CN110554655A - 一种智能型液压防洪闸门及其控制*** - Google Patents

一种智能型液压防洪闸门及其控制*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种智能型液压防洪闸门及其控制***，包括均与PLC控制器连接的人机界面触摸屏、运行故障监测指示灯、超声波水位传感器、雷达流速仪、拉绳位移传感器和中间继电器，其中，中间继电器还与液压启闭机连接，液压启闭机与防洪闸门连接，与现有技术相比，本发明可根据上游实际监测水位和下游排洪的实际监测水流速对防洪闸门进行分级控制，可实时智能地调整防洪闸门的开启高度及状态，监测数据和故障信息及时显示，无需频繁来往于闸门现场和中控室，有效地降低工作人员的劳动强度,提高***的工作效率，实现智能化远程控制目的，不仅极大地减轻工作人员的负担，而且能够及时处理险情，使防洪工作安全有效地进行。

Description

一种智能型液压防洪闸门及其控制***
技术领域：
本发明属于智能机电控制技术领域，特别涉及一种智能型液压防洪闸门及其控制***。
背景技术：
传统液压启闭机由简易启动控制柜控制液压***的电机和电磁阀来实现油缸的开和关，从而带动闸门的开关。防洪闸门离控制室有一段距离，如遇洪水险情不能及时打开闸门排洪排涝，造成的危害和险情时不可估量的。控制室打开防洪闸门也不能判断闸门的打开程度，都需要人工肉眼去现场查看，频繁来往闸门现场和中控室也不利于及时处理险情，且闸门的打开程度大多靠工作人员的实际经验来预估和判断，不能根据上游实际水位进行准确判断，也不能结合下游排洪的实际水流速对防洪闸门开启高度及状态进行及时调整，监测数据和故障信息更是无法及时获取，即使增加工作人员的劳动强度,也无法有效提高工作效率，不仅工作人员的负担增加了，而且处理险情也不及时，无法使防洪工作安全有效地进行。
发明内容：
为了解决上述问题，本发明提供了一种技术方案：
一种智能型液压防洪闸门及其控制***，包括均与PLC控制器连接的人机界面触摸屏、运行故障监测指示灯、超声波水位传感器、雷达流速仪、拉绳位移传感器和中间继电器，其中，中间继电器还与液压启闭机连接，液压启闭机与防洪闸门连接，其特征在于：
人机界面触摸屏，用于显示各部分的运行状况(比如：上游水位、下游排洪流速及防洪闸门打开程度)和实现用户操作的输入；
运行故障监测指示灯，用于显示各部分故障监测点是否运行正常，各个故障监测点对应一组故障指示灯；
超声波水位传感器，布置于上游方便监测水位情况的位置，用于实时监测上游水位情况，并将监测数据实时发送至PLC控制器；
雷达流速仪，布置于下游方便监测水流量情况的位置，用于实时监测下游排洪的水流量，并将监测数据实时发送至PLC控制器；
拉绳位移传感器，安装于防洪闸门与液压启闭机中液压油缸之间来获取现场闸门的开度情况，用于实时监测防洪闸门的开启高度，并将监测数据实时发送至PLC控制器；
中间继电器，位于液压启闭机旁，用于接收PLC控制器的信息,控制液压启闭机的开启、关闭及不同的开度(即打开的程度)；
液压启闭机，位于防洪闸门旁，用于控制防洪闸门的升降及其升降高度；
防洪闸门，位于坝中排水通道，通过升降的高度调节上下游的水位及流量，达到排洪排涝的防洪目的。
PLC控制器，用于根据超声波水位传感器、雷达流速仪和拉绳位移传感器的实时监测数据，通过内部运算处理后，输出控制信号至中间继电器，进而中间继电器控制液压启闭机的开度来实现对防洪闸门升降高度的调节，同时将监测数据实时显示于人机界面触摸屏，将各部分故障监测点是否运行正常的信息通过运行故障监测指示灯显示。
人机界面触摸屏、运行故障监测指示灯和PLC控制器均位于远端的中控室，便于远程的实时监测和智能控制。
