CN105239537A - 一种闸门启闭机现地和远程全自动控制系统 - Google Patents

Abstract

一种闸门启闭机现地和远程全自动控制系统，它包括远程控制平台、闸门启闭机和闸门电动锁定装置，远程控制平台包括依次连接的工控机、现地PLC控制柜和监控设备，现地PLC控制柜连接闸门启闭机和闸门电动锁定装置和照明设备，工控机设有视频采集卡，现地PLC控制柜设有无线通信模块。本发明便于对闸门、启闭机进行集中运行管理，操作简单；且运行安全、稳定、可靠，能大大降低运行人员和运行成本；适用于水电站、水库、渠道等枢纽带锁定结构的进水、退水、工作、事故等闸门的运行，特别适合长渠道闸门的运行。当渠道、水库等出现突发险情时，运行人员能在控制室第一时间完成闸门启闭机的启闭操作，避免事故的发生和扩大。

Description

一种闸门启闭机现地和远程全自动控制系统

技术领域

本发明涉及一种水电站、水库、渠道等枢纽、输水工程电动锁定结构的闸门，及对液压启闭机和带锁定结构的闸门启闭机实现集中、远程、可视化、双通道通信的现地和远程全自动远程控制系统。

背景技术

在国家大力发展水利工程和远距离输水工程项目的前提下，随着自动化水平的日益提高，集中和远程控制已提出一段时间，但闸门集中和远程控制管理模式还停留在初始阶段。目前闸门集中控制并不能完全实现所有类型的闸门启闭机集中和远程控制，仅局限于对液压启闭机采用远程光纤有线现地和远程自动控制，当光纤有线通信意外中断时，需到现地完成闸门启闭机的操作；对带有锁定结构的闸门启闭机仅能现地控制，不能实现集中和远程控制。当意外或渠道垮塌、水淹厂、线路中断等突发性事件发生时，需立即对相关闸门启闭机进行操作，保证人民的生命、财产安全。

新疆某流域管理局建有近200KM引水灌溉渠道，并于近几年发生两次渠道垮塌事故，给人民造成了大量的财产损失。其流域上游支流建设一座引水式电站，引水渠首设置两套进水平板闸门、两套退水平板闸门，从引水渠首至前池约4km，渠道的挖方段和填方段各占一半。引水渠首进、退水平板闸门采用固定卷扬式启闭机操作；水工运行人员从接到指令至操作现场约需半小时。

发明内容

本发明的目的是提供一种闸门启闭机现地和远程全自动控制系统，操作人员在控制室通过有线或无线信号对闸门进行集中运行管理，操作简单，且运行安全、稳定、可靠，能大大降低运行人员和运行成本。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种闸门启闭机现地和远程全自动控制系统，它包括远程控制平台、闸门启闭机和闸门电动锁定装置，远程控制平台包括依次连接的工控机、现地PLC控制柜，现地PLC控制柜连接闸门启闭机和闸门电动锁定装置，现地PLC控制柜设有无线通信模块。

闸门启闭机、闸门电动锁定装置及现地PLC控制柜上方设有监控设备，监控设备与工控机连接。

闸门启闭机、闸门电动锁定装置及现地PLC控制柜上方还设有照明设备，照明设备与现地PLC控制柜连接。

闸门电动锁定装置包括锁定梁、驱动电机、行走机构和轨道，行走机构位于锁定梁下方，行走机构与锁定梁为整体结构，驱动电机连接行走机构，锁定梁沿轨道运动。

所述行走机构包括主动轮、从动轮和联轴器，主动轮通过联轴器连接从动轮。

锁定梁的重量＜500kg时，所述驱动电机为单电机驱动；锁定梁的重量＞500kg时，所述驱动电机为双电机驱动。

所述驱动电机为带自锁功能的微型减速电机或带自锁功能的微型变频电机或微型伺服电机。

所述驱动电机为微型减速电机或微型变频电机时，锁定梁沿运行轨道的行程首、末端设置分别一个行程限位开关，行程限位开关与现地PLC控制柜连接。

闸门电动锁定装置运行速度≤1.5m/min。

采用上述技术方案的本发明便于对闸门进行集中运行管理，操作简单、及时、灵活；且运行安全、稳定、可靠，能大大降低运行人员和运行成本；适用于水电站、水库、渠道等枢纽带锁定结构的进水、退水、工作、事故等闸门的运行，特别适合长渠道闸门启闭机的远程操作。当渠道、水库等出现突发险情时，运行人员能在控制室第一时间完成闸门启闭机的启闭操作，避免事故的发生和扩大。该现地控制平台和远程控制平台也完全适用于无锁定结构的液压启闭机操作的闸门系统。

