便攜式人工模擬降雨器 人工模擬降雨實驗室系統
一、總則:
人工模擬降雨系統,是應交流所設計所成，整體解決方案有二大部分組成分為：管路系統方案、降雨模擬系統方案。二大部分組成后實現降雨實驗的整個過程.以下是分項解釋:
1、管路系統方案：是指整個實驗區內架有管路系統。即降雨所走的水路系統.整個管路系統除接頭外,均為熱渡管制造,管路系統形成后,可以使得降雨面積在30平米任意拼接,成長方型架構.建議降雨面積成長方型5*6米標準徑流場上使用構制。可適應于任何坡度的使用.
2、降雨模擬系統方案：是指在實驗區建成降雨區，降雨區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、總體技術指標如下：
（1）、降雨面積：30平米
（2）、降雨高度： 4m
（3）、雨強連續變化范圍：20～150mm/h
（4）、降雨均勻度系數： 大于0.8
（5）、雨滴大小調控范圍：1.7～2.8mm
（6）、降雨歷時： 任意
（7）、降雨測量：0.01mm/h
（8）、降雨調節：7mm/h
（9）、雨強軟件系統的定制
二、人工模擬降雨管架方案
1. 管道布置圖
說明:如上圖所示：依據降雨面積30平米，高度4米現場要求，設計如上，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個不同規格疊加的供水管路，管道分為一個層面,形成降雨區.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
注：管路系統均為活接式的，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
1、閉環反饋逼近控制算法
本設計方案采用1套新的配裝式高靈敏度雨量計，獲得降雨現場實時動態實際降雨強度值，以此實際降雨強度平均值為反饋控制信號與實驗設定雨強比照，結合新型反饋調控算法在整個降雨期反復逼近設定的雨強值。這樣即可自動得到真實、準確、穩定的降雨過程。控制方法的流程框圖如下：
評價：此方案以現場實際實時動態雨強為反饋控制信號，可實時監控實驗區各監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時雨強值，人工手動操作可干預降雨控制過程。
新型閉環反饋逼近控制算法：為準確、快速、穩定的進行降雨過程控制，本項目采用閉環反饋控制算法。控制算法為：先，根據資料，流量調節閥的驅動電流與閥門的開啟位置為線性關系，而閥門的開啟位置又與雨強為線性關系。其次假設；
實驗要求雨強為Y0，
現場無線自計雨量計的當前實際雨強平均值，簡稱當前雨強為Yx，
其相應流量調節閥當前位置的驅動電流值，簡稱當前驅動電流為Ix，
流量調節閥流量變化值相應的驅動電流變化值為Imax，
流量調節閥流量變化值相應的雨強變化為Ymax，
Y0相應的流量調節閥驅動電流為Ix0。
則應有如下公式成立
（Yx- Y0）/Ymax=（Ix- Ix0）/Imax
Ix0= Ix -Imax*（Yx- Y0）/Ymax
求得設定（目標）雨強相應流量調節閥驅動電流推算值為Ix0。以分十步逐步逼近設定雨強計算，則在流量調節閥當前基礎上調節步長為：
（Ix- Ix0）/10
當完成此步長調節，并經消除系統滯后后再以當時應流量調節閥當前位置的驅動電流值為Ix反復重復上述調節過程直至降雨結束。算法子程序軟件流程框圖為：
N
降雨結束
Y
圖. 閉環反饋逼近控制算法框
評價： 這種新型閉環反饋逼近控制算法可在任意降雨控制狀態下啟動控制算法，即可在自動控制與手動操作之間任意切換。在考慮調控貫性的情況下，Ix- Ix0= Imax*（Yx- Y0）/Ymax，當前雨強Yx與實驗要求雨強Y0差異較大時，流量調節閥逼近實驗要求雨強Y0的調節步長（Ix- Ix0）/10也大，下次再以新的當前雨強Yx逼近實驗要求雨強Y0，當Yx與Y0越接近，反復逼近調節步長越越小，這樣不但調控速度快而且Y0控制平穩。
2、控制系統軟件原理
該系統采用全開放式中文菜單操作軟件系統，現場選擇參數、系統滯后校正、流量調節閥/自計雨量計特性參數、降雨過程曲線等可在降雨過程中重新修正。該軟件具有系統調試子菜單，它只在人工調節值雨強Ymax時顯示流量調節閥驅動電流值Imax，可方便得到閉環反饋逼近控制算法參數。該軟件還具有可顯示各個雨量計、平均值，設定值的過程曲線、實時監測結果數顯，設定參數輔助提示，異常情況關泵、結果文本輸出等功能。流程框圖如下：
性設置
N
結束/異常
圖1軟件流程框圖
評價：該系統軟件采用全開放式設計，開關狀態、降雨區設置、雨量計設置等現場參數可依據實際情況自由設置，以適應于各種不同降雨區。現場條件參數、測量結果實時數顯，過程曲線顯示。軟件可在任意情況下轉入自動控制狀態，即手動控制可任意中斷控制過程。實驗結果可多種方式文本輸出。
3、技術指標
1、 可直接使用于任何降雨區控制。
2、 調節時間<30S。
3、 穩態誤差<5%。
4、 控制降雨雨強變化范圍20---150mm/h。
5、 連續降雨時間99999秒。
四、降雨系統參數
1.主要技術指標
本系統主要用于模擬降雨實驗，雨量的測量和降雨雨強的控制。系統可將雨量計的模擬信號轉換為數字量，以數字形式顯示當前雨量。
系統適用于模擬降雨等環境實驗室。
1、雨量筒承雨口內徑： 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、降雨區閥門控制： 4~20mA DC
2.控制臺系統測控組成圖：
五、系統主要部件及技術指標:
類別
序號
名 稱
型號
數量
技術指標
軟件
1
系統自控軟件
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。并導出格式為表格式。使用Access數據庫。
2
硬件系統組態
運行環境
1項
為硬件環境定制軟件運行環境，使得硬件與軟件間的配合工作。
降
雨管路系統
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上。
2
管路及分水系統
熱渡管
1套
熱電渡管，管徑為40MM，立柱式的架設。降雨層面分成三個層面。總體五路系統，每種系統的一路和另一路對應成疊加降雨方式。
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
流量調節閥
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。調節為0.1.法蘭式的接頭。
5
電磁管路開關
直徑25
27只
江蘇電磁閥門公司生產，電磁閥，承受水壓為0.8MP，工作電壓為220V，50HZ，管徑為25MM，內絲式的接頭。
6
過濾器
南閥
1只
不銹剛過濾器，將過濾網更換為60目的，的擋住雜質。
7
水泵及管線
2KW/40
1
水泵為杭州生產產品，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
1
模擬降雨自動控制中心
單片機
1
整體降雨系統的控制中心，三路開關量信號，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。
柜子數據線
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。
電子電調器
1
有西安匯源儀表公司出廠，定位調節電動閥門的開度，從而調節出相應的雨強.
2
控制電柜
上世
1
空氣一關，接觸器，繼電器等，均為國標。
雜支
1
安裝培訓
工程師工作
1
由工程師組成工作，安裝所需工具用具，培訓所花時間及吃住行費用。
2
運費路費
費用
1
整個設備的運輸費用，及上力費，及工程師為生產中采購加班等費用。
注：
費用均包含在其內，的設計、生產、安裝、調試、培訓，均能滿足雙方約定的技術要求。
聯系方式 郵箱： 業務聯系： 人工模擬降雨技術支持：
