CN115404822A - 一种闸门智能化改造*** - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种闸门智能化改造***，包括：闸门本地控制装置、智慧灌区平台，以及与智慧灌区平台连接的设备添加子***、数据采集服务子***和设备控制服务子***；闸门本地控制装置包括闸门升降机构、自动控制机构和手动控制机构；闸门升降机构包括丝杆升降机和丝杆；自动控制机构包括直流电机，直流电机通过驱动器连接至设备控制服务子***；手动控制机构包括摇柄、与摇柄传动连接的反向减速机，反向减速机的输出轴连接到丝杆升降机输入轴。本发明可远程控制，无需到现场即可操作闸门；反向减速机使得手动控制时省时省力；手动启闭时借助反向减速机使得手动控制时更省时省力；设备尺寸小、重量轻，安装施工简单方便。

Description

一种闸门智能化改造***
技术领域
本发明涉及闸门控制技术领域，具体涉及一种闸门智能化改造***。
背景技术
闸门是水利行业尤其是罐区中必不可少的设备，随着科技发展以及智能化的普及，智能化的闸门也开始应用在水利行业尤其是罐区中。目前罐区中大部分的闸门采用传统的手动通过摇柄的方式去启闭，还有一部分闸门是采用本地自动化控制。
目前现有的闸门改造***存在诸多的问题，包括供电电源必须是220V或者380V、闸门尺寸大且笨重、控制功能单一、手动启闭速度慢、无法进行远程控制及智能计算等。一般闸门使用的地方都在偏远的罐区中，现场无220V或380V的供电条件，使得闸门使用受限或者施工成本很高；闸门尺寸大，需要修建专用的闸房，使得设备使用成本很高；控制功能单一、无智能计算，只有简单的闸门启闭功能，无法通过闸门运行参数远程实时调整控制逻辑；手动启闭速度慢，在现场断电的情况下，如遇紧急启闭时，由于其减速比过大，导致手动启闭速度很慢，费时费事费力。
因此，如何提供一种能够实现本地及远程控制，且高效的闸门智能化改造***是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种闸门智能化改造***，解决现有技术中闸门的自动化程度相对落后的技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明公开了一种闸门智能化改造***，包括：闸门本地控制装置、智慧灌区平台，以及与所述智慧灌区平台连接的设备添加子***、数据采集服务子***和设备控制服务子***；其中，
所述设备添加子***用于接收闸门本地控制装置的相关信息，并添加到罐区云平台中；
所述数据采集服务子***用于采集闸门本地控制装置的相关参数以及外设设备的环境参数并发送至智慧灌区平台；
所述设备控制服务子***用于根据智慧灌区平台的控制指令对闸门本地控制装置进行控制；
所述闸门本地控制装置包括闸门升降机构、自动控制机构和手动控制机构；所述闸门升降机构包括相互传动连接的丝杆升降机和丝杆，所述丝杆的底端固定闸板；所述自动控制机构包括连接到丝杆升降机输入轴的直流电机，所述直流电机通过驱动器连接至所述设备控制服务子***，所述驱动器用于驱动直流电机正反转及调速；所述手动控制机构包括摇柄、与所述摇柄传动连接的反向减速机，反向减速机的输出轴连接到丝杆升降机输入轴。
本发明能够实现闸门本地控制装置的远程项目添加及管理，实现对多个闸门的智能化控制；闸门本地控制装置支持手动和自动控制模式，保证远程自动控制的同时，实现手动启闭速度的提升。
优选的，所述设备添加子***接收的闸门本地控制装置的相关信息包括：闸门本地控制装置所安装的站点号、站点名，经纬度，所在罐区、机构和部门中的任意一个或多个。实现不同罐区不同站点的多个闸门的一站式智慧管理。
优选的，所述数据采集服务子***下发不同的采集指令到闸门本地控制装置和外设设备端，所述闸门本地控制装置和外设设备端将实时采集到的相关参数及环境参数返回到所述数据采集服务子***进行解析、存储、展示。
优选的，所述智慧灌区平台通过所述设备控制服务子***下发控制指令，包括闸门上升、闸门下降、闸门停止或闸门重启。
