徐洪

摘 要：文章創(chuàng)造性地提出通過專家PID動(dòng)態(tài)控制液壓裝置改變水壩窄縫及挑坎的形狀，使窄縫、挑坎始終適應(yīng)當(dāng)前工況。一方面可以減少窄縫和挑坎的設(shè)計(jì)裕度進(jìn)而減少建造成本，另一方面又可減少下游消力塘的投資。

關(guān)鍵詞：水壩；窄縫挑坎；專家PID；動(dòng)態(tài)控制

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）19-0058-02

Abstract： This paper creatively proposes to change the shape of the dam's slit-type flip buckets by dynamic control of the hydraulic device by the expert PID control method， so that the slit-type flip buckets are always adapted to the current working conditions. On the one hand， it can reduce the design margin of slit-type flip buckets and thus reduce the construction cost， on the other hand， it can reduce the investment in downstream plunge pond.

Keywords： dam； slit-type flip buckets； expert PID control method； dynamic control

水壩在施工時(shí)往往是根據(jù)設(shè)計(jì)水頭和設(shè)計(jì)流量來確定壩身泄水孔的窄縫挑坎的形狀尺寸。目前大壩壩身泄水孔的結(jié)構(gòu)尺寸一旦確定就不再變化，而實(shí)際的工況又千變?nèi)f化。在水位變化或泄流量變化時(shí)，泄水流速、水壓往往偏離設(shè)計(jì)壩身泄水孔所采用的值，所以挑坎底板往往會(huì)承受過壓、欠壓或不能達(dá)到設(shè)定的挑距進(jìn)而產(chǎn)生影響挑坎的性能。本文創(chuàng)造性地提出通過專家PID動(dòng)態(tài)控制液壓裝置改變窄縫及挑坎的形狀，使窄縫、挑坎始終適應(yīng)當(dāng)前工況。

1 流量、水位的測(cè)量

用電磁流量計(jì)測(cè)窄縫的過流量Q、用同心圓柱式電容液位儀測(cè)庫水位與下游水位之差H0。由上述傳感器獲得流量、水位等模擬量輸入，再通過PLC轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，最后輸出CPU處理結(jié)果，控制機(jī)械液壓裝置改變窄縫形態(tài)。

2 窄縫挑坎的水力計(jì)算與分析

我們可以通過測(cè)量水頭H0來算出當(dāng)前工況的最優(yōu)窄縫挑坎出口高程H、豎向出口挑角Ψ2、邊墻收縮角α和窄縫收縮比■，然后將水電站運(yùn)行水頭Hmin-Hmax等間距取出水頭序列計(jì)算出上述參數(shù)，再轉(zhuǎn)化為PID控制器控制液壓裝置的參數(shù)，制出表各水頭-水電站窄縫最優(yōu)參數(shù)-PID控制器參數(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)系表。水電站在運(yùn)行過程中就可以根據(jù)水頭大小調(diào)整相應(yīng)的窄縫參數(shù)，從而獲得調(diào)流消能的最大效益。

為研究方便，我們僅討論一級(jí)非對(duì)稱直線邊墻窄縫并近似采用一維非均勻水流模型，但是本方法對(duì)各類型窄縫均有效。各參數(shù)下標(biāo)1表示窄縫進(jìn)口，下標(biāo)2表示窄縫出口。

3 PID控制與PLC實(shí)現(xiàn)

與微機(jī)控制器相比，可編程控制器（PLC）具有很強(qiáng)的抗干擾能力，因此PLC能在壩身泄水孔這樣的惡劣環(huán)境中可靠工作。因此這里選用故障率小、故障修復(fù)時(shí)間短的PLC控制器。首先讀取專家關(guān)系庫中的數(shù)據(jù)，把當(dāng)前水頭和流量的對(duì)應(yīng)PID參數(shù)發(fā)送到PLC寄存器（D1-D5）中，PLC再從寄存器中讀取各參數(shù)（D16-D20）。

4 結(jié)束語

通過專家PID動(dòng)態(tài)控制窄縫挑坎形態(tài)，可使窄縫挑坎自適應(yīng)當(dāng)前工況，從而提升窄縫挑坎的性能，減小其設(shè)計(jì)裕度進(jìn)而減小投資。在采用三菱GX Works FX5CPU和Simulink進(jìn)行仿真控制，能較平穩(wěn)、較迅速的實(shí)現(xiàn)控制目的，但在實(shí)際大壩泄水孔的惡劣環(huán)境和液壓裝置的控制情況還有待進(jìn)一步研究。

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