一种适用于河工/水工物理模型试验的流量智能化控制装置及方法

本发明涉及水工/河工物理模型流量智能化控制，特别涉及一种适用于河工/水工物理模型试验的流量智能化控制装置及控制方法。

背景技术：

1、河工/水工物理模型试验是水利工程建设可行性研究和初步设计阶段工程设计及优化的重要研究手段， 试验结果是工程特征参数论证和优化的重要科学依据。

2、河工/水工物理模型主要由流量控制设施、整流设施、模型试验段、尾门控制设施、回水廊道构成。流量是物理模型试验的重要输入边界条件，它的测量精度直接影响了试验成果的准确性和可靠性。

3、平水塔和量水堰的组合方式是河工/水工物理模型相关试验规程（sl99-2012、sl155-2012）推荐的流量控制设施，平水塔保证进入模型的流量稳定，通过控制平水塔和堰前供水渠交界处的闸门的开度来实现流量大小调节，再准确测量出堰前供水渠内的堰上水头，利用水力学公式推算断面流量，对该过程逆向操作即可将目标流量控制转换上堰上水头控制，简化流量控制过程。

4、当前闸门开度的控制和水位测针测量堰上水头都依靠人工控制，消除闸门启闭引起堰前供水渠内的水位波动影响需要等待较长时间（取决于目标流量大小），再加上堰上水头测量位置和闸门控制位置有较长一段距离，完成流量控制至少需要两个人力，短时间无法释放人力完成模型试验其他的准备工作，降低模型试验效率。

5、此外，水位测针测量堰上水头需要人工读数，不同人员的视差会增大边界流量控制的随机误差，降低流量控制精度。

6、因此，为了有效避免人员差异引起的流量控制精度下降和释放多余人力提高物理模型试验效率，研发一种适用于河工/水工物理模型试验的流量智能化控制装置及控制方法是有实际价值和意义。

技术实现思路

1、针对上述技术问题，本发明提出一种适用于河工/水工物理模型试验的流量智能化控制装置及方法，能够有效避免因人员差异引起堰前供水渠水位测针人工读数差异引起的流量控制精度下降，降低研究人员重复往返控制桌与平水塔的耗时，释放多余人力，提高物理模型试验效率，实现河工/水工边界流量的智能化控制。

2、为实现上述目的，本实发明提供如下方案：

3、一种适用于河工/水工物理模型试验的流量智能化控制装置，包括：

4、自动跟踪水位计，设置在堰前供水渠的水面上方，用以检测堰前供水渠中的实时堰上水头信息；

5、第一竖向伸缩组件，设置在所述平水塔上且位于所述闸门的上方，第一竖向伸缩组件的伸缩件与所述闸门连接；

6、控制与采集模块，其信号输入端与所述自动跟踪水位计连接，信号输出端与所述第一竖向伸缩组件连接。

7、所述自动跟踪水位计包括：

8、测针，与一第二竖向伸缩组件连接，所述测针能够通过所述第二竖向伸缩组件实现相对堰前供水渠的水面方向上、下移动；

9、高低电平检测输出模块，包括1根电极，该电极没入堰前供水渠的渠水中，与所述测针形成电信号回路。

10、所述自动跟踪水位计上集成有第一无线传输模块；

11、所述控制与采集模块上集成有第二无线传输模块；

12、所述第二竖向伸缩组件上集成有第三无线传输模块。

13、所述第一竖向伸缩组件为第一丝杆传动机构，所述第一丝杆传动机构的丝杆螺母移动副连接所述闸门。

14、所述第二竖向伸缩组件为第二丝杆传动机构，所述第二丝杆传动机构的丝杆螺母移动副上固定连接有所述测针，连接后，测针和第二丝杆平行布置。

15、所述第二丝杆传动机构上位于所述第二丝杆的顶端设有对所述测针的最高位置进行采集的第一行程限位开关，位于所述第二丝杆的底端设有对所述测针的最低位置进行采集的第二行程限位开关。

16、本发明进一步公开了所述适用于河工/水工物理模型试验的流量智能化控制装置的控制方法，包括以下步骤：

17、s1、向所述控制与采集模块中输入目标流量对应的目标堰上水头、精度误差、粗调延时等待时间、精调延时等待时间以及控制阈值；

18、s2、控制与采集模块读取目标堰上水头并储存在内部寄存器，与自动跟踪水位计传回的实时堰上水头信息进行对比，当实时堰上水头与目标堰上水头差值在控制阈值范围之外，即如下两种情况：