优选的，还包括客户端，所述智慧罐区平台为用户设置账户登录权限，通过所述客户端登录后用于查看当前账户下所添加的闸门本地控制装置，并向所述智慧罐区平台发送当前账户下的闸门本地控制装置的控制指令，以及展示所有闸门本地控制装置的相关信息和相关参数。用户通过客户端登录智慧罐区平台后便于查看当前账户下所添加的闸门本地控制装置相关的参数及数据信息。
优选的，还包括与所述智慧灌区平台连接的存储设备子***，用于存储闸门本地控制装置的相关信息；所述智慧灌区平台调取存储设备子***获取所述相关信息并做展示。
优选的，所述丝杆升降机上设置霍尔传感器，所述丝杆的两端分别设有上限位块和下限位块，所述上限位块和下限位块上均设有磁铁；所述霍尔传感器用于感应所述磁铁，从而对丝杆升降机带动丝杆的上升或下降行程进行限位，实现了闸门行程的自动化限位控制。
优选的，所述自动控制机构还包括接口电路板，通过接口电路板接收所述控制指令。接口电路板增加了外部设备的可扩展性和多种控制数据线的兼容性。
优选的，所述自动控制机构还包括与所述丝杆升降机传动连接的编码器，编码器转动时其编码值发生改变，通过所述接口电路板采集编码器的编码值发送至所述数据采集服务子***，计算出当前的闸位值。
优选的，所述外设设备包括安装在灌区内的水位计、流量计。
优选的，所述闸门本地控制装置还包括太阳能板，所述太阳能板为闸门本地控制装置内的用电设备提供电能。
优选的，所述摇柄上传动连接有辅助工具，包括电批。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明的有益效果包括：
本发明可远程控制，无需到现场即可操作闸门；反向减速机使得手动控制时省时省力；手动启闭时借助反向减速机使得手动控制时更省时省力；设备尺寸小、重量轻，安装施工简单方便。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图；
图1为本发明一种实施例提供的闸门智能化改造***的原理框图；
图2为本发明一种实施例提供的闸门本地控制装置的框图；
图3为本发明一种实施例提供的闸门本地控制装置的结构图；
图4为本发明一种实施例提供的闸门限位控制流程图；
图5为本发明一种实施例提供的丝杆升降机的传动关系示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例公开了一种闸门智能化改造***，包括：闸门本地控制装置、智慧灌区平台，以及与智慧灌区平台连接的设备添加子***、数据采集服务子***和设备控制服务子***。
设备添加子***将闸门智能化改造装置添加到罐区云平台中，添加时可附带一些相关联的信息，如设备所安装的站点号、站点名，经纬度，所在罐区、机构、部门等信息。
数据采集服务子***将闸门本地控制装置相关的参数以及外接到该装置上的其他外设设备(如水位计、流量计等)的参数及信息采集发送至智慧灌区平台，并做展示和存储。数据采集服务子***下发不同的采集指令到设备端(包括外设设备、闸门本地控制装置中的传感器及编码器)，设备收到指令后，做相应的采集功能，将最新采集到的数据返回到数据采集服务子***，数据采集服务子***收到数据后进行解析、存储、展示
设备控制服务子***对闸门本地控制装置进行控制，平台通过此子***可下发相关的控制指令，如闸门上升、下降、停止，闸门重启等，闸门本地控制装置收到指令后做出相应的动作和操作。
如图2-3所示，闸门本地控制装置包括闸门升降机构、自动控制机构和手动控制机构；闸门升降机构包括相互传动连接的丝杆升降机1和丝杆3，丝杆3的底端固定闸板2；自动控制机构包括连接到丝杆升降机1输入轴的直流电机4，直流电机4通过驱动器5连接至设备控制服务子***，驱动器5用于驱动直流电机4正反转及调速；手动控制机构包括摇柄15、与摇柄15传动连接的反向减速机13，反向减速机13的输出轴连接到丝杆升降机1输入轴，采用反向减速机设计，使得在手动启闭时因反向减速的存在，可以加快丝杆上升速度，进而省时省力。
自动控制机构接收智慧罐区平台的远程控制指令，利用直流电机控制丝杆的升降，从而实现闸门的启闭。手动控制机构利用工作人员转动摇柄带动反向减速器和丝杆升降机，最终作用至丝杆实现闸门的启闭。
