CN103336508A - 信息化节能闸门自动控制系统 - Google Patents

Abstract

信息化节能闸门自动控制系统，由供电系统、无线传输系统和监控中心三部分组成，利用太阳能供电系统为灌区重要水闸监控点和无线传输终端提供电源，通过GPRSRTU无线远程采集监控终端与监控中心取得联系，对多个水闸监控点的数据信息进行快速采集、传输、处理和控制。监控系统中心接收到各个闸口闸门开度信息后，查询各测点的数据，并按照用户的要求对各闸门进行远程控制，下位机中的控制箱接收到控制信息后经过计算，发出控制信号自动控制闸门到一定的开度，实现以太阳能供电和GPRS无线传输技术的信息化节能控制过程。

Description

信息化节能闸门自动控制系统

技术领域

本发明涉及灌区水利闸口的控制技术。

背景技术

目前我国大型灌区平均0.37万公顷有一个水位、流量观测点，单位测点控制渠道长度94km，要达到提高灌溉效率和节约能源的目的，尤其针对西部地区水资源短缺的恶劣天然条件，就要建立一个信息化高效节能的灌溉系统，以提高能源利用率，对水资源进行优化调制和实时灌溉，把有限的水资源应用于农业生产中。在吸取现代科学技术成就的基础上，灌溉技术将向着节水节能、优化调度、现代化的管理与监测预报等方向发展。在中国灌溉水资源已出现短缺的西北地区，推行节水灌溉，建立节水型农业，已成为当务之急。另外，在我国西部广袤严寒、地形多样和居住分散的现实条件下，太阳能作为一种清洁、高效和永不衰竭的新能源，可以在农业灌溉领域发挥非常独特作用。

目前灌区用水管理现状为测试数据参差不齐，没有系统性，而且缺乏数据自动收集系统和数据输送系统，没有计算机自动处理能力，使灌区资料不能统一汇总计算分析；信息传输方法和观测手段相对落后造成测量精度较低、时效性差，且信息采集点少、技术落后，难以满足实时调水的需求。此外，对开发太阳能资源的战略意义认识不够，没有将太阳能充分利于农业灌溉。

发明内容

本发明的目的是提供一种信息化节能闸门自动控制系统。

本发明是信息化节能闸门自动控制系统，其闸门控制系统由太阳能光板、蓄电池供电，太阳能供电系统通过太阳能电池板和太阳能充电控制器可以提供灌区闸门控制系统电能，该系统由监控中心1，无线传输终端2，控制箱3组成， 控制箱集成了各个闸口配备的流量记录仪4，液位变送仪5，闸门开度仪6和转矩传感仪7，闸门控制仪8组成；GPRS-RTU无线传输终端2-3接收到控制箱2-1经过编码后的各个闸门开度2-2、流量、液位信息，通过GPRS无线网络经无线电发射塔2-4由APN专线传输到交换机2-5，监控中心2-6可即时查看和控制闸门开度；灌区各个闸口内液位变化、闸门开度、转矩可以控制箱面板中的流量记录仪5-1，闸门开度仪5-2，转矩传感器5-3读取和控制，另有电源指示灯5-4，手/自动切换按钮5-5和当处于手动控制闸门开度的上升按钮5-6、下降按钮5-7，其中闸门开度仪与启闭机3-4通过联轴器3-3连接，启闭机通过钢丝绳3-5与闸门连接，钢丝的上升下降可以改变闸门开启高度，编码器3-2将闸门启闭信息编码后在闸门开度仪中显示；闸门开度仪内置微处理器处理输入信息有两种方式，设定按键和编码输入，其中编码输入通过光电隔离和输入电路将编码器编码后的信息输入微处理器，闸门开度信息经微处理器处理后可经LED显示测量值和设定值，当测量值大于设定值时会有声光报警，信号接口为RS485接口；太阳能供电系统通过太阳能方阵6-1连接充、放电控制器6-2产生直流电，或经过逆变器6-4转化成交流电为各个闸口的控制箱6-7和GPRS无线传输终端6-8供电，控制器连接蓄电池组6-3、充电控制器6-5，和其他辅助发电设备6-6以达到即时供电功能。

 本发明的有益之处是，通过GPRS无线传输技术即时收集和管理灌区各重要闸口水位信息，并利用太阳能为闸门控制系统和无线传输终端提供电能的全新的信息化闸门控制系统，该系统不仅能解决对重要闸口信息采集的精确性和即时传输、处理和控制性，而且能够保证该系统电量的持续供应。本发明提供了一个可以在对重要闸口数据即时采集、传输和控制的同时，精确和快速的处理所采集到信息的信息化、现代化平台，人机互换性好；采用的GPRS RTU选型信号效果良好稳定，其通讯模式借用公网，无需先期线路投资，实际灌溉监控信息数据量较小，可以完全满足通信需求，可以很好地解决远程灌区引水信息采集的瓶颈问题。

