красная по рис. 4.4.
Реализация АСР суммарного уровня воды осуществлена с помощью следующих технических средств: датчиков уровня воды типа РУС, датчиков положения затворов типа ЕКС, регулирующих устройств типа РУЭМ (технические характеристики см. подраздел 2.3) и электромеханическом оборудовании Головного участка ЗБЧК, включающем станции управления электроприводами затворов типа ІШШ-550І, электроприводы А0ЛС-І2-6 в комплексе с сегментными затворами. Используемая в АСР суммарного уровня АСР-4 осуществляет управление затворами ЗБЧК по импульсному ПИ-закону. Расчет ее настроечных параметров проведен по общепринятым методам /57, 60/ сектором АСР ВНИИКАмелиорация /80/.
Управление затворами Подпитывающего канала осуществлено по импульсному П-закону, который как указано В.А.Рожновым и Р.М.Тюменевым /84/, обеспечивает хорошее качество стабилизации уровня воды в нижнем бьефе гидроучастка. Расчет параметров настроек регулирующего устройства PI проведен по методике, изложенной в техническом описании и инструкции по эксплуатации на общепромышленное регулирующее устройство РП2-УЗ, являющееся основой: регулирующего устройства PI. Определение необходимого изменения открытия затворов Подпитывающего канала (коэффициента пропорциональности) и временных параметров регулирования проведено на основе расчета (приложение I) с использованием прамет-ров перегораживающих сооружений в начале и конце Подпитывающего канала (граничных, условий.). На рис. 4.5 - 4.6 представлены результаты экспериментов при следующих, технологических условиях: расходы р.Красная - 22,56 м3/с ; Подпитывающего канала - 10,17 м3/с (рис. 4.5 а,б) ; расходы р. Красная - 22,47 м3/с ; Подпитывающего канала - 18,13 м3/с (рис. 4.6 а,б) ; максимальное изменение уровня воды в р. Красная - 3 см.
Как указывалось в подразделе 4.1 для исследования работы АСР суммарного уровня при максимальных расходах ЗБЧК проведено моделирование. По данным расчета установившегося и неустановившегося движения потока воды в канале (по приложению I) определено отношение постоянной времени к времени чистого запаздывания объекта, представленные в табл. 4.1.
