CN206726034U - 一体化闸门控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种闸门控制装置，尤其涉及一种渠系闸门远程自动化控制装置，包括渠道闸门、螺杆升降机、控制器、电机、开度编码器、无线模块、显示屏和终端用户，终端用户通过无线模块与控制器进行信息交互，控制器通过电机带动螺杆升降机控制所述闸门的开闭，开度编码器接收螺杆升降机提供的闸门开度信息并传递给控制器，显示屏显示控制器接收到的数据信息；渠道闸门背水流一侧的巴歇尔槽内设有水位计，水位计输出端连接控制器的输入端，控制器根据水位计的水流流量信息控制所述渠道闸门的开度。本实用新型将渠系数据采集、闸门控制、供电、通信、显示等功能集于一体，采用了一体化的设计理念。

Description

一体化闸门控制装置

技术领域

本实用新型涉及一种闸门控制装置，尤其涉及一种渠系闸门远程自动化控制装置。

背景技术

闸门作为水利工程建设中一个基本的水利设施，在农田灌溉、水位控制、城市供水等诸多工程应用中发挥着巨大的作用。而当前绝大多数灌区的分水控制、测流计量、信息管理等基本上依靠配水员的手动操作、靠目测经验计量流量、管理水平低效率低，与灌区信息化建设要求具有很大差距。

对于灌区而言，为实现灌区水资源优化配置，提高灌区用水效率和效益，首先要对整个灌区基础设施的基本情况了如指掌，如渠道的运行状况和运行特性，各工作闸门的工作能力和工作状况等；其次，是选择合理的控制方法对这些设施加以控制，如加强人工控制或建立自动化控制手段等；最后，通过整个灌区的资源优化等一系列准则对各个控制设施实现远程控制或自动化控制，最终实现整个灌区自动化。由此可见，灌区实现自动化控制的先决条件就是对灌区基本设施的控制，这些设施主要就是灌区渠道中的分水闸、节制闸、管道蝶闸等水流控制闸。

农田灌区一般面积广、区域偏僻，总体项目投资低。目前作为渠系灌溉控制的核心设备闸门，大部分区域都是采取的人工启闭，人工管理成本高，管理水平落后，渠系的水位和流量靠人工或者要单独的建立采集***进行监测，自动化设备的供市电及有线组网困难且成本较高。因此需提供一款能集水位流量数据采集、闸门自动化控制、太阳能供电、GPRS无线传输等功能齐全的一体化闸门监控装置。满足农田灌区渠系闸门精准自动化监控的需要。

目前，对渠系闸门的控制设备大部分只是利用自动化控制技术，实现闸门的现地控制，渠系的水位流量无法进行同时监测，在供电方面大部分只能利用市电交流电。

发明内容

本实用新型为了对闸门控制装置实现全自动化且可远程控制，发明了一种一体化闸门控制装置，该装置集渠系水位流量及闸门远程自动化于一体，可根据水位流量信息控制闸门开度。

本实用新型为了解决上述问题，所采取的的方案为：一种一体化闸门控制装置，包括渠道闸门和螺杆升降机，还包括控制器、电机、开度编码器、无线模块、显示屏和终端用户，所述的终端用户通过所述的无线模块与所述的控制器进行信息交互，所述控制器通过所述的电机带动所述的螺杆升降机控制所述闸门的开闭，所述开度编码器接收所述螺杆升降机提供的闸门开度信息并传递给所述的控制器，所述的显示屏显示所述控制器接收到的数据信息；

所述的渠道闸门背水流一侧的巴歇尔槽内设有水位计，所述水位计输出端连接所述控制器的输入端，所述控制器根据终端用户发送的控制水位信息与所述水位计的水流流量信息对比并控制所述渠道闸门的开度。

进一步的，所述的控制器、电源和无线模块均安装在控制柜内，所述的控制柜固定安装在闸门旁。

进一步的，所述的显示屏、控制器、无限模块和开度编码器通过所述的电源模块供电，所述的电源模块为太阳能板，所述的太阳能板通过太阳能充放电控制器对蓄电池充电和放电，所述的太阳能板通过太阳能充放电控制器和DC/DC电源模块对所述的显示屏、控制器、无限模块和开度编码器供电。