进一步的，所述的一种智能型液压防洪闸门控制***，其特征在于：与PLC控制器连接的超声波水位传感器、雷达流速仪和拉绳位移传感器，在保证传输稳定的前提下，可根据实际情况采用有线或者无线的连接方式。
进一步的，所述的一种智能型液压防洪闸门及其控制***，其特征在于，以PLC控制器为核心控制整个***的正常运行，其控制方法或策略如下：
S101，超声波水位传感器和雷达流速仪分别实时监测上游水位情况和下游排洪的水流量，并将监测数据实时传输至远端中控室的PLC控制器；
S102,PLC控制器接收到超声波水位传感器和雷达流速仪的数据后，调用内部预设的控制算法进行分析运算后，输出控制信号至中间继电器；
S103,中间继电器按照接收PLC的控制信息，实时控制液压启闭机的开度来实现对防洪闸门升降高度的实时调节，同时拉绳位移传感器将监测数据实时传输回PLC控制器，形成完整的控制反馈回路；
S104,整个过程中，步骤S101-S103一直循环进行，同时PLC控制器将监测数据(比如：上游水位、下游排洪流速及防洪闸门打开程度)实时显示于人机界面触摸屏，将各部分故障监测点是否运行正常的信息通过运行故障监测指示灯显示。
进一步的，所述的PLC控制器中预设的控制算法，其特征在于：根据上游实际监测水位h和安全水位h0将分制液压启闭机的开度分成三个安全等级，再根据下游排洪的实际监测水流速v和最佳水流速v0进行微调，具体的安全等级、适用条件、控制算法和防洪闸门开启高度及状态见下表。
其中：
h-上游监测实际水位；
h0-站点的安全水位，即上游水位处于安全警戒线以下且储水量合理的最佳水位；
h1-安全等级为1级时的警戒水位，由站点根据长期观测的实际情况确定；
h2-安全等级为2级时的警戒水位，由站点根据长期观测的实际情况确定；
K-液压启闭机的开度值，简称开度；
H-防洪闸门实际开启高度；
H0-防洪闸门最高开启高度；
α-开度系数，由下游排洪的实际监测水流速v和最佳水流速v0确定；
K′-开度修正值，与当地气候条件有关，包括气温、湿度、风苏、日照时间、降雨量等相关因素；
v-下游排洪的实际监测水流速；
v0-下游排洪最佳水流速，由站点根据长期观测的实际情况确定；
另外，站点的安全水位h0、1级警戒水位h1和2级警戒水位h2的关系为：h0<h1<h2；
开度系数α由下游排洪的实际监测水流速v和最佳水流速v0确定，具体为：
(1)当v≤v0时，α＝1；
(2)当v>v0时，其中n为开度系数α的调整级数，根据当地站点的水位变化的幅度和速率进行选择，一般取值为2。
本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明可根据上游实际监测水位和下游排洪的实际监测水流速对防洪闸门进行分级控制，可实时智能地调整防洪闸门的开启高度及状态，监测数据和故障信息及时显示，无需频繁来往于闸门现场和中控室，有效地降低工作人员的劳动强度,提高***的工作效率，实现智能化远程控制目的，不仅极大地减轻工作人员的负担，而且能够及时处理险情，使防洪工作安全有效地进行。
附图说明：
为了易于说明，本发明由下述的具体实施及附图作以详细描述。
图1为本发明的控制***结构示意图；
图2为本发明的现场布置示意图。
图中：1-人机界面触摸屏、2-运行故障监测指示灯、3-PLC控制器、4-中控室、5-超声波水位传感器、6-中间继电器、7-液压启闭机、8-防洪闸门、9-拉绳位移传感器、10-雷达流速仪。
具体实施方式：
实施例1
如图1-2所示，本具体实施方式采用以下技术方案：一种智能型液压防洪闸门及其控制***，包括均与PLC控制器连接的人机界面触摸屏、运行故障监测指示灯、超声波水位传感器、雷达流速仪、拉绳位移传感器和中间继电器，其中，中间继电器还与液压启闭机连接，液压启闭机与防洪闸门连接，其特征在于：
