[发明专利]自动化灌溉水渠的监控

说明书

本发明提供通过计算机控制的流体网络(100)将流体输送至至少一个客户(114)的方法。所述流体网络(100)具有多个调节器，用于控制沿着所述流体网络(100)的流体流以将预定量的流体输送至至少一个客户(114)。所述网络(100)包括用于在计算机控制下打开和关闭所述调节器的第一控制系统(102)。所述第一控制系统(102)基于对各调节器上游和下游液位及各调节器开放位置的定时测量来收集数据，使用数据分析来提供用于预测在调节器之间各液位的各模型。作为监控层的第二控制系统(104)与所述第一控制系统(102)交互，以基于限制条件和未来流负载对由所述第一控制系统(102)对所述调节器的控制提供调整。第三控制系统与所述第一(102)和第二(104)控制系统交互。所述第三控制系统(106)处理来自所述至少一个客户(114)的流体输送需求，以基于所述流体网络的水力容量来提供流负载输送日程表(118)。

技术领域

本发明涉及用于流体网络的监控系统和监控方法，具体而非排他地涉及用于开放水道(水渠网络)和封闭水道(水管)。

背景技术

在其整体被包含于此的美国专利号7152001中，揭示了一个用于预测流体流网络中流体液位的基于计算机的系统。所述系统非常成功，因为它能使用过去和现在的参数测量值来预测并控制流体液位和流。所述系统从定时的流体液位和调节器或阀门的开放位置中收集数据以提供模型，从所述流体模型中能够实时确定液位和流。灌溉水渠是开放的水力系统，其用于将水从供应源头传输至终端用户。沿着水渠，凭借位于分散点的控制闸门来调节流和水位。美国专利号7152001的图1示出通过上射式闸门来调节的典型水渠的侧面视图。闸门16和18之间的一段水渠标示为水池。在重力作用下，水从水源沿着水渠流到农场。鉴于此，沿着水渠的水位对应于可用于产生沿着水渠自身流进横向分配系统和要灌溉土地的水流的势能。因而将水位维持在满足流需求的水位以上很重要。

使灌溉水渠自动化的目标是，关于取自水源和输送至终端用户的水，改善分配效率。这通过利用美国专利号7152001中所示类型的先进设备和控制系统来获得，当沿着水渠系统的水位维持在由服务质量和安全考虑所规定的操作限制内时，其提供了在农户预订水量和沿水渠流动或流进水渠系统的水量之间更为接近的匹配。

美国专利号7152001包括传感器24、26、28、29和通过监控和数据采集(SCADA)通信网络44连接的执行器，以及先进的控制实施，它们相互协同工作以获得高的分配效率，减少传送损耗，并为客户/农户提供高水平的服务，从而从有限的水资源得到高的生产率。当水渠完全自动化时，水渠控制闸门16、18操作为使得它们满足控制闸门16、18下游的需求并维持每个水池中的闸门或调节器的上游水位。在每个水池中，必须超过某个水位以提供将水进一步向下游推动进入第二级水渠和相邻农场所需的势能。流入水渠系统的水量在上游或顶端被控制。当在指定水池中检测到水位下降时，流入水渠的水量增加，或者当水位上升以确保维持不变的水位时流入水渠的水量减少。

利用回应控制策略将水池中的水位维持在它们的设定点，即仅在受控变量(水池中的水位)偏离其设定点时才采取控制行动。这通常被称作反馈控制。在水池中的下游调节器18和侧面排水渠以及农场排水口(如果有)处所测量的流信息可被利用来增强反馈控制器并使得控制系统的响应性更好。上游闸门16立即发送所测量流出量的百分比，而不是等待流影响到水池中的水位和反馈控制器采取行动，这通常被称作前馈控制。

上述回应控制架构限制了流负载的变化(即开始或停止流出)向上游的瞬时传播。关于驱使水从上游源头被释放的对应要求，优点是，仅当存在因下游排水而产生的流出且该流出在排水停止时被切断时，水才从顶端被释放。然而，具体就响应于流负载增加而控制闸门流指令和水位偏离的瞬时峰值以及当流负载减少时的类似不期望的效果而言，可获得的瞬时性能基本受内在的传输延迟限制。