便攜式人工模擬降雨器 人工模擬降雨實(shí)驗(yàn)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(jì)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(shí)現(xiàn)降雨實(shí)驗(yàn)的整個(gè)過(guò)程.以下是分項(xiàng)解釋:

1、管路系統(tǒng)方案：是指整個(gè)實(shí)驗(yàn)區(qū)內(nèi)架有管路系統(tǒng)。即降雨所走的水路系統(tǒng).整個(gè)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(zhǎng)方型架構(gòu).建議降雨面積成長(zhǎng)方型5*6米標(biāo)準(zhǔn)徑流場(chǎng)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(shí)驗(yàn)區(qū)建成降雨區(qū)，降雨區(qū)為了的達(dá)了下墊面的實(shí)驗(yàn)得以完成，30平米,降雨高度為4米。整個(gè)降雨可以模擬人工降雨的效果，詳見(jiàn)人工降雨模擬方案。

3、總體技術(shù)指標(biāo)如下：

（1）、降雨面積：30平米

（2）、降雨高度：    4m

（3）、雨強(qiáng)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(shí)： 任意

（7）、降雨測(cè)量：0.01mm/h

（8）、降雨調(diào)節(jié)：7mm/h

（9）、雨強(qiáng)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(shuō)明:如上圖所示：依據(jù)降雨面積30平米，高度4米現(xiàn)場(chǎng)要求，設(shè)計(jì)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(gè)不同規(guī)格疊加的供水管路，管道分為一個(gè)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(qiáng)為20-150之間。以一組管路降雨時(shí),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(jì)方案采用1套新的配裝式高靈敏度雨量計(jì)，獲得降雨現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)實(shí)際降雨強(qiáng)度值，以此實(shí)際降雨強(qiáng)度平均值為反饋控制信號(hào)與實(shí)驗(yàn)設(shè)定雨強(qiáng)比照，結(jié)合新型反饋調(diào)控算法在整個(gè)降雨期反復(fù)逼近設(shè)定的雨強(qiáng)值。這樣即可自動(dòng)得到真實(shí)、準(zhǔn)確、穩(wěn)定的降雨過(guò)程。控制方法的流程框圖如下：

評(píng)價(jià)：此方案以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)雨強(qiáng)為反饋控制信號(hào)，可實(shí)時(shí)監(jiān)控實(shí)驗(yàn)區(qū)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的雨強(qiáng)分布及平均值，不但可省略實(shí)驗(yàn)前的人工率定過(guò)程，而且實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可得知當(dāng)時(shí)雨強(qiáng)值，人工手動(dòng)操作可干預(yù)降雨控制過(guò)程。

新型閉環(huán)反饋逼近控制算法：為準(zhǔn)確、快速、穩(wěn)定的進(jìn)行降雨過(guò)程控制，本項(xiàng)目采用閉環(huán)反饋控制算法。控制算法為：先，根據(jù)資料，流量調(diào)節(jié)閥的驅(qū)動(dòng)電流與閥門(mén)的開(kāi)啟位置為線性關(guān)系，而閥門(mén)的開(kāi)啟位置又與雨強(qiáng)為線性關(guān)系。其次假設(shè)；

實(shí)驗(yàn)要求雨強(qiáng)為Y0，

現(xiàn)場(chǎng)無(wú)線自計(jì)雨量計(jì)的當(dāng)前實(shí)際雨強(qiáng)平均值，簡(jiǎn)稱當(dāng)前雨強(qiáng)為Yx，

其相應(yīng)流量調(diào)節(jié)閥當(dāng)前位置的驅(qū)動(dòng)電流值，簡(jiǎn)稱當(dāng)前驅(qū)動(dòng)電流為Ix，

流量調(diào)節(jié)閥流量變化值相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)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(qiáng)變化為Ymax，

Y0相應(yīng)的流量調(diào)節(jié)閥驅(qū)動(dòng)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(biāo)）雨強(qiáng)相應(yīng)流量調(diào)節(jié)閥驅(qū)動(dòng)電流推算值為Ix0。以分十步逐步逼近設(shè)定雨強(qiáng)計(jì)算，則在流量調(diào)節(jié)閥當(dāng)前基礎(chǔ)上調(diào)節(jié)步長(zhǎng)為：