附图说明

图1是本发明整体系统结构图，图2是本发明无线传输系统结构图，图3是本发明中闸门开度仪与闸门启闭机连接示意图，图4是本发明闸门开度仪原理图，图5是控制箱面板图，图6 是太阳能供电系统回路示意图。

具体实施方式

如图1、图2、图3所示，信息化节能闸门自动控制系统，其闸门控制系统由太阳能光板、蓄电池供电，太阳能供电系统通过太阳能电池板和太阳能充电控制器可以提供灌区闸门控制系统电能，该系统由监控中心1，无线传输终端2，控制箱3组成， 控制箱集成了各个闸口配备的流量记录仪4，液位变送仪5，闸门开度仪6和转矩传感仪7，闸门控制仪8组成；GPRS-RTU无线传输终端2-3接收到控制箱2-1经过编码后的各个闸门开度2-2、流量、液位信息，通过GPRS无线网络经无线电发射塔2-4由APN专线传输到交换机2-5，监控中心2-6可即时查看和控制闸门开度；如图3、图4、图5所示，灌区各个闸口内液位变化、闸门开度、转矩可以控制箱面板中的流量记录仪5-1，闸门开度仪5-2，转矩传感器5-3读取和控制，另有电源指示灯5-4，手/自动切换按钮5-5和当处于手动控制闸门开度的上升按钮5-6、下降按钮5-7，其中闸门开度仪与启闭机3-4通过联轴器3-3连接，启闭机通过钢丝绳3-5与闸门连接，钢丝的上升下降可以改变闸门开启高度，编码器3-2将闸门启闭信息编码后在闸门开度仪中显示；闸门开度仪内置微处理器处理输入信息有两种方式，设定按键和编码输入，其中编码输入通过光电隔离和输入电路将编码器编码后的信息输入微处理器，闸门开度信息经微处理器处理后可经LED显示测量值和设定值，当测量值大于设定值时会有声光报警，信号接口为RS485接口；如图6所示，太阳能供电系统通过太阳能方阵6-1连接充、放电控制器6-2产生直流电，或经过逆变器6-4转化成交流电为各个闸口的控制箱6-7和GPRS无线传输终端6-8供电，控制器连接蓄电池组6-3、充电控制器6-5，和其他辅助发电设备6-6以达到即时供电功能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：设置供电系统、无线通讯系统、闸门控制系统3个部分，供电系统分两种情况：其一为220V单相电源供电；另一种为太阳能光板、蓄电池供电系统。经过计算，需要闸门控制情况下电容量最大需要1.5KW，太阳能供电系统通过太阳能电池板和太阳能充电控制器完全可以提供灌区闸门控制系统足够电能。

通讯系统由若干个GPRS RTU无线远程采集监控终端和信号塔通过GPRS无线通讯网络将监控中心与各闸口控制箱连接。上位机即监控中心，由管理中心、水管中心、调度中心组成，可分别与不同的子站建立联系，查询各测点的数据，并按照用户的要求对各闸门进行控制，下位机中的控制箱接收到此信息，经过计算，发出控制信号自动控制闸门到一定的开度，达到自动控制的目的。下位机即各水闸监控点，每个水闸监控点由闸门、液位传感器和流量传感器组成，各传感器把引水渠中的水位值和各闸门的开度值经过转换后送给编码器，编码器对水位及闸门开度信号进行编码，由GPRS RTU无线远程采集监控终端通过GPRS无线通讯网络传给上位机，达到信息准确快速地采集、传输、处理和控制的目的。

闸门开度仪内置微处理器处理输入信息有两种方式，设定按键和编码输入，其中编码输入通过光电隔离和输入电路将编码器编码后的信息输入微处理器，闸门开度信息经微处理器处理后可经LED显示测量值和设定值，当测量值大于设定值时会有声光报警，信号接口为RS485接口。

在图1中，闸口的流量、液位等信息通过流量测控仪，液位变送器等设备检测到后通过GPRS RTU无线远程采集监控终端将信息传输到信号塔，通过信号塔与水管中心的网络连接使水管中心及时、准确的接收到相关信息，调度中心通过与水管中心的INTERNET连接将所接受到的信息处理和反馈，反馈信息再通过各个GPRS RTU终端发送到控制器，控制器接收到反馈信息后自动控制闸门到一定的开度，以达到自动控制的目的。用户和管理部门可以通过与调度中心的网络连接及时查询到相关的闸口信息。

在图2中，系统监控中心与无线电发射塔之间通过无线数据传输模块传输数据：GPRS RTU无线远程采集监控终端和信号塔通过GPRS无线通讯网络将监控中心与各闸口控制箱连接。