本实施例中，反向减速机为圆柱齿轮减速机，其由一大一小两个齿轮及输入输出轴组成。其原理为摇柄连接反向减速器的输入轴，反向减速器的输出轴连接丝杆升降机。输入轴连接大齿轮，输出轴连接小齿轮，如大齿轮跟小齿轮的齿轮比为n:1，n>1，则输入轴转动一圈后输出轴转动n圈，即实现了反向减速功能。
丝杆升降机的输入轴有两个，分别位于丝杆升降机左右两边，输出轴连接丝杆。两个输入轴分别连接反向减速机输出轴和直流电机输出轴。
在一个实施例中，还包括客户端，客户端可以为移动端(APP/微信小程序)或WEB端(PC/网页)。智慧罐区平台为用户设置账户登录权限，通过客户端登录后用于查看当前账户下所添加的闸门本地控制装置，并向智慧罐区平台发送当前账户下的闸门本地控制装置的控制指令，以及展示所有闸门本地控制装置的相关信息和相关参数。用户通过客户端登录智慧罐区平台后便于查看当前账户下所添加的闸门本地控制装置相关的参数及数据信息。
在一个实施例中，还包括与智慧灌区平台连接的存储设备子***，用于存储闸门本地控制装置的相关信息；在用户登录智慧灌区平台后，智慧灌区平台调取存储设备子***获取相关信息并做展示。
在一个实施例中，丝杆升降机1上设置霍尔传感器11，丝杆3的两端分别设有上限位块91和下限位块92，上限位块91和下限位块92上均设有磁铁10；霍尔传感器11用于感应磁铁10，从而对丝杆升降机1带动丝杆3的上升或下降行程进行限位。
在一个实施例中，自动控制机构还包括接口电路板12，通过接口电路板12接收控制指令。接口电路板12增加了外部设备的可扩展性和多种控制数据线的兼容性。
自动控制机构执行过程包括：通过接口电路板12接收智慧灌区平台的指令，进一步的控制直流电机驱动器5，驱动器5通过主动齿轮6驱动直流电机4进行正转或反转，直流电机4输出轴带动丝杆升降机1转动，丝杆升降机1带动丝杆3上升或下降，进一步使得闸板2上升或下降。
具体的，直流电机4输出轴通过联轴器连接到丝杆升降机1一侧输入轴上，在直流电机4转动的时候，进一步带动丝杆升降机1进行转动，丝杆升降机1将横向运动转换为纵向运动，进而带动闸门2上升和下降。
在一个实施例中，自动控制机构还包括与丝杆升降机1传动连接的编码器8，编码器8转动时其编码值发生改变，通过接口电路板12采集编码器8的编码值发送至数据采集服务子***，计算出当前的闸位值。
参见图4，闸位采集过程包括：丝杆升降机在转动时带动主动齿轮6转动，主动齿轮6带动从动齿轮7转动，进一步带动编码器8转动，编码器8转动时其编码值就会发生改变，控制***通过接口电路板12采集编码器8的编码值进而可计算出当前的闸位值。限位部分通过两个霍尔传感器和限位块实现，霍尔传感器分别设于丝杆升降机1的顶部和底部，用于检测上限位块91和下限位块92距离丝杆升降机1的位置距离。霍尔传感器检测限位块上面的磁铁即可判断闸门是否运行到上限位或下限位。
其中，如图5所示，丝杆升降机1一侧输入轴上连接有主动齿轮6，从动齿轮7通过齿轮咬合方式跟主动齿轮6连接，从动齿轮7通过编码器8的输出轴连接到编码器8上。当直流电机4转动时，带动主动齿轮6转动，进一步的带动从动齿轮7转动，进一步的带动编码器8转动，编码器8即可记录转动的圈数。
在一个实施例中，外设设备包括安装在灌区内的水位计、流量计。
在一个实施例中，闸门本地控制装置还包括太阳能板，太阳能板为闸门本地控制装置内的用电设备提供电能。
在一个实施例中，摇柄15上传动连接有辅助工具，包括电批。
手动控制过程包括：摇柄15的底端设有锥形齿轮，反向减速机的输入轴同样设有锥形齿轮，两个锥形齿轮相啮合。通过对手动摇柄的转动，进一步的控制两个锥形齿轮14相对转动，将摇柄15的纵向旋转运动转变为反向减速机输入轴的横向旋转运动，实现反向减速机13的转动，反向减速机13带动丝杆升降机1转动，进一步的带动丝杆3上升或下降，实现闸板2的上升或下降。
一般干渠中使用的闸门高度比较大，如3米左右的闸门，此类闸门时由于其重量大(一般5-10吨)，故采用的传统启闭机的减速比很大，使得在手动启闭时特别费事费力，比如启闭机的减速比为100，即需要手动摇动摇柄100圈后，丝杆才上升一圈，3米的闸门从0手动开启到3米的行程，则需要花费很长的时间才能做到。本实施例中采用手动启闭辅助工具，此类似一种电批，使用时可将其安装到摇柄位置，由于其转速较快，使得闸门启闭速度更快，进而解决了传统闸门存在的手动启闭费时费力的问题。