人机界面触摸屏，用于显示各部分的运行状况(比如：上游水位、下游排洪流速及防洪闸门打开程度)和实现用户操作的输入；
运行故障监测指示灯，用于显示各部分故障监测点是否运行正常，各个故障监测点对应一组故障指示灯；
超声波水位传感器，布置于上游方便监测水位情况的位置，用于实时监测上游水位情况，并将监测数据实时发送至PLC控制器；
雷达流速仪，布置于下游方便监测水流量情况的位置，用于实时监测下游排洪的水流量，并将监测数据实时发送至PLC控制器；
拉绳位移传感器，安装于防洪闸门与液压启闭机中液压油缸之间来获取现场闸门的开度情况，用于实时监测防洪闸门的开启高度，并将监测数据实时发送至PLC控制器；
中间继电器，位于液压启闭机旁，用于接收PLC控制器的信息,控制液压启闭机的开启、关闭及不同的开度(即打开的程度)；
液压启闭机，位于防洪闸门旁，用于控制防洪闸门的升降及其升降高度；
防洪闸门，位于坝中排水通道，通过升降的高度调节上下游的水位及流量，达到排洪排涝的防洪目的。
PLC控制器，用于根据超声波水位传感器、雷达流速仪和拉绳位移传感器的实时监测数据，通过内部运算处理后，输出控制信号至中间继电器，进而中间继电器控制液压启闭机的开度来实现对防洪闸门升降高度的调节，同时将监测数据实时显示于人机界面触摸屏，将各部分故障监测点是否运行正常的信息通过运行故障监测指示灯显示。
人机界面触摸屏、运行故障监测指示灯和PLC控制器均位于远端的中控室，便于远程的实时监测和智能控制。
具体的，所述的一种智能型液压防洪闸门控制***，其特征在于：与PLC控制器连接的超声波水位传感器、雷达流速仪和拉绳位移传感器，在保证传输稳定的前提下，可根据实际情况采用有线或者无线的连接方式。
本发明关键部件选型满足实际使用需求即可，具体选型可参考下表：
实施例2
如图1-2所示，本具体实施方式采用以下技术方案：一种智能型液压防洪闸门及其控制***，包括均与PLC控制器连接的人机界面触摸屏、运行故障监测指示灯、超声波水位传感器、雷达流速仪、拉绳位移传感器和中间继电器，其中，中间继电器还与液压启闭机连接，液压启闭机与防洪闸门连接，其特征在于：
人机界面触摸屏，用于显示各部分的运行状况(比如：上游水位、下游排洪流速及防洪闸门打开程度)和实现用户操作的输入；
运行故障监测指示灯，用于显示各部分故障监测点是否运行正常，各个故障监测点对应一组故障指示灯；
超声波水位传感器，布置于上游方便监测水位情况的位置，用于实时监测上游水位情况，并将监测数据实时发送至PLC控制器；
雷达流速仪，布置于下游方便监测水流量情况的位置，用于实时监测下游排洪的水流量，并将监测数据实时发送至PLC控制器；
拉绳位移传感器，安装于防洪闸门与液压启闭机中液压油缸之间来获取现场闸门的开度情况，用于实时监测防洪闸门的开启高度，并将监测数据实时发送至PLC控制器；
中间继电器，位于液压启闭机旁，用于接收PLC控制器的信息,控制液压启闭机的开启、关闭及不同的开度(即打开的程度)；
液压启闭机，位于防洪闸门旁，用于控制防洪闸门的升降及其升降高度；
防洪闸门，位于坝中排水通道，通过升降的高度调节上下游的水位及流量，达到排洪排涝的防洪目的。
PLC控制器，用于根据超声波水位传感器、雷达流速仪和拉绳位移传感器的实时监测数据，通过内部运算处理后，输出控制信号至中间继电器，进而中间继电器控制液压启闭机的开度来实现对防洪闸门升降高度的调节，同时将监测数据实时显示于人机界面触摸屏，将各部分故障监测点是否运行正常的信息通过运行故障监测指示灯显示。
人机界面触摸屏、运行故障监测指示灯和PLC控制器均位于远端的中控室，便于远程的实时监测和智能控制。
具体的，所述的一种智能型液压防洪闸门控制***，其特征在于：与PLC控制器连接的超声波水位传感器、雷达流速仪和拉绳位移传感器，在保证传输稳定的前提下，可根据实际情况采用有线或者无线的连接方式。
