一种用于水工模型试验的自动流量控制系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于水工模型试验的自动流量控制系统。目前，水工实验室内多通过手动控制阀门或堰前水位来调节管道流量，利用电磁流量计或三角堰测量流量,效率较低，且误差较大，导致实验数据的不稳定。本发明专利技术涉及一种用于水工模型试验的自动流量控制系统，其中电磁流量计与比例控制阀布置在同一根循环水管管道上，电磁流量计通过通讯线与控制柜信号输入接口相连，比例控制阀通过通讯线与控制柜信号输入接口相连，控制柜通讯接口与计算机主机通过通讯线相连，储水箱内部固定设置有液位传感器。本装置的优点在于：该方法在实时监测管道的流量具有较高的精度，精度误差小于等于3％，可以达到流量的精准控制。

【技术实现步骤摘要】
一种用于水工模型试验的自动流量控制系统
本专利技术涉及水工模型试验中水文流量过程线的自动调节过程，具体涉及一种用于水工模型试验的自动流量控制系统。
技术介绍
水工模型试验经常涉及对流量的控制和测量，在对上游洪水进行模拟时，需要根据水文的流量过程线来调节上游来水。目前，水工实验室内多通过手动控制阀门或堰前水位来调节管道流量，利用电磁流量计或三角堰测量流量。这种人工操作流量的方式效率较低，且误差较大，可能导致实验数据的不稳定。由于手动调节流量的方式实时性较差，实验过程中往往将上游流量固定为整个洪水过程的平均值，仅保留洪水总量的相似性，而不能反映上游洪水流量的变化过程。基于上诉现有室内实验常见控制流量手段的缺点，结合当今计算机程序自动信息处理的通用工具特点，本专利技术专利专门提出了一种用于水工模型试验的自动流量控制系统，以提高水工模型试验操作过程的便捷性和实验结果的可靠性。
技术实现思路
(一)解决的技术问题本专利技术的目的是克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种用于水工模型试验的自动流量控制系统，能够通过在计算机中输入流量过程线来调节管道的流量过程，从而达到实验过程中对管道流量的监控和调节的便捷性，并且能够减少因为人工调节阀门来控制管道流量所带来的误差，从而提高实验结果的精度。(二)技术方案本专利技术的技术方案：一种用于水工模型试验的自动流量控制系统，包括水泵、储水箱、液位传感器、电磁流量计、比例控制阀、通讯线、控制柜、计算机主机、计算机显示屏、集水箱、循环水管；其中：水泵的进水端与集水箱通过循环水管相连，水泵通过循环管道与储水箱相连，电磁流量计与比例控制阀布置在同一根循环水管管道上，电磁流量计通过通讯线与控制柜信号输入接口相连，比例控制阀通过通讯线与控制柜信号输入接口相连，控制柜通讯接口与计算机主机通过通讯线相连，计算机主机与计算机显示屏通过通讯线相连，储水箱内部固定设置有液位传感器，液位传感器与控制柜信号输入接口通过通讯线相连。一种用于水工模型试验的自动流量控制系统，其中：液位传感器型号为561250581934。一种用于水工模型试验的自动流量控制系统，其中：电磁流量计型号为SGLDG-32。一种用于水工模型试验的自动流量控制系统，其中：比例控制阀型号为PM-02。一种用于水工模型试验的自动流量控制系统，其中：通讯线型号为60227IEC53。一种用于水工模型试验的自动流量控制系统，其中：控制柜主控单元型号为HAControl-06。本专利技术的原理在于：本专利技术所述的一种用于水工模型试验的自动流量控制系统，包括流量监测装置，阀门控制装置以及信息处理装置。流量监测装置：液位传感器满足静压测量原理，当液位变送器投入到被测液体中某一深度时，传感器迎液面受到的压力公式为(1)，通过通讯线与计算机相连可以实时检测集水箱中的水位情况。电磁流量计工作原理是基于法拉第电磁感应定律。将切割磁力线感应出电动势E。电动势E正比于磁通量密度B，测量管内径d与平均流速v的乘积。电动势E(流量信号)由电极检出并通过电缆送至转换器。转化器将流量信号放大处理后，可显示流体流量，并能输出脉冲，模拟电流等信号，可以在计算机中实时检测管内的流量。则由式(2)可知，体积流量Q与信号电压E成正比，即流速感应的信号电压E与体积Q成线性关系。因此，只要测量出E就可确定流量Q。而电磁流量计实时将管内的流量信息传递给计算机中的自动流量控制系统，本文中采用的电磁流量计仪表流量大小范围0.5-30m3/h，具体由水压决定，采用32mm管径，模拟量采集作为输出流量反馈，瞬态响应速度小于10ms。P＝ρgh+P0(1)式中：P为变送器迎液面所受压力；ρ为被测液体密度；g为当地重力加速度；Po液面上大气压；h变送器投入液体的深度。E＝KBdv(2)式中：E为电极间的信号电压(v)，B磁通密度(T)d为测量管内径(m)，v为平均流速(m/s)，式中K,d为常数，由于励磁电流是恒流的，故B也是常数。阀门控制装置：本装置采用的比例调节阀为32mm管径，0到10v输出调节阀门大小，控制流量，其阀门开关大小通过控制柜采用多段PID调节手段控制，实现精密控制。