（Ix- Ix0）/10

當(dāng)完成此步長(zhǎng)調(diào)節(jié)，并經(jīng)消除系統(tǒng)滯后后再以當(dāng)時(shí)應(yīng)流量調(diào)節(jié)閥當(dāng)前位置的驅(qū)動(dòng)電流值為Ix反復(fù)重復(fù)上述調(diào)節(jié)過(guò)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(píng)價(jià)：  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(dòng)控制算法，即可在自動(dòng)控制與手動(dòng)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(qiáng)Yx與實(shí)驗(yàn)要求雨強(qiáng)Y0差異較大時(shí)，流量調(diào)節(jié)閥逼近實(shí)驗(yàn)要求雨強(qiáng)Y0的調(diào)節(jié)步長(zhǎng)（Ix- Ix0）/10也大，下次再以新的當(dāng)前雨強(qiáng)Yx逼近實(shí)驗(yàn)要求雨強(qiáng)Y0，當(dāng)Yx與Y0越接近，反復(fù)逼近調(diào)節(jié)步長(zhǎng)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(kāi)放式中文菜單操作軟件系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)選擇參數(shù)、系統(tǒng)滯后校正、流量調(diào)節(jié)閥/自計(jì)雨量計(jì)特性參數(shù)、降雨過(guò)程曲線等可在降雨過(guò)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(qiáng)Ymax時(shí)顯示流量調(diào)節(jié)閥驅(qū)動(dòng)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(gè)雨量計(jì)、平均值，設(shè)定值的過(guò)程曲線、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(píng)價(jià)：該系統(tǒng)軟件采用全開(kāi)放式設(shè)計(jì)，開(kāi)關(guān)狀態(tài)、降雨區(qū)設(shè)置、雨量計(jì)設(shè)置等現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)可依據(jù)實(shí)際情況自由設(shè)置，以適應(yīng)于各種不同降雨區(qū)。現(xiàn)場(chǎng)條件參數(shù)、測(cè)量結(jié)果實(shí)時(shí)數(shù)顯，過(guò)程曲線顯示。軟件可在任意情況下轉(zhuǎn)入自動(dòng)控制狀態(tài)，即手動(dòng)控制可任意中斷控制過(guò)程。實(shí)驗(yàn)結(jié)果可多種方式文本輸出。

3、技術(shù)指標(biāo)
1、 可直接使用于任何降雨區(qū)控制。

2、 調(diào)節(jié)時(shí)間<30S。

3、 穩(wěn)態(tài)誤差<5%。

4、 控制降雨雨強(qiáng)變化范圍20---150mm/h。

5、 連續(xù)降雨時(shí)間99999秒。

 四、降雨系統(tǒng)參數(shù)
1.主要技術(shù)指標(biāo)

本系統(tǒng)主要用于模擬降雨實(shí)驗(yàn)，雨量的測(cè)量和降雨雨強(qiáng)的控制。系統(tǒng)可將雨量計(jì)的模擬信號(hào)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(shí)驗(yàn)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(jì)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(hào)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(jī)與下位機(jī)通訊方式：               RS232

10、降雨區(qū)閥門(mén)控制：                      4~20mA DC

2.控制臺(tái)系統(tǒng)測(cè)控組成圖：

五、系統(tǒng)主要部件及技術(shù)指標(biāo):           
類(lèi)別
 序號(hào)
 名  稱
 型號(hào)
 數(shù)量
 技術(shù)指標(biāo)
 
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(yùn)行。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的控制硬件。雨強(qiáng)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(kù)。
 
2
 硬件系統(tǒng)組態(tài)
 運(yùn)行環(huán)境
 1項(xiàng)
 為硬件環(huán)境定制軟件運(yùn)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(hào)，分別為1.5、2.0、2.5三種，每種15個(gè)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(gè)層面?？傮w五路系統(tǒng)，每種系統(tǒng)的一路和另一路對(duì)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(jì)
 南水
 1臺(tái)
 南京水紋研究所出品，目前是中國(guó)為準(zhǔn)確的雨量計(jì)，誤差率在4%左右
 
4
 流量調(diào)節(jié)閥
 日本、西儀
 1臺(tái)
 西安匯源儀表有限公司出廠，型號(hào)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(kāi)關(guān)
 直徑25
 27只
 江蘇電磁閥門(mén)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(guò)濾器
 南閥
 1只
 不銹剛過(guò)濾器，將過(guò)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(shí)左右，揚(yáng)程為18米左右，40外接管徑，管線均為國(guó)標(biāo)。
 
電控系統(tǒng)
 1
 模擬降雨自動(dòng)控制中心
 單片機(jī)
 1
 整體降雨系統(tǒng)的控制中心，三路開(kāi)關(guān)量信號(hào)，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(jì)方案排布。
 
表頭
 1
 雨強(qiáng)顯示表，顯示表，開(kāi)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(biāo)準(zhǔn)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(dòng)閥門(mén)的開(kāi)度，從而調(diào)節(jié)出相應(yīng)的雨強(qiáng).
 
2
 控制電柜
 上世
 1
 空氣一關(guān)，接觸器，繼電器等，均為國(guó)標(biāo)。
 
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(shí)間及吃住行費(fèi)用。
 
2
 運(yùn)費(fèi)路費(fèi)
 費(fèi)用
 1
 整個(gè)設(shè)備的運(yùn)輸費(fèi)用，及上力費(fèi)，及工程師為生產(chǎn)中采購(gòu)加班等費(fèi)用。
 
注：

費(fèi)用均包含在其內(nèi)，的設(shè)計(jì)、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：