具体的，所述的一种智能型液压防洪闸门及其控制***，其特征在于，以PLC控制器为核心控制整个***的正常运行，其控制方法或策略如下：
S101，超声波水位传感器和雷达流速仪分别实时监测上游水位情况和下游排洪的水流量，并将监测数据实时传输至远端中控室的PLC控制器；
S102,PLC控制器接收到超声波水位传感器和雷达流速仪的数据后，调用内部预设的控制算法进行分析运算后，输出控制信号至中间继电器；
S103,中间继电器按照接收PLC的控制信息，实时控制液压启闭机的开度来实现对防洪闸门升降高度的实时调节，同时拉绳位移传感器将监测数据实时传输回PLC控制器，形成完整的控制反馈回路；
S104,整个过程中，步骤S101-S103一直循环进行，同时PLC控制器将监测数据(比如：上游水位、下游排洪流速及防洪闸门打开程度)实时显示于人机界面触摸屏，将各部分故障监测点是否运行正常的信息通过运行故障监测指示灯显示。
具体的，所述的PLC控制器中预设的控制算法，其特征在于：根据上游实际监测水位h和安全水位h0将分制液压启闭机的开度分成三个安全等级，具体的安全等级、适用条件、控制算法和防洪闸门开启高度及状态见下表。
其中：
h-上游监测实际水位；
h0-站点的安全水位，即上游水位处于安全警戒线以下且储水量合理的最佳水位；
h1-安全等级为1级时的警戒水位，由站点根据长期观测的实际情况确定；
h2-安全等级为2级时的警戒水位，由站点根据长期观测的实际情况确定；
K-液压启闭机的开度值，简称开度；
H-防洪闸门实际开启高度；
H0-防洪闸门最高开启高度；
K′-开度修正值，与当地气候条件有关，包括气温、湿度、风苏、日照时间、降雨量等相关因素。
另外，站点的安全水位h0、1级警戒水位h1和2级警戒水位h2的关系为：h0<h1<h2。
本发明关键部件选型满足实际使用需求即可，具体选型可参考下表：
实施例3
如图1-2所示，本具体实施方式采用以下技术方案：一种智能型液压防洪闸门及其控制***，包括均与PLC控制器连接的人机界面触摸屏、运行故障监测指示灯、超声波水位传感器、雷达流速仪、拉绳位移传感器和中间继电器，其中，中间继电器还与液压启闭机连接，液压启闭机与防洪闸门连接，其特征在于：
人机界面触摸屏，用于显示各部分的运行状况(比如：上游水位、下游排洪流速及防洪闸门打开程度)和实现用户操作的输入；
运行故障监测指示灯，用于显示各部分故障监测点是否运行正常，各个故障监测点对应一组故障指示灯；
超声波水位传感器，布置于上游方便监测水位情况的位置，用于实时监测上游水位情况，并将监测数据实时发送至PLC控制器；
雷达流速仪，布置于下游方便监测水流量情况的位置，用于实时监测下游排洪的水流量，并将监测数据实时发送至PLC控制器；
拉绳位移传感器，安装于防洪闸门与液压启闭机中液压油缸之间来获取现场闸门的开度情况，用于实时监测防洪闸门的开启高度，并将监测数据实时发送至PLC控制器；
中间继电器，位于液压启闭机旁，用于接收PLC控制器的信息,控制液压启闭机的开启、关闭及不同的开度(即打开的程度)；
液压启闭机，位于防洪闸门旁，用于控制防洪闸门的升降及其升降高度；
防洪闸门，位于坝中排水通道，通过升降的高度调节上下游的水位及流量，达到排洪排涝的防洪目的。
PLC控制器，用于根据超声波水位传感器、雷达流速仪和拉绳位移传感器的实时监测数据，通过内部运算处理后，输出控制信号至中间继电器，进而中间继电器控制液压启闭机的开度来实现对防洪闸门升降高度的调节，同时将监测数据实时显示于人机界面触摸屏，将各部分故障监测点是否运行正常的信息通过运行故障监测指示灯显示。
人机界面触摸屏、运行故障监测指示灯和PLC控制器均位于远端的中控室，便于远程的实时监测和智能控制。
