一种漫顶溃坝试验中的洪水流量控制方法及控制系统

摘要

本发明公开了一种漫顶溃坝试验中的洪水流量控制方法，通过拉格朗日法对离散洪水流量信息进行插值拟合；在拟合的曲线上选取极值点，并选用一定步长选取其余点，将这些点用直线连接，得到表示洪水流量信息的折线图；根据折线图中每两点之间流量的平均值计算对应时间段中电动阀门的平均角速度，根据每个时间段的平均角速度计算得到平均驱动力信息，并传输给PLC控制器，由PLC控制器输出电流信号控制电动阀门的开度。本发明洪水流量控制方法及控制系统，提供了与河流洪水流量过程曲线相同的水流条件，提升对于流量的控制精度；模拟河流洪水的水流条件，降低了河流洪水水流条件对于漫顶溃坝试验效果的影响。

说明书

技术领域

本发明涉及一种漫顶溃坝试验中的洪水流量控制方法及控制系统，属于漫顶溃坝试验洪水流量控制技术领域。

背景技术

我国拥有八万余座大坝，它们在发电、供水、灌溉、防洪、航运等方面发挥着巨大的社会经济价值。可如今极端水文事件显著增加，大坝发生溃决的风险不断被提升。因此人们在充分利用天然水资源的同时，对于大坝的安全问题也越来越重视。

库水漫顶是大坝溃决的主要原因，在我国，它占溃坝总数的比例超过51%。所以，开展复杂水流条件下大坝漫顶溃决的机理研究，已经成为了提升我国灾害防御能力，保障社会经济发展，保护人民生命财产安全的重要需求。漫顶溃坝过程中的物理现象往往非常复杂，许多问题依靠理论分析来求解会遇到很大的困难，而漫顶溃坝模型试验在溃坝机理研究方面具有其它手段无可比拟的优越性。

一般情况下导致大坝漫顶溃决的洪水，大都由暴雨或者上游大坝溃决所致，其洪水流量过程具有洪峰高，历时短，不同时间点流量差异较大的特点。但目前的漫顶溃坝试验中，由于都是采用手工机械调节方式进行水流控制，因此只能采用洪水流量的平均值，然而这种将实际情况中极其复杂的水流条件简化为恒定流量的做法，是非常不妥的，会极大影响试验的效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种漫顶溃坝试验中的洪水流量控制方法及控制系统，为漫顶溃坝试验提供与河流洪水流量过程曲线相同的水流条件，提升对于流量的控制精度。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种漫顶溃坝试验中的洪水流量控制方法，将洪水流量信息转化为电动阀门的平均驱动力信息，然后将平均驱动力信息转化为电流信号后传输给电动阀门，控制电动阀门的开度，所述将洪水流量信息转化为电动阀门的平均驱动力信息的方法为：利用拉格朗日法对代表洪水流量信息的流量-时间离散点进行插值拟合得到拟合曲线；在拟合曲线上选取极值点，并选用一定步长选取其余点，将这些点用直线连接，得到表示洪水流量信息的折线图；根据折线图中每两点之间流量的平均值计算对应时间段中电动阀门的平均角速度，根据每个时间段的平均角速度计算得到平均驱动力信息。

优选的，所述将平均驱动力信息转化为电流信号后传输给电动阀门，控制电动阀门的开度的方法为：设置电动阀门的初始开度，将每个时间段的平均驱动力信息转化为电流信号输出，驱动电动阀门旋转，控制电动阀门的开度。

一种漫顶溃坝试验中的洪水流量控制系统，包括控制模块、电动阀门、水表以及阀门；所述控制模块用于将洪水流量信息转化为电动阀门的平均驱动力信息后，再将平均驱动力信息转化为电流信号传送给电动阀门；所述水表及阀门设置于进水口，用于确保进水口的洪水流量始终为洪水流量信息中的最大流量；所述电动阀门设置于阀门与出水口之间，用于接收电流信号，并根据电流信号控制电动阀门的开度。

