便攜式人工模擬降雨器 人工模擬降雨實驗室系統(tǒng)
一、總則:
人工模擬降雨系統(tǒng),是應(yīng)交流所設(shè)計所成，整體解決方案有二大部分組成分為：管路系統(tǒng)方案、降雨模擬系統(tǒng)方案。二大部分組成后實現(xiàn)降雨實驗的整個過程.以下是分項解釋:
1、管路系統(tǒng)方案：是指整個實驗區(qū)內(nèi)架有管路系統(tǒng)。即降雨所走的水路系統(tǒng).整個管路系統(tǒng)除接頭外,均為熱渡管制造,管路系統(tǒng)形成后,可以使得降雨面積在30平米任意拼接,成長方型架構(gòu).建議降雨面積成長方型5*6米標準徑流場上使用構(gòu)制?？蛇m應(yīng)于任何坡度的使用.
2、降雨模擬系統(tǒng)方案：是指在實驗區(qū)建成降雨區(qū)，降雨區(qū)為了的達了下墊面的實驗得以完成，30平米,降雨高度為4米。整個降雨可以模擬人工降雨的效果，詳見人工降雨模擬方案。
3、總體技術(shù)指標如下：
（1）、降雨面積：30平米
（2）、降雨高度： 4m
（3）、雨強連續(xù)變化范圍：20～150mm/h
（4）、降雨均勻度系數(shù)： 大于0.8
（5）、雨滴大小調(diào)控范圍：1.7～2.8mm
（6）、降雨歷時： 任意
（7）、降雨測量：0.01mm/h
（8）、降雨調(diào)節(jié)：7mm/h
（9）、雨強軟件系統(tǒng)的定制
二、人工模擬降雨管架方案
1. 管道布置圖
說明:如上圖所示：依據(jù)降雨面積30平米，高度4米現(xiàn)場要求，設(shè)計如上，主供水管采用中部平衡供水，噴頭供水管采用3組4米高的3個不同規(guī)格疊加的供水管路，管道分為一個層面,形成降雨區(qū).降雨投影面積在水面疊加交叉均勻，從而形成的降雨效果。降雨雨強為20-150之間。以一組管路降雨時,面積為六平米,如此疊加,直至于30平米.
2.噴頭布置圖
為噴頭， 為噴頭疊加位置 為降雨區(qū)
注：管路系統(tǒng)均為活接式的，可以任意的拼接，接頭均為活接式的。可以接出面積為30平米。
3.管路布置拓樸圖
三、降雨模擬自控系統(tǒng)
1、閉環(huán)反饋逼近控制算法
本設(shè)計方案采用1套新的配裝式高靈敏度雨量計，獲得降雨現(xiàn)場實時動態(tài)實際降雨強度值，以此實際降雨強度平均值為反饋控制信號與實驗設(shè)定雨強比照，結(jié)合新型反饋調(diào)控算法在整個降雨期反復(fù)逼近設(shè)定的雨強值。這樣即可自動得到真實、準確、穩(wěn)定的降雨過程。控制方法的流程框圖如下：
評價：此方案以現(xiàn)場實際實時動態(tài)雨強為反饋控制信號，可實時監(jiān)控實驗區(qū)各監(jiān)測點的雨強分布及平均值，不但可省略實驗前的人工率定過程，而且實驗過程中可得知當(dāng)時雨強值，人工手動操作可干預(yù)降雨控制過程。
新型閉環(huán)反饋逼近控制算法：為準確、快速、穩(wěn)定的進行降雨過程控制，本項目采用閉環(huán)反饋控制算法?？刂扑惴椋合龋鶕?jù)資料，流量調(diào)節(jié)閥的驅(qū)動電流與閥門的開啟位置為線性關(guān)系，而閥門的開啟位置又與雨強為線性關(guān)系。其次假設(shè)；
實驗要求雨強為Y0，
現(xiàn)場無線自計雨量計的當(dāng)前實際雨強平均值，簡稱當(dāng)前雨強為Yx，
其相應(yīng)流量調(diào)節(jié)閥當(dāng)前位置的驅(qū)動電流值，簡稱當(dāng)前驅(qū)動電流為Ix，
流量調(diào)節(jié)閥流量變化值相應(yīng)的驅(qū)動電流變化值為Imax，
流量調(diào)節(jié)閥流量變化值相應(yīng)的雨強變化為Ymax，