具体的，所述的一种智能型液压防洪闸门控制***，其特征在于：与PLC控制器连接的超声波水位传感器、雷达流速仪和拉绳位移传感器，在保证传输稳定的前提下，可根据实际情况采用有线或者无线的连接方式。
具体的，所述的一种智能型液压防洪闸门及其控制***，其特征在于，以PLC控制器为核心控制整个***的正常运行，其控制方法或策略如下：
S101，超声波水位传感器和雷达流速仪分别实时监测上游水位情况和下游排洪的水流量，并将监测数据实时传输至远端中控室的PLC控制器；
S102,PLC控制器接收到超声波水位传感器和雷达流速仪的数据后，调用内部预设的控制算法进行分析运算后，输出控制信号至中间继电器；
S103,中间继电器按照接收PLC的控制信息，实时控制液压启闭机的开度来实现对防洪闸门升降高度的实时调节，同时拉绳位移传感器将监测数据实时传输回PLC控制器，形成完整的控制反馈回路；
S104,整个过程中，步骤S101-S103一直循环进行，同时PLC控制器将监测数据(比如：上游水位、下游排洪流速及防洪闸门打开程度)实时显示于人机界面触摸屏，将各部分故障监测点是否运行正常的信息通过运行故障监测指示灯显示。
具体的，所述的PLC控制器中预设的控制算法，其特征在于：根据上游实际监测水位h和安全水位h0将分制液压启闭机的开度分成三个安全等级，再根据下游排洪的实际监测水流速v和最佳水流速v0进行微调，具体的安全等级、适用条件、控制算法和防洪闸门开启高度及状态见下表。
其中：
h-上游监测实际水位；
h0-站点的安全水位，即上游水位处于安全警戒线以下且储水量合理的最佳水位；
h1-安全等级为1级时的警戒水位，由站点根据长期观测的实际情况确定；
h2-安全等级为2级时的警戒水位，由站点根据长期观测的实际情况确定；
K-液压启闭机的开度值，简称开度；
H-防洪闸门实际开启高度；
H0-防洪闸门最高开启高度；
α-开度系数，由下游排洪的实际监测水流速v和最佳水流速v0确定；
K′-开度修正值，与当地气候条件有关，包括气温、湿度、风苏、日照时间、降雨量等相关因素；
v-下游排洪的实际监测水流速；
v0-下游排洪最佳水流速，由站点根据长期观测的实际情况确定；
另外，站点的安全水位h0、1级警戒水位h1和2级警戒水位h2的关系为：h0<h1<h2；
开度系数α由下游排洪的实际监测水流速v和最佳水流速v0确定，具体为：
(1)当v≤v0时，α＝1；
(2)当v>v0时，其中n为开度系数α的调整级数，根据当地站点的水位变化的幅度和速率进行选择，一般取值为2。
本发明关键部件选型满足实际使用需求即可，具体选型可参考下表：
本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明可根据上游实际监测水位和下游排洪的实际监测水流速对防洪闸门进行分级控制，可实时智能地调整防洪闸门的开启高度及状态，监测数据和故障信息及时显示，无需频繁来往于闸门现场和中控室，有效地降低工作人员的劳动强度,提高***的工作效率，实现智能化远程控制目的，不仅极大地减轻工作人员的负担，而且能够及时处理险情，使防洪工作安全有效地进行。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种智能型液压防洪闸门及其控制***，包括均与PLC控制器连接的人机界面触摸屏、运行故障监测指示灯、超声波水位传感器、雷达流速仪、拉绳位移传感器和中间继电器，其中，中间继电器还与液压启闭机连接，液压启闭机与防洪闸门连接，其特征在于：
人机界面触摸屏，用于显示各部分的运行状况(比如：上游水位、下游排洪流速及防洪闸门打开程度)和实现用户操作的输入；
运行故障监测指示灯，用于显示各部分故障监测点是否运行正常，各个故障监测点对应一组故障指示灯；
超声波水位传感器，布置于上游方便监测水位情况的位置，用于实时监测上游水位情况，并将监测数据实时发送至PLC控制器；