附图说明

图1为本发明原理图。

图2为本发明电动锁定梁结构示意图。

图3为图2的俯视图。

图4为图2的左视图。

图5锁定梁行走机构结构示意图。

图6为单电机驱动锁定梁结构示意图。

图7为双电机驱动锁定梁结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种闸门启闭机现地和远程全自动控制系统，它包括远程控制平台、闸门启闭机和闸门电动锁定装置8，远程控制平台包括依次连接的工控机、现地PLC控制柜，现地PLC控制柜连接闸门启闭机和闸门电动锁定装置8，现地PLC控制柜设有无线通信模块。现地PLC控制柜设有两套通信进行数据和信号传输，第一套通信经光电转换器、光纤、光电转换器直接与现地PLC控制柜连接，完成有线通信，第二套通信经Internet网和3G/4G网络、路由器寻找现地控制平台PLC的IP地址，完成无线通信，光纤有线通信与3G/4G无线通信可相互切换，互为备用。

闸门启闭机、闸门电动锁定装置及现地PLC控制柜上方设有监控设备，监控设备与工控机连接，设置监控设备方便闸门运行人员远程监视启闭机、闸门及电动锁定梁运转情况，以便随时应对突发状况；闸门启闭机、闸门电动锁定装置及现地PLC控制柜上方还设有照明设备，照明设备与现地PLC控制柜连接，在光线阴暗或夜间操作时给监控系统提供可靠的照明光源。

如图2-4所示，闸门电动锁定装置包括锁定梁5、驱动电机1、行走机构和轨道4，行走机构位于锁定梁5下方，行走机构与锁定梁5为整体结构，驱动电机1连接行走机构，锁定梁5沿轨道4运动。所述行走机构包括主动轮2、从动轮3和联轴器6，主动轮2通过联轴器6连接从动轮3。驱动电机驱动行走机构的主动轮2，通过联轴器6带动从动轮3，从而带动锁定梁5沿轨道4往返运动。

所述驱动电机为带自锁功能的微型减速电机或带自锁功能的微型变频电机或微型伺服电机。根据锁定梁重量和摩阻、选取电机功率；根据行走轮径、速度（设定在1.0～1.5m/min）、减速比选取合适参数的电机。当所选驱动电机为带自锁功能的微型减速电机或带自锁功能的微型变频电机时，锁定梁的运行轨道的行程首、末端设置分别一个行程限位开关，行程限位开关与现地PLC控制柜连接；当所选驱动电机为微型伺服电机时，则不需要设行程限位开关等保护装置。

如图5、图6所示，锁定梁的重量＜500kg时，所述驱动电机为单电机驱动；锁定梁的重量＞500kg时，所述驱动电机为双电机驱动。闸门电动锁定装置运行速度≤1.5m/min。

实施例1

某电站引水渠首进退水闸门锁定梁重120kg，行走机构重120kg，选用轨道型号9kg/m，运行机构轮径：，运行速度～1.5m/min，电动转速1320转/分钟。

设定1秒内由启动加速状态达到设计转速：

转动惯量：J=mR*R/2=0.768；

角加速度:α=n*360/57.3/60=138.22；

扭矩:T=J*α=106.15NM；

功率:P=T*n/9550=14.67W；

取电机服务系数为1.5,可初定电机功率为14.67*1.5=22w；

查微型电机选型资料：选取电机为25w，中间减速箱选取1：10，直角中实减速箱选取1：60；

运行机构运行速度：1.105m/min；

最终选取电机及其减速机构型号：25YS120DV。

此项目进、退水闸门及闸门电动锁定装置重量小于15000kg，锁定梁重120kg，所以设置单电驱动，将闸门的重量通过闸门电动锁定梁、行走机构、轨道直接传递至闸门槽7和其砼上。驱动电机直接驱动锁定梁主动轮，为保证闸门电动锁定梁两侧主动轮和从动轮的同步，设置一根联轴器联接从动轮，行走机构带动锁定梁沿轨道往返运动。

此项目驱动电机选用带有自锁和正反转功能的微型减速电机，工作电压为AC220V，在闸门电动锁定梁行程首、末端各设置一限位开关，便于锁定到位的监视。

远程控制平台包括研华工控机一套，工控机设有视频采集卡，现地PLC控制柜一面，设置西门子S7-1200PLC、KTP触摸屏、闸门高度荷重仪、变频器以及施耐德空气开关、接触器、断路器、继电器等低压电气元件，使用西门子博途STEPV11编程软件。现地PLC控制柜与闸门电动锁定梁、启闭机、辅助照明设备连接并进行控制，设有光纤有线和联通3G无线两套通信，互为备用，自行切换。现地PLC控制柜接收工控机指令，并实时上传闸门启闭机运行开度、闸门载荷、电动锁定梁锁定到位、电动锁定梁退出到位、辅助照明系统开关等信号和数据。