进一步的，所述的太阳能充放电控制器输出端连接有直流电机。

进一步的，所述的渠道闸门顶端设有闸门升降保护装置，所述闸门升降保护装置为闸门限位器。

进一步的，还包括现地手动装置，所述的现地手动装置包括用于手动控制手摇轮，手摇轮与升降机进行同轴安装，旋转所述的手摇轮控制所述的螺杆升降机。

进一步的，还包括现地电动装置，所述的现地电动装置包括用于控制电机启闭的操作按钮，所述操作按钮的输出端连接所述电机的输入端。

进一步的，所述的控制器为PLC控制模块，所述的PLC控制模块连接有用于采集模拟量信号的PLC扩展模块。

进一步的，所述的无线模块为GPRS模块。

进一步的，所述的终端用户为中心站软件或手机APP。

本实用新型所产生的有益效果：本发明采用了太阳能进行供电，通过直流进行闸门的控制，解决了灌区区域偏远，线路长，交流电建设成本高的问题；（2）本发明采用更加稳定可靠，功能更加强大的PLC进行控制，保证了闸门运行的安全可靠，及后期闸门控制功能的升级完善；（3）本发明采取了现地、远程及手机等三种方式进行控制，满足了灌区管理的多样化和先进性；（4）本发明将渠系数据采集、闸门控制、供电、通信、显示等功能集于一体，采用了一体化的设计理念；本实用新型采用一体化的设计思路，克服渠系水位流量采集、闸门控制精准安全可靠、直流供电等问题；采用GPRS无线通讯方式，提供了一种精准测控、低成本、可靠性高的新型一体化闸门监控装置。（5）更加实用我过大部分渠系闸门的控制，满足各种闸门的自动化改造并提高控制的精准性，本发明结合基于闸后断面流量反馈闸门控制逼近目标流量的闭环式精准自动化控制。

附图说明

图1一体化闸门控制装置信息传递示意图；

图2闸门精准闭环控流程示意图；

图3电源模块供电***图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细的解释说明，但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。

如图1所示，本实用新型中的一体化闸门控制装置包括远程自动装置、现地手动装置和现地自动装置，远程自动装置包括渠道闸门、螺杆升降机、控制器、电机、开度编码器、无线模块、显示屏和终端用户，终端用户通过无线模块与控制器进行信息交互，可在中心站软件或手机APP等终端用户上设置闸门开度、过闸流量、渠道水位等参数，上位机计算出所需闸门开度，通过GPRS无线模块向设备发送数据，并通过PLC控制器驱动电机实现预期动作。所述电机带动通过驱动所述的螺杆升降机控制所述闸门的开度，所述开度编码器接收所述螺杆升降机提供的闸门开度信息并传递给所述的控制器，当开度满足要求时立即停止电机动作，并将闸门开度等信息显示在显示屏上，显示屏的输入端与控制器的输出端连接。

渠道闸门下游的巴歇尔槽内设有用于计量流量的水位计，水位计输出端连接控制器的输入端，控制器根据终端用户下发的控制水位信息与水位计的水位数据进行对比并控制所述渠道闸门的开度，本实用新型为了更快速的达到精准控制的目标，采用了闭环式自动化精准控制技术，该技术的控制流程见图2，首先通过闸后巴歇尔槽的水位计计量的流量与闸门的开度率定出闸门的开度与流量的初始关系曲线，达到闸门初步目标流量的控制开度。

由于每次渠道来水的不确定性，闸门的开度与流量关系也是不确定的，通过初设的关系进行闸门的开启，再通过下游流量的反馈逐步调整闸门的开度，当闸后的实际流量与目标流量的偏差在5%内，停止调整闸门开度，最终达到实际流量逼近目标流量的目的。

如图3所示，本实用新型中的显示屏、控制器、无限模块和开度编码器通过太阳能板供电，太阳能板通过太阳能充放电控制器给蓄电池充电，当设备工作时，蓄电池通过太阳能充放电控制器对负载进行供电。由于蓄电池设计为48V，考虑到部分设备工作电压为24V，故设计DC/DC电源模块，输出负载所需实际工作电压。太阳能充放电控制器输出端连接有直流电机。

现地手动装置包括手摇轮，用户可通过手动旋转手摇轮驱动螺杆升降机，从而控制闸门开闭。现地自动装置包括操作按钮，操作按钮连接电机，该模式需在现地情况下才能执行，用户需要在现场通过操作一体化控制箱面板上的操作按钮，包括上升、下降、停止按钮，实现控制渠道闸门的动作，开度编码器自动检测闸门开度，并将渠道水位数据实时显示在显示屏中。

本实用新型的控制***内还可设置闸门控制保护***，包括升降保护装置：为了保护闸门，***设置了上下限位保护，无论在远程或者就地,上下限位都可以停止闸门，当闸门到达上限位时，闸门停止，限位指示灯1S 闪烁一次，当闸门到达下限时，闸门停止，限位指示灯常亮。

卡死保护：闸门升降过程中，若1S 内闸门无任何动作，则立即报闸门卡死故障，停止闸门的升降，故障灯1S 闪烁一次。现地长按停止按钮5S 或者远程上位机点击故障清除按钮都可以清除卡死故障，故障清除后报警灯停止闪烁。

电池保护：若电池低于正常工作电压46V 时，***会报电压过低报警，闸门不能升降，故障灯1S 闪烁两次。电压到达正常值时报警灯停止闪烁。

控制器保护：若控制器故障时，***会报控制器故障，闸门不能升降，故障灯1S闪烁三次。控制器故障解除后报警灯停止闪烁。

本实用新型中的控制装置采用分体式设计，由闸门升降保护装置和闸门监控装置组成，闸门监控装置包括控制器、开度编码器和无线模块，且均置于控制柜内，控制柜固定安装在渠道路边；升降保护装置采用闸门限位器，且置于渠道闸门顶端。