雷达流速仪，布置于下游方便监测水流量情况的位置，用于实时监测下游排洪的水流量，并将监测数据实时发送至PLC控制器；
拉绳位移传感器，安装于防洪闸门与液压启闭机中液压油缸之间来获取现场闸门的开度情况，用于实时监测防洪闸门的开启高度，并将监测数据实时发送至PLC控制器；
中间继电器，位于液压启闭机旁，用于接收PLC控制器的信息,控制液压启闭机的开启、关闭及不同的开度(即打开的程度)；
液压启闭机，位于防洪闸门旁，用于控制防洪闸门的升降及其升降高度；
防洪闸门，位于坝中排水通道，通过升降的高度调节上下游的水位及流量，达到排洪排涝的防洪目的。
PLC控制器，用于根据超声波水位传感器、雷达流速仪和拉绳位移传感器的实时监测数据，通过内部运算处理后，输出控制信号至中间继电器，进而中间继电器控制液压启闭机的开度来实现对防洪闸门升降高度的调节，同时将监测数据实时显示于人机界面触摸屏，将各部分故障监测点是否运行正常的信息通过运行故障监测指示灯显示。
人机界面触摸屏、运行故障监测指示灯和PLC控制器均位于远端的中控室，便于远程的实时监测和智能控制。
2.根据权利要求1所述的一种智能型液压防洪闸门控制***，其特征在于：与PLC控制器连接的超声波水位传感器、雷达流速仪和拉绳位移传感器，在保证传输稳定的前提下，可根据实际情况采用有线或者无线的连接方式。
3.根据权利要求1所述的一种智能型液压防洪闸门及其控制***，其特征在于，以PLC控制器为核心控制整个***的正常运行，其控制方法或策略如下：
S101，超声波水位传感器和雷达流速仪分别实时监测上游水位情况和下游排洪的水流量，并将监测数据实时传输至远端中控室的PLC控制器；
S102,PLC控制器接收到超声波水位传感器和雷达流速仪的数据后，调用内部预设的控制算法进行分析运算后，输出控制信号至中间继电器；
S103,中间继电器按照接收PLC的控制信息，实时控制液压启闭机的开度来实现对防洪闸门升降高度的实时调节，同时拉绳位移传感器将监测数据实时传输回PLC控制器，形成完整的控制反馈回路；
S104,整个过程中，步骤S101-S103一直循环进行，同时PLC控制器将监测数据(比如：上游水位、下游排洪流速及防洪闸门打开程度)实时显示于人机界面触摸屏，将各部分故障监测点是否运行正常的信息通过运行故障监测指示灯显示。
4.根据权利要求3所述的PLC控制器中预设的控制算法，其特征在于：根据上游实际监测水位h和安全水位h0将分制液压启闭机的开度分成三个安全等级，再根据下游排洪的实际监测水流速v和最佳水流速v0进行微调，具体的安全等级、适用条件、控制算法和防洪闸门开启高度及状态见下表。
其中：
h-上游监测实际水位；
h0-站点的安全水位，即上游水位处于安全警戒线以下且储水量合理的最佳水位；
h1-安全等级为1级时的警戒水位，由站点根据长期观测的实际情况确定；
h2-安全等级为2级时的警戒水位，由站点根据长期观测的实际情况确定；
K-液压启闭机的开度值，简称开度；
H-防洪闸门实际开启高度；
H0-防洪闸门最高开启高度；
α-开度系数，由下游排洪的实际监测水流速v和最佳水流速v0确定；
K′-开度修正值，与当地气候条件有关，包括气温、湿度、风苏、日照时间、降雨量等相关因素；
v-下游排洪的实际监测水流速；
v0-下游排洪最佳水流速，由站点根据长期观测的实际情况确定；
另外，站点的安全水位h0、1级警戒水位h1和2级警戒水位h2的关系为：h0<h1<h2；
开度系数α由下游排洪的实际监测水流速v和最佳水流速v0确定，具体为：
(1)当v≤v0时，α＝1；
(2)当v>v0时，其中n为开度系数α的调整级数，根据当地站点的水位变化的幅度和速率进行选择，一般取值为2。
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