Y0相應(yīng)的流量調(diào)節(jié)閥驅(qū)動電流為Ix0。
則應(yīng)有如下公式成立
（Yx- Y0）/Ymax=（Ix- Ix0）/Imax
Ix0= Ix -Imax*（Yx- Y0）/Ymax
求得設(shè)定（目標）雨強相應(yīng)流量調(diào)節(jié)閥驅(qū)動電流推算值為Ix0。以分十步逐步逼近設(shè)定雨強計算，則在流量調(diào)節(jié)閥當(dāng)前基礎(chǔ)上調(diào)節(jié)步長為：
（Ix- Ix0）/10
當(dāng)完成此步長調(diào)節(jié)，并經(jīng)消除系統(tǒng)滯后后再以當(dāng)時應(yīng)流量調(diào)節(jié)閥當(dāng)前位置的驅(qū)動電流值為Ix反復(fù)重復(fù)上述調(diào)節(jié)過程直至降雨結(jié)束。算法子程序軟件流程框圖為：
N
降雨結(jié)束
Y
圖. 閉環(huán)反饋逼近控制算法框
評價： 這種新型閉環(huán)反饋逼近控制算法可在任意降雨控制狀態(tài)下啟動控制算法，即可在自動控制與手動操作之間任意切換。在考慮調(diào)控貫性的情況下，Ix- Ix0= Imax*（Yx- Y0）/Ymax，當(dāng)前雨強Yx與實驗要求雨強Y0差異較大時，流量調(diào)節(jié)閥逼近實驗要求雨強Y0的調(diào)節(jié)步長（Ix- Ix0）/10也大，下次再以新的當(dāng)前雨強Yx逼近實驗要求雨強Y0，當(dāng)Yx與Y0越接近，反復(fù)逼近調(diào)節(jié)步長越越小，這樣不但調(diào)控速度快而且Y0控制平穩(wěn)。
2、控制系統(tǒng)軟件原理
該系統(tǒng)采用全開放式中文菜單操作軟件系統(tǒng)，現(xiàn)場選擇參數(shù)、系統(tǒng)滯后校正、流量調(diào)節(jié)閥/自計雨量計特性參數(shù)、降雨過程曲線等可在降雨過程中重新修正。該軟件具有系統(tǒng)調(diào)試子菜單，它只在人工調(diào)節(jié)值雨強Ymax時顯示流量調(diào)節(jié)閥驅(qū)動電流值Imax，可方便得到閉環(huán)反饋逼近控制算法參數(shù)。該軟件還具有可顯示各個雨量計、平均值，設(shè)定值的過程曲線、實時監(jiān)測結(jié)果數(shù)顯，設(shè)定參數(shù)輔助提示，異常情況關(guān)泵、結(jié)果文本輸出等功能。流程框圖如下：
性設(shè)置
N
結(jié)束/異常
圖1軟件流程框圖
評價：該系統(tǒng)軟件采用全開放式設(shè)計，開關(guān)狀態(tài)、降雨區(qū)設(shè)置、雨量計設(shè)置等現(xiàn)場參數(shù)可依據(jù)實際情況自由設(shè)置，以適應(yīng)于各種不同降雨區(qū)?，F(xiàn)場條件參數(shù)、測量結(jié)果實時數(shù)顯，過程曲線顯示。軟件可在任意情況下轉(zhuǎn)入自動控制狀態(tài)，即手動控制可任意中斷控制過程。實驗結(jié)果可多種方式文本輸出。
3、技術(shù)指標
1、 可直接使用于任何降雨區(qū)控制。
2、 調(diào)節(jié)時間<30S。
3、 穩(wěn)態(tài)誤差<5%。
4、 控制降雨雨強變化范圍20---150mm/h。
5、 連續(xù)降雨時間99999秒。
四、降雨系統(tǒng)參數(shù)
1.主要技術(shù)指標
本系統(tǒng)主要用于模擬降雨實驗，雨量的測量和降雨雨強的控制。系統(tǒng)可將雨量計的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，以數(shù)字形式顯示當(dāng)前雨量。