信息处理装置：自动流量控制系统采用汇编语言自主编制的流量控制的算法，控制柜是一个信息处理的装置，采用多段PID调节手段控制比例调节阀的开度。该自动流量控制系统由上述三部分构成，首先，由用户在自动流量控制系统中定义好流量的过程线，如式(3)，在每一个时段，有一个流量值Q；电磁流量计会实时监控管道内的流量值Q1，并将其值传给计算机，并判断Q与Q1是否相等，若两者相等，则保持管道内的流量不变；若不相等，则通过控制柜采用多段PID调节手段控制比例控制阀的开度，不断重复上述调节和判断的过程，直至管道内的流量达到用户定义的流量过程线(如附图2所示)，精度误差小于等于3％。(三)有益效果本专利技术的优点在于：(1)在水箱中设置液位传感器，液位传感器与控制柜相连，可以在自动流量控制系统软件中实时观察水箱水位情况。(2)本专利技术是一种用于水工模型试验的自动流量控制系统，结构设计合理，操作简单，将计算机与电磁流量计和比例阀结合在一起，管道内的流量过程线可以预先在计算机中设置好，然后由计算机中的自动流量控制软件根据流量的过程线发出指令给控制柜，最后控制比例阀的开度来控制管道流量的目的，全过程只需要用计算机控制，完全实现自动化。(3)自动流量控制系统由于有流量计的实时检测，相比实验室以往的流量监测方法而言，该方法在实时监测管道的流量具有较高的精度，精度误差小于等于3％，可以达到流量的精准控制。(4)管道的各时长内的用水量以及最终的总用水量均能够直接在计算机读取出来，节省了实验后计算用水量的时间。(5)由于该系统可以定义不同时段内设置不同的流量值，并且摆脱了以前人工控制阀门开度，这样不但能够达到对流量控制的便捷，还可以提高实验结果的精度。附图说明图1为本专利技术的结构示意图。图2为本专利技术的工作流程图。图3为本专利技术的流量与时间变化关系对比图。附图标记：水泵1、储水箱2、液位传感器3、电磁流量计4、比例控制阀5、通讯线6、控制柜7、计算机主机8、计算机显示屏9、集水箱10、循环水管11。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。实施例1、请参阅图1，一种用于水工模型试验的自动流量控制系统，包括水泵1、储水箱2、液位传感器3、电磁流量计4、比例控制阀5、通讯线6、控制柜7、计算机主机8、计算机显示屏9、集水箱10、循环水管11；其中：水泵1的进水端与集水箱10通过循环水管11相连，水泵1通过循环管道11与储水箱2相连，电磁流量计4与比例控制阀5布置在同一根循环水管11管道上，电磁流量计4通过通讯线6与控制柜7信号输入接口相连，比例控制阀5通过通讯线6与控制柜7信号输入接口相连，控制柜7通讯接口与计算机主机8通过通讯线6相连，计算机主机8与计算机显示屏9通过通讯线6相连，储水箱2内部固定设置有液位传感器3，液位传感器3与控制柜7信号输入接口通过通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于水工模型试验的自动流量控制系统，包括水泵(1)、储水箱(2)、液位传感器(3)、电磁流量计(4)、比例控制阀(5)、通讯线(6)、控制柜(7)、计算机主机(8)、计算机显示屏(9)、集水箱(10)、循环水管(11)；其特征在于：水泵(1)的进水端与集水箱(10)通过循环水管(11)相连，水泵(1)通过循环管道(11)与储水箱(2)相连，电磁流量计(4)与比例控制阀(5)布置在同一根循环水管(11)管道上，电磁流量计(4)通过通讯线(6)与控制柜(7)信号输入接口相连，比例控制阀(5)通过通讯线(6)与控制柜(7)信号输入接口相连，控制柜(7)通讯接口与计算机主机(8)通过通讯线(6)相连，计算机主机(8)与计算机显示屏(9)通过通讯线(6)相连，储水箱(2)内部固定设置有液位传感器(3)，液位传感器(3)与控制柜(7)信号输入接口通过通讯线(6)相连。

【技术特征摘要】
1.一种用于水工模型试验的自动流量控制系统，包括水泵(1)、储水箱(2)、液位传感器(3)、电磁流量计(4)、比例控制阀(5)、通讯线(6)、控制柜(7)、计算机主机(8)、计算机显示屏(9)、集水箱(10)、循环水管(11)；其特征在于：水泵(1)的进水端与集水箱(10)通过循环水管(11)相连，水泵(1)通过循环管道(11)与储水箱(2)相连，电磁流量计(4)与比例控制阀(5)布置在同一根循环水管(11)管道上，电磁流量计(4)通过通讯线(6)与控制柜(7)信号输入接口相连，比例控制阀(5)通过通讯线(6)与控制柜(7)信号输入接口相连，控制柜(7)通讯接口与计算机主机(8)通过通讯线(6)相连，计算机主机(8)与计算机显示屏(9)通过通讯线(6)相连，储水箱(2)内部固定设置有液位传感器(3)，液位传感器(3)与控制柜(7)信号输入接...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚池，杨建华，邵玉龙，张小波，姜清辉，周创兵，
申请(专利权)人：南昌大学，
类型：发明
国别省市：江西,36