本实用新型中装置为两个箱体进行设置，第一个箱***于闸体之上，包括渠道闸门螺杆升降机、电机、开度编码器、限位器及手摇轮，所以设备都在闸门上方平台布置，升降机、电机、开度编码器及手摇轮进行同轴布置，限位器根据闸门开启的高度在升降机螺杆上固定位置进行闸门的上下限位，第二个箱***于闸门旁，其中包括控制器、无线通信模块、充电控制器、电池、显示屏及操作按钮等组成。

本实用新型中的控制器包括PLC控制模块和PLC扩展模块，PLC模块是一体化闸门监控装置的核心部分，内嵌电源转换模块，为整套***提供工作所需的电源，负责***的工作参数存储、运行时的任务调度、内部高速总线控制、数据存储、控制以及对外通信等功能。该模块型号为NARI IAC2001；PLC扩展模块选用NARI IAC 2031，主要完成模拟量信号的采集，并提供4路电压或电流输入。本实用新型中的无线模块采用一款工业级低功耗GPRS无线模块，型号为DT4100 GPRS DTU,通过该产品可以在远程遥测终端和数据中心之间建立透明传输通道，实现二者之间的数据交换，相比市面上其它同类产品，该产品具有极低的在线空闲功耗（<2mA），工作温度范围宽（-40℃~+85℃），因此可在极其恶劣的环境条件下应用。

本实用新型通过基于闸后流量的精准闭环自动化控制技术，将传统闸门控制水流单一的功能改进为测控一体化多元功能，闸门动力由人力或电力驱动改进为太阳能支持直流变频电机驱动，集能源支持、监测、控制、通讯、显示、保护为一体，具有自动监测水情、自动记录数据、自动汇算记录及根据水情稳定流量的作用。流量的测量根据闸后巴歇尔槽与专门设置的水位传感器来实现，避免了水位波动和视觉引起的误差；闸门开度依靠闸门上的传感器参考点来监测，避免了手工测量的误差，并使用了闭环控制技术，使过闸流量的控制更为精准；

本实用新型还通过配合增加软件开发，增加远程平台及手机APP自动化控制的功能，更便于渠系闸门的管理和应用；

本实用新型通过一体化设计，结构简洁新颖、功能全面实用、安装方便简单，大大提高了装置的可用性及推广价值。

Claims (10)

1.一种一体化闸门控制装置，包括渠道闸门和螺杆升降机，其特征在于：还包括控制器、电机、开度编码器、无线模块、显示屏、终端用户和电源模块，所述的终端用户通过所述的无线模块与所述的控制器进行信息交互，所述控制器通过所述的电机带动所述的螺杆升降机控制所述闸门的开闭，所述开度编码器接收所述螺杆升降机提供的闸门开度信息并传递给所述的控制器，所述的显示屏显示所述控制器接收到的数据信息；

所述的渠道闸门背水流一侧的巴歇尔槽内设有水位计，所述水位计输出端连接所述控制器的输入端，所述控制器根据所述水位计的水流流量信息控制所述渠道闸门的开度。

2.根据权利要求1所述的一体化闸门控制装置，其特征在于：所述的控制器、显示屏和无线模块均安装在控制柜内，所述的控制柜固定安装在渠道路边。

3.根据权利要求1所述的一体化闸门控制装置，其特征在于：所述的显示屏、控制器、无限模块和开度编码器通过所述的电源模块供电，所述的电源模块为太阳能板，所述的太阳能板通过太阳能充放电控制器对蓄电池充电，所述的蓄电池通过所述的太阳能充放电控制器和DC/DC电源模块对所述的显示屏、控制器、无限模块和开度编码器供电。

4.根据权利要求3所述的一体化闸门控制装置，其特征在于：所述的太阳能充放电控制器输出端连接有直流电机。

5.根据权利要求1所述的一体化闸门控制装置，其特征在于：所述的渠道闸门顶端设有闸门升降保护装置。

6.根据权利要求1所述的一体化闸门控制装置，其特征在于：还包括现地手动装置，所述的现地手动装置包括用于手动控制手摇轮，旋转所述的手摇轮控制所述的螺杆升降机。

7.根据权利要求1所述的一体化闸门控制装置，其特征在于：还包括现地自动装置，所述的现地自动装置包括用于控制电机启闭的操作按钮，所述操作按钮的输出端连接所述电机的输入端，所述操作按钮安装在所述控制柜内。

8.根据权利要求1所述的一体化闸门控制装置，其特征在于：所述升降机、电机、开度编码器、限位器及手摇轮置于闸门上方平台，所述升降机、电机、开度编码器及手摇轮进行同轴布置。

9.根据权利要求1所述的一体化闸门控制装置，其特征在于：所述的控制器为PLC控制模块，所述的PLC控制模块连接有用于采集模拟量信号的PLC扩展模块。

10.根据权利要求1所述的一体化闸门控制装置，其特征在于：所述的无线模块为GPRS模块;所述的终端用户为中心站软件或手机APP。