系統(tǒng)適用于模擬降雨等環(huán)境實驗室。
1、雨量筒承雨口內(nèi)徑： Φ200
2、雨量筒分辨力： 0.5mm
3、雨量計工作電壓： DC5V
4、主控制器工作電壓： AC220V 50Hz
5、顯示屏工作電壓： DC24V
6、信號采集器工作電壓： DC24V
7、傳感器通訊方式： 有線
8、各板卡間通訊方式： RS485
9、機與下位機通訊方式： RS232
10、降雨區(qū)閥門控制： 4~20mA DC
2.控制臺系統(tǒng)測控組成圖：
五、系統(tǒng)主要部件及技術(shù)指標:
類別
序號
名 稱
型號
數(shù)量
技術(shù)指標
軟件
1
系統(tǒng)自控軟件
綠色
1套
目前為流行的綠色軟件，不需安裝，直接運行。點對點的控制硬件。雨強顯示為0.1，即顯示為000.0的。并導(dǎo)出格式為表格式。使用Access數(shù)據(jù)庫。
2
硬件系統(tǒng)組態(tài)
運行環(huán)境
1項
為硬件環(huán)境定制軟件運行環(huán)境，使得硬件與軟件間的配合工作。
降
雨管路系統(tǒng)
1
噴頭
F123/8
27只
大中小三種雨滴型號，分別為1.5、2.0、2.5三種，每種15個只分別安裝在五路系統(tǒng)上。
2
管路及分水系統(tǒng)
熱渡管
1套
熱電渡管，管徑為40MM，立柱式的架設(shè)。降雨層面分成三個層面。總體五路系統(tǒng)，每種系統(tǒng)的一路和另一路對應(yīng)成疊加降雨方式。
蓄水罐
1只
熟塑料制作，總承水重量為1.5噸。
3
雨量計
南水
1臺
南京水紋研究所出品，目前是中國為準確的雨量計，誤差率在4%左右
4
流量調(diào)節(jié)閥
日本、西儀
1臺
西安匯源儀表有限公司出廠，型號為HYDDF-40-02.控制模塊系日本。調(diào)節(jié)為0.1.法蘭式的接頭。
5
電磁管路開關(guān)
直徑25
27只
江蘇電磁閥門公司生產(chǎn)，電磁閥，承受水壓為0.8MP，工作電壓為220V，50HZ，管徑為25MM，內(nèi)絲式的接頭。
6
過濾器
南閥
1只
不銹剛過濾器，將過濾網(wǎng)更換為60目的，的擋住雜質(zhì)。
7
水泵及管線
2KW/40
1
水泵為杭州生產(chǎn)產(chǎn)品，工作電壓為220V,或380V均可，流量為8立方每小時左右，揚程為18米左右，40外接管徑，管線均為國標。
電控系統(tǒng)
1
模擬降雨自動控制中心
單片機
1
整體降雨系統(tǒng)的控制中心，三路開關(guān)量信號，卡版接入式，通信串口為232或4的接頭，板子的制作，線路圖的排布，按設(shè)計方案排布。
表頭
1
雨強顯示表，顯示表，開度顯示表，均為表頭，為0.1即顯示為：000.0。
柜子數(shù)據(jù)線
1
柜子為南京華龍電子商城定制，外型美觀大方，外接為式，使用及方便。端子排接頭為標準式。
電子電調(diào)器
1
有西安匯源儀表公司出廠，定位調(diào)節(jié)電動閥門的開度，從而調(diào)節(jié)出相應(yīng)的雨強.
2
控制電柜
上世
1
空氣一關(guān)，接觸器，繼電器等，均為國標。
雜支
1
安裝培訓(xùn)
工程師工作
1
由工程師組成工作，安裝所需工具用具，培訓(xùn)所花時間及吃住行費用。
2
運費路費
費用
1
整個設(shè)備的運輸費用，及上力費，及工程師為生產(chǎn)中采購加班等費用。
注：
費用均包含在其內(nèi)，的設(shè)計、生產(chǎn)、安裝、調(diào)試、培訓(xùn)，均能滿足雙方約定的技術(shù)要求。
聯(lián)系方式 郵箱： 業(yè)務(wù)聯(lián)系： 人工模擬降雨技術(shù)支持：