19、若实时堰上水头与目标堰上水头的差值小于0时，控制与采集模块立即输出高电平，第一竖向伸缩组件接收信号后，粗调闸门令其快速上升，增大开度，堰前供水渠流量增大；

20、若实时堰上水头与目标堰上水头的差值大于0时，控制与采集模块立即输出低电平，第一竖向伸缩组件接收信号后，粗调闸门令其快速下降，减小开度，堰前供水渠流量减小；

21、s3、当实时堰上水头与目标堰上水头差值在控制阈值范围之内，控制与采集模块采用精调延时等待时间控制，读取所述自动跟踪水位计的实时堰上水头与目标堰上水头进行动态比较，通过所述第一竖向伸缩组件精调闸门，减小闸门短时间内的运动位移，直至自动跟踪水位计检测的实时堰上水头与目标堰上水头的差值小于精度误差，停止闸门控制，记录目标流量、目标堰上水头和闸门开度，即实现水工/河工物理模型边界流量的智能化控制。

22、步骤s2中，每粗调一次后等待粗调延时等待时间方可进行下次调节。

23、步骤s3中，每精调一次后等待精调延时等待时间方可进行下次调节。

24、所述目标堰上水头由sl155-2012规范获取；

25、所述精度误差由sl99-2012、sl155-2012规范获取；

26、所述粗调延时等待时间取1-5min；

27、所述精调延时等待时间取3-8min；

28、所述控制阈取1-2mm。

29、本发明的有益效果是：

30、（1）实现河工/水工边界流量的智能化控制。

31、（2）有效避免因人员差异引起堰前供水渠水位测针人工读数差异引起的流量控制精度下降。

32、（3）大幅度降低物模研究人员调节流量边界的时间，释放多余人力，提高物理模型试验效率。

技术特征：

1.一种适用于河工/水工物理模型试验的流量智能化控制装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的适用于河工/水工物理模型试验的流量智能化控制装置，其特征在于，所述自动跟踪水位计包括：

3.根据权利要求1所述的适用于河工/水工物理模型试验的流量智能化控制装置，其特征在于，所述自动跟踪水位计上集成有第一无线传输模块；

4.根据权利要求1所述的适用于河工/水工物理模型试验的流量智能化控制装置，其特征在于，所述第一竖向伸缩组件为第一丝杆传动机构，所述第一丝杆传动机构的丝杆螺母移动副连接所述闸门。

5.根据权利要求2所述的适用于河工/水工物理模型试验的流量智能化控制装置，其特征在于，所述第二竖向伸缩组件为第二丝杆传动机构，所述第二丝杆传动机构的丝杆螺母移动副上固定连接有所述测针，连接后，测针和第二丝杆平行布置。

6.根据权利要求5所述的适用于河工/水工物理模型试验的流量智能化控制装置，其特征在于，所述第二丝杆传动机构上位于所述第二丝杆的顶端设有对所述测针的最高位置进行采集的第一行程限位开关，位于所述第二丝杆的底端设有对所述测针的最低位置进行采集的第二行程限位开关。

7.根据权利要求1~6中任一所述适用于河工/水工物理模型试验的流量智能化控制装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，

9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，

技术总结本发明公开了一种适用于河工/水工物理模型试验的流量智能化控制装置及方法，装置包括自动跟踪水位计，用以检测堰前供水渠的堰上水头；第一竖向伸缩组件，设置在所述平水塔上且位于所述闸门的上方，第一竖向伸缩组件的伸缩件与所述闸门连接；控制与采集模块，预设有目标流量对应的目标数据，其信号输入端与所述高低电平检测输出模块、以及计算机连接，信号输出端与所述第一竖向伸缩组件连接。本发明能够避免因人员差异引起堰前供水渠水位测针读数差异引起的流量控制精度下降，释放多余人力，提高物理模型试验效率，实现河工/水工边界流量的智能化控制。技术研发人员：林青炜,袁赛瑜,陈红,张汇明,刘杰卿,陈康,张新铭,金鹏涛,许佳麟受保护的技术使用者：河海大学技术研发日：技术公布日：2024/9/9