如图4所示，编码器编码后的信息经微处理器处理后显示在闸门开度仪上。本装置采用ZKY-3型闸门开度测控仪，它是根据水利工程的实际需要而制造的，是和光电或接触式绝对编码器相配合组成闸门开度测控装置。闸门开度测控仪采用微电脑控制技术，具有测量值和设定值数码显示；输入输出电路采用光电隔离技术；五个继电器动作（上限、下限、设定、控1和控2共五个预置点）； RS485串行接口等。继电器动作预置由仪表面板的按键完成，继电器动作时相应的指示灯点亮、蜂鸣器发出报警（静、响可控）功能。该仪表通过内部设定可修改编码器的增量方向、仪表地址编号、通讯参数（波特率和奇偶校验位）、闸门扬程-开度非线性多段修正等。

整个闸门开度仪前面板包括4部分：

（1）四位大数码管：显示开度测量值及预置时的状态指示

（2）四位小数码管：显示设定值及预置时状态对应的数值。

（3）指示灯：分别指示上限、下限、设定、控1、控2继电器动作状态（继电器吸合对应指示灯亮）。

（4）讯响报警:（SP为1时）。当测量值大于等于上限或设定值、小于等于下限时，仪表发出报警声；此时按任意一键，报警声停止。

上限：测量值大于等于上限值，声、光报警，上限继电器动作；

下限：测量值小于等于下限值，声、光报警，下限继电器动作；

设定：测量值大于等于预定值，声、光报警，设定继电器动作；

控1：测量值在控1上限和下限之间，控1继电器动作；

控2：测量值在控2上限和下限之间，控2继电器动作。

预定值显示完成后（显示参数时，按任意键可跳过预定值显示）仪表进入正常工作状态。四个大数码管显示测量值；四个小数码管显示设定开度的值。

在图5的控制箱面板中，闸门开度仪显示和自动控制当前闸门开度大小，流量记录仪显示了当前流量值，手、自动开关可以在手动和自动控制闸门开度之间转换，转矩传感器显示了闸门启闭机转矩数据，上升、下降按钮是闸门为手动控制时准备。闸门开度仪操作动作程序为：将手动---自动转换开关搬至手动位置，点动上升开关至上限位、点动下降开关至下限位确认无误后，将手动---自动转换开关搬至自动位置，可实施远程控制和数据传输。不工作时，将手动---自动转换开关搬至手动位置，同时关闭两组直流开关和总空气开关。

在图6的太阳能供电系统回路示意图中，闸门太阳能供电系统通过太阳能电池板与蓄电池相连，为流量记录仪、流量传感器、闸门开度仪和闸门位移传感器以及连接GPRS无线网络的UBS通讯接口提供DC24V、1.5KW的电源。

Claims (1)

1.信息化节能闸门自动控制系统，其闸门控制系统由太阳能光板、蓄电池供电，太阳能供电系统通过太阳能电池板和太阳能充电控制器可以提供灌区闸门控制系统电能，其特征在于该系统由监控中心（1），无线传输终端（2），控制箱（3）组成， 控制箱集成了各个闸口配备的流量记录仪（4），液位变送仪（5），闸门开度仪（6）和转矩传感仪（7），闸门控制仪（8）组成；GPRS-RTU无线传输终端（2-3）接收到控制箱（2-1）经过编码后的各个闸门（2-2）开度、流量、液位等信息，通过GPRS无线网络经无线电发射塔（2-4）由APN专线传输到交换机（2-5），监控中心（2-6）可即时查看和控制闸门开度；灌区各个闸口内液位变化、闸门开度、转矩可以控制箱面板中的流量记录仪（5-1），闸门开度仪（5-2），转矩传感器（5-3）读取和控制，另有电源指示灯（5-4），手/自动切换按钮（5-5）和当处于手动控制闸门开度的上升按钮（5-6）、下降按钮（5-7），其中闸门开度仪与启闭机（3-4）通过联轴器（3-3）连接，启闭机通过钢丝绳（3-5）与闸门连接，钢丝的上升下降可以改变闸门开启高度，编码器（3-2）将闸门启闭信息编码后在闸门开度仪中显示；闸门开度仪内置微处理器处理输入信息有两种方式，设定按键和编码输入，其中编码输入通过光电隔离和输入电路将编码器编码后的信息输入微处理器，闸门开度信息经微处理器处理后可经LED显示测量值和设定值，当测量值大于设定值时会有声光报警，信号接口为RS485接口；太阳能供电系统通过太阳能方阵（6-1）连接充、放电控制器（6-2）产生直流电，或经过逆变器（6-4）转化成交流电为各个闸口的控制箱（6-7）和GPRS无线传输终端（6-8）供电，控制器连接蓄电池组（6-3）、充电控制器（6-5），和其他辅助发电设备（6-6）以达到即时供电功能。

Images