在一个实施例中，闸门本地控制装置还包括外壳16，用于安装闸门升降机构、自动控制机构和手动控制机构。外壳16一侧面露出接口电路板，外壳16顶部设有满足丝杆3行程需求的筒体，外壳16底部相应位置设有供丝杆穿出与闸板2连接的通孔；摇柄位于外壳16的顶部外侧，其余机构部件均位于外壳16内。整体结构集成度更高，尺寸小、重量轻，安装施工更加方便。
以上对本发明所提供的闸门智能化改造***进行了详细介绍，本实施例中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本实施例中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本实施例所示的这些实施例，而是要符合与本实施例所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种闸门智能化改造***，其特征在于，包括：闸门本地控制装置、智慧灌区平台，以及与所述智慧灌区平台连接的设备添加子***、数据采集服务子***和设备控制服务子***；其中，
所述设备添加子***用于接收闸门本地控制装置的相关信息，并添加到罐区云平台中；
所述数据采集服务子***用于采集闸门本地控制装置的相关参数以及外设设备的环境参数并发送至智慧灌区平台；
所述设备控制服务子***用于根据智慧灌区平台的控制指令对闸门本地控制装置进行控制；
所述闸门本地控制装置包括闸门升降机构、自动控制机构和手动控制机构；所述闸门升降机构包括相互传动连接的丝杆升降机和丝杆，所述丝杆的底端固定闸板；所述自动控制机构包括连接到丝杆升降机输入轴的直流电机，所述直流电机通过驱动器连接至所述设备控制服务子***，所述驱动器用于驱动直流电机正反转及调速；所述手动控制机构包括摇柄、与所述摇柄传动连接的反向减速机，反向减速机的输出轴连接到丝杆升降机输入轴。
2.根据权利要求1所述的闸门智能化改造***，其特征在于，所述设备添加子***接收的闸门本地控制装置的相关信息包括：闸门本地控制装置所安装的站点号、站点名，经纬度，所在罐区、机构和部门中的任意一个或多个。
3.根据权利要求1所述的闸门智能化改造***，其特征在于，所述数据采集服务子***下发不同的采集指令到闸门本地控制装置和外设设备端，所述闸门本地控制装置和外设设备端将实时采集到的相关参数及环境参数返回到所述数据采集服务子***进行解析、存储、展示。
4.根据权利要求1所述的闸门智能化改造***，其特征在于，所述智慧灌区平台通过所述设备控制服务子***下发控制指令，包括闸门上升、闸门下降、闸门停止或闸门重启。
5.根据权利要求1所述的闸门智能化改造***，其特征在于，还包括客户端，所述智慧罐区平台为用户设置账户登录权限，通过所述客户端登录后用于查看当前账户下所添加的闸门本地控制装置，并向所述智慧罐区平台发送当前账户下的闸门本地控制装置的控制指令，以及展示所有闸门本地控制装置的相关信息和相关参数。
6.根据权利要求1所述的闸门智能化改造***，其特征在于，还包括与所述智慧灌区平台连接的存储设备子***，用于存储闸门本地控制装置的相关信息；所述智慧灌区平台调取存储设备子***获取所述相关信息并做展示。
7.根据权利要求1所述的闸门智能化改造***，其特征在于，所述丝杆升降机上设置霍尔传感器，所述丝杆的两端分别设有上限位块和下限位块，所述上限位块和下限位块上均设有磁铁；所述霍尔传感器用于感应所述磁铁，从而对丝杆升降机带动丝杆的上升或下降行程进行限位。
8.根据权利要求1所述的闸门智能化改造***，其特征在于，所述自动控制机构还包括接口电路板，通过接口电路板接收所述控制指令。
9.根据权利要求8所述的闸门智能化改造***，其特征在于，所述自动控制机构还包括与所述丝杆升降机传动连接的编码器，编码器转动时其编码值发生改变，通过所述接口电路板采集编码器的编码值发送至所述数据采集服务子***，计算出当前的闸位值。
10.根据权利要求1所述的闸门智能化改造***，其特征在于，所述外设设备包括安装在灌区内的水位计、流量计。
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