进一步的，所述漫顶溃坝试验中的洪水流量控制系统还包括水流传感器，所述水流传感器设置于电动阀门与出水口之间，且与所述PLC控制器相连。

优选的，所述控制模块包括计算机、PLC控制器，所述PLC控制器分别连接所述计算机、电动阀门；所述计算机用于将洪水流量信息转化为各个时间段的平均驱动力信息；所述PLC控制器用于将平均驱动力信息转化为电流信号传送给电动阀门。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1、本发明漫顶溃坝试验中的洪水流量控制方法及控制系统，提供了与河流洪水流量过程曲线相同的水流条件，提升了对于流量的控制精度。

2、本发明漫顶溃坝试验中的洪水流量控制方法及控制系统，模拟河流洪水的水流条件，降低了河流洪水水流条件对于漫顶溃坝试验效果的影响。

附图说明

图1是本发明漫顶溃坝试验中的洪水流量控制系统的整体架构图。

图2是本发明漫顶溃坝试验中的洪水流量控制系统的工作原理框图。

图3是本发明漫顶溃坝试验中的洪水流量控制系统中计算机处理洪水流量信息的流程图。

图4是本发明漫顶溃坝试验中的洪水流量控制系统中PLC控制器处理信息的流程图。

其中：1为计算机，2为PLC控制器，3为水表，4为阀门，5为电动阀门，6为水流传感器。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

如图1、图2所示，为本发明漫顶溃坝试验中的洪水流量控制系统的整体架构图和工作原理框图。从图中看出，漫顶溃坝试验中的洪水流量控制系统包括计算机1、PLC控制器2、电动阀门5、水表3以及阀门4；PLC控制器分别连接计算机、电动阀门；水表及阀门设置于进水口，电动阀门设置于阀门与出水口之间；计算机用于将洪水流量信息转换为时间参数和驱动力参数；PLC控制器用于接收时间参数和驱动力参数，并转换为电流信号传送给电动阀门；电动阀门用于接收电流信号，根据电流信号控制开度。

作为进一步的优选方案，本发明洪水流量控制系统还包括水流传感器6，水流传感器设置于电动阀门与出水口之间，且与PLC控制器相连。计算机通过PC/PPI电缆和自由端口实现与PLC控制器之间的串行通信。PLC控制器的电流数字模拟通道接入到电动阀门的电流输入通道，PLC控制器和电动阀门公共控制端相接。

本发明洪水流量控制系统在接收洪水流量信息之后，能够通过计算机的控制自动完成电动阀门的开度控制，其工作原理如下：计算机将输入的洪水流量信息转化为每个时段中所需的平均驱动力信息，平均驱动力信息通过PLC控制器转化为电流信号，传递给电动阀门，控制电动阀门在每个时间段中的开度。洪水流量控制系统中的水流传感器则通过PLC控制器向计算机传递测量的洪水流量信息，在计算机上形成动态流量信息，方便与实际洪水流量信息进行对比。

如图3所示，为本发明漫顶溃坝试验中的洪水流量控制系统中计算机处理洪水流量信息的流程图。计算机处理洪水流量信息原理如下：计算机接受管理人员输入的洪水流量信息(即洪水流量-时间的离散点)，将各离散点通过拉格朗日法进行插值拟合得到拟合曲线，在拟合的曲线上选取极值点，并选用适当的步长选取其余各点，使用直线连接各点得到折线图，用所得到的折线图表示洪水过程的流量信息。根据折线图中的最大流量调节进水口的水表和阀门，使得进水口洪水流量始终保持在折线图中的最大流量，根据折线图中每两点之间流量的平均值与选用的电动阀门参数计算出每个时段中电动阀门的平均角速度，根据每个时间段的平均角速度计算得到平均驱动力信息。

如图4所示，为本发明漫顶溃坝试验中的洪水流量控制系统中PLC控制器处理信息的流程图。PLC控制器接收计算机输出的平均驱动力信息，并启动元件，设置电动阀门的初始开度；将每个时间段的平均驱动力信息转化为相应时间段所需的电流信号，在每个计时时段中输出电流信号，传递给电动阀门，控制电动阀门在每个时间段中的开度，在整个洪水流量过程模拟结束时，电动阀门的开度为0。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。