本实施例中闸门全自动远程控制系统工作原理如图1所示：

工控机可通过现地PLC控制柜实现远程点动和自动控制闸门电动锁定梁、闸门启闭机及辅助照明设备、监控设备。运行人员进行远程点动操作时，通过工控机向现地PLC控制柜下达指令，现地PLC通过控制继电器、接触器等电气元件完成闸门电动锁定装置、闸门启闭机的操作，此时通过监控画面监视闸门电动锁定装置、闸门启闭机的运行状态。

运行人员进行远程自动控制时，也是通过工控机向现地PLC控制柜下达指令，此时现地PLC控制系统自动判断闸门电动锁定装置的位置。当闸门处于闸门槽7内且闸门电动锁定装置处于脱锁到位状态时，直接启动启闭机对闸门进行启闭操作；当闸门处于闸门槽7内且闸门电动锁定装置未处于脱锁到位状态时，现地PLC首先启动闸门电动锁定装置，闸门电动锁定装置运行至脱锁到位后，脱锁到位限位开关发出信号并切断闸门电动锁定装置电源，延时5S后启动启闭机对闸门进行启闭操作。闸门运行至现地PLC给定开度后，现地PLC自动通过继电器、接触器、断路器停止启闭机的操作。

当闸门处于闸门电动锁定装置的开度范围时，工控机给现地PLC控制柜下达操作指令后，现地PLC首选判断闸门电动锁定装置位置。现地PLC根据闸门高度荷重仪的高度、荷重数据和闸门自动锁定装置锁定到位限位开关的信号判断闸门自动锁定装置在锁定位置且闸门坐于闸门电动锁定装置上，现地PLC先发出启闭机启升10cm的指令，启闭机启升停止后延时5s发出闸门电动锁定装置脱锁指令，当闸门电动锁定装置运行至其限位开关位置时，限位开关发出脱锁到位信号，现地PLC停止闸门电动锁定装置动作，延时5S后发出启闭机启、闭指令。当闸门启闭机运行至指令开度（现地PLC编程时指令预加10cm）后，启闭机停止启、闭。延时5s后现地PLC发闸门电动锁定装置锁定指令，闸门电动锁定装置运行至锁定位并且其限位开关动作后，现地PLC发停止闸门电动锁定装置动作指令，延时5S现地PLC发启闭机关闭10cm指令，闸门启闭机关闭到位后，现地PLC发启闭机停止关闭指令。此时闸门刚好落在闸门电动锁定梁上，此时工控机下达的操作指令完成。

运行人员进行现地PLC控制和远程控制工作原理相同，现地PLC控制的操作同样自动上传至工控机。

综上所述，仅为本发明专利实施例之一，不以此限定本发明专利实施的范围，但凡依据本发明申请专利的内容所做的等效变化和修饰，都应作为本发明的技术范畴。此外，本发明专利未述部分与现有技术相同。

Claims (9)

1.一种闸门启闭机现地和远程全自动控制系统，其特征在于：它包括远程控制平台、闸门启闭机和闸门电动锁定装置，远程控制平台包括依次连接的工控机、现地PLC控制柜，现地PLC控制柜连接闸门启闭机和闸门电动锁定装置，现地PLC控制柜设有无线通信模块。

2.根据权利要求1所述一种闸门启闭机现地和远程全自动控制系统，其特征在于：闸门启闭机、闸门电动锁定装置及现地PLC控制柜上方设有监控设备，监控设备与工控机连接。

3.根据权利要求1所述一种闸门启闭机现地和远程全自动控制系统，其特征在于：闸门启闭机、闸门电动锁定装置及现地PLC控制柜上方还设有照明设备，照明设备与现地PLC控制柜连接。

4.根据权利要求1所述一种闸门启闭机现地和远程全自动控制系统，其特征在于：闸门电动锁定装置包括锁定梁、驱动电机、行走机构和轨道，行走机构位于锁定梁下方，行走机构与锁定梁为整体结构，驱动电机连接行走机构，锁定梁沿轨道运动。

5.根据权利要求4所述一种闸门启闭机现地和远程全自动控制系统，其特征在于：所述行走机构包括主动轮、从动轮和联轴器，主动轮通过联轴器连接从动轮。

6.根据权利要求4所述一种闸门启闭机现地和远程全自动控制系统，其特征在于：锁定梁的重量＜500kg时，所述驱动电机为单电机驱动；锁定梁的重量＞500kg时，所述驱动电机为双电机驱动。

7.根据权利要求4或6所述一种闸门启闭机现地和远程全自动控制系统，其特征在于：所述驱动电机为带自锁功能的微型减速电机或带自锁功能的微型变频电机或微型伺服电机。

8.根据权利要求4或6所述一种闸门启闭机现地和远程全自动控制系统，其特征在于：所述驱动电机为微型减速电机或微型变频电机时，锁定梁沿运行轨道的行程首、末端设置分别一个行程限位开关，行程限位开关与现地PLC控制柜连接。

9.根据权利要求4所述一种闸门启闭机现地和远程全自动控制系统，其特征在于：闸门电动锁定装置运行速度≤1.5m/min。