基于液位差的恒流量船闸控制系统和方法.pdf

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1、10申请公布号CN104196002A43申请公布日20141210CN104196002A21申请号201410385055922申请日20140806E02C1/00200601G05B19/0520060171申请人浙江大学地址310027浙江省杭州市西湖区浙大路38号申请人陆乙君72发明人陆乙君黄懿明杨勇吴明光74专利代理机构杭州求是专利事务所有限公司33200代理人张法高54发明名称基于液位差的恒流量船闸控制系统和方法57摘要本发明公开一种基于液位差的恒流量船闸控制系统和方法，系统由船闸上游/闸室/下游液位检测装置、船闸上/下闸首、船闸上/下闸首开度仪、船闸上/下闸首注/泄水泵，下位。

2、机中央控制器PLC、船闸闸首启闭机控制柜、上位机监控PC组成。“二乘二取二”结构的激光测距仪液位检测装置、其输出的液位信号采用“二乘二取二”祘法处理；激光测距仪消除了基于压力机理的水位计的缺陷，“二乘二取二”技术提高了液位检测的精度和可靠性。在船闸上/下闸首注/泄水泵协助下，基于液位差的恒流量船闸控制采用多模分段控制算法根据船闸闸室水位与上/下游水位的不同液位差，设计不同的控制策略；多模分段控制提高了船闸的安全与效率指标。51INTCL权利要求书4页说明书11页附图4页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书4页说明书11页附图4页10申请公布号CN104196002ACN1。

3、04196002A1/4页21一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PLC7、船闸闸首启闭机控制柜8、上位机监控PC9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和船闸下闸首泄水泵6通过注/泄。

4、水管从上/下游取/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AVM58；上位机监控PC9与下位机中央控制器PLC7相连，下位机中央控制器PLC7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PLC7，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PLC7；液位检测装置均。

5、按“二乘二取二”的结构设计，下位机中央控制器PLC7采用“二乘二取二”祘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类同；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。

6、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悬浮与船闸上游左岸测井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PLC7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”的祘法处理。

7、；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CHECK100110或120、CHECK20。

8、0权利要求书CN104196002A2/4页3210或220、CHECK300310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0ESP005M，CHECK1001101检测状态的激光测距仪采样11CHECK100110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RS48上传至下位机中央控制器PLC712CHECK100120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。

9、液位、通过RS48上传至下位机中央控制器PLC72激光测距仪液位数据的中位均值滤波21CHECK100110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D115AVERAGED110D114AVERAGED115AVERAGE/222CHECK100120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D125AVERAGED120D124AVERAGED125AVERAGE/23“二乘二取二”祘法处理31CHECK100110311|D114AVERAGED115AVERAGE|H。

10、CHAMBERDOWNSTREAM/HUPSTREAMCHAMBER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QD200K1D200KA/TS；HFULLOPENHCHAMBERDOWNSTREAM/HUPSTREAMCHAMBER0061根据液位差流量模型进行船闸恒流量的PID控制；0062液位差流量模型0063流量软测量模型QD200K1D200KA/TS；0064HFULLOPENHCHAMBERDOWNSTREAM/HUPSTREAMCHAMBER0137根据液位差流量模型进行船闸恒流量的PID控制0138液位差流量模型0139流量软测量模型QD200K。

11、1D200KA/TS0140HFULLOPENHHCHAMBERDOWNSTREAM/HUPSTREAMCHAMBER0141启动船闸下闸首泄水泵/启动船闸上闸首注水泵0142HHFULLOPEN0143切断船闸下闸首泄水泵/切断船闸上闸首注水泵0144船闸下/上闸首的闸门完全开启0145船舶驶离船闸闸室、进入下/上游0146返回“”；0147式中0148HFULLOPEN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，HCHAMBERDOWNSTREAM为启动船闸下闸首泄水泵的、闸室与下游液位差的上限，HUPSTREAMCHAMBER为启动船闸上闸首注水。

12、泵的、上游与闸室液位差的上限，H为上游与闸室的液位差或闸室与下游的液位差，0149Q为闸室的注/泄流量、Q0为闸室的最佳注/泄流量，0150D200I为I时刻的闸室液位、TS为闸室液位的采样周期，A为闸室截面，说明书CN104196002A1511/11页160151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；0152说明01531、闸室注/泄流量Q采用检测闸室液位变化量的间接测量方法获取，01542、根据液位差流量模型进行的船闸恒流量PID控制，设定值Q0、输入变量QQ0Q，Q经PID运祘后输出控制量U、借助船闸闸首启闭机控制柜调节E、Q，使Q0。说明书CN104196002A161/4页17图1图2A说明书附图CN104196002A172/4页18图2B图2C说明书附图CN104196002A183/4页19图2D图3说明书附图CN104196002A194/4页20图4说明书附图CN104196002A20。