CN107179719A - 一种水库闸门远程监控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及远程监控系统领域，具体涉及一种水库闸门远程监控系统，所述远程监控系统包括切换控制开关、闸门控制单元和水库闸门；其中，该切换控制开关与闸门控制单元连接，其将三相交流电压以正序或负序的方式通过电缆传送至闸门控制单元；该水库闸门包括电机，其在电机带动下进行开启或关闭；该闸门控制单元包括处理模块和位移传感器，该位移传感器感应水库闸门的位移变化，若三相交流电压为正序以及水库闸门的未完全开启，该闸门控制单元控制电机带动水库闸门开启，若三相交流电压为负序以及水库闸门未完全关闭，该闸门控制单元控制电机带动水库闸门关闭。该远程监控系统满足自动化的需求，可靠性高和使用寿命长，可实现远程监控水库。
Description
技术领域
本发明涉及远程监控系统领域，具体涉及一种水库闸门远程监控系统。
背景技术
近年来随着社会的进步，经济科技的发展，人们生活、工作和生产水平有了很大的提高。水库在人们的生产、生活起着重要的作用，如供应生活与工业用水、农业灌溉和抗洪救灾等，因此，科学管理水资源越来越显示其重要性和必要性,尤其是在我国水资源并不富裕的情况下，水资源必然成为国民经济发展和人民生活质量提高的制约因素。
目前中国农村存在大量的小型水库，特别是在南方地区，小型电站、农田灌溉、渔业养殖等项目都有配套的小型水库。但是，目前国内现有水库绝大多数长期以来停留在原始的操作方式，绝大多数都是通过人工现场收集数据,根据命令进行现场操控，开关闸门操作都需要操作人员亲临现场操作，因此受到了各方面因素的影响，导致误差较大，而且这种方法需要较多的工作人员和较大的工作量。特别是在阴雨天气时，交通不便，山路湿滑，操作人员在水库现场进行操作时并不安全。为了随着社会数字化的逐步提高，满足自动化、数字化和智能化监控的需求，设计一种结构简单，可靠性高，使用寿命长和成本低的水库闸门远程监控系统，一直是本领域技术人员重点研究的问题之一。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种水库闸门远程监控系统，解决自动化、数字化和智能化监控的问题。
为解决该技术问题，本发明提供一种水库闸门远程监控系统，所述远程监控系统包括切换控制开关、闸门控制单元和水库闸门；其中，该切换控制开关与闸门控制单元连接，其将三相交流电压以正序或负序的方式通过电缆传送至闸门控制单元；该水库闸门包括电机，其在电机带动下进行开启或关闭；该闸门控制单元包括处理模块和位移传感器，该处理模块分别与切换控制开关、位移传感器和电机连接，该位移传感器感应水库闸门的位移变化，若三相交流电压为正序以及水库闸门未完全开启，该闸门控制单元控制电机带动水库闸门开启，若三相交流电压为负序以及水库闸门未完全关闭，该闸门控制单元控制电机带动水库闸门关闭。
其中，较佳方案是所述闸门控制单元还包括水位传感器，该水位传感器连接处理模块，该水位传感器感应水库的水位变化，若水位传感器感应水库的水位达到预警位置，该闸门控制单元控制电机带动水库闸门关闭。
其中，较佳方案是所述处理模块包括相序判断子模块和正反转开出子模块；其中，该相序判断子模块获取三相交流电压，并判断三相交流电压为正序或负序；该正反转开出子模块驱动电机正向运动并带动水库闸门开启，以及，该正反转开出子模块驱动电机反向运动并带动水库闸门关闭。
其中，较佳方案是所述处理模块还包括与切换控制开关连接的第一保护电路，该第一保护电路包括第一低通滤波电路、电压偏置电路和限幅电路。
其中，较佳方案是所述处理模块还包括与位移传感器、水位传感器连接的电流电压转换电路和第二低通滤波电路，该电流电压转换电路将位移传感器与水位传感器输出的电流信号转化为电压信号。
其中，较佳方案是所述处理模块还包括方波信号输出电路，该方波信号输出电路将切换控制开关输入的三相交流电压整形成方波信号，并输入到相序判断子模块中进行相序判断。
其中，较佳方案是所述闸门控制单元还包括隔离降压变压器，该隔离降压变压器将三相交流电进行降压后传输至处理模块。
其中，较佳方案是所述正反转开出子模块包括继电器和外部交流接触器，该继电器输出控制外部交流接触器，该外部交流接触器将三项交流电压传输至电机，该电机正反转驱动水库闸门的开启或关闭。
其中，较佳方案是所述正反转开出子模块还包括备用电路，该备用电路包括继电器和外部交流接触器，该继电器输出控制外部交流接触器，该外部交流接触器将三项交流电压传输至电机，该电机正反转驱动水库闸门的开启或关闭。
其中，较佳方案是所述处理模块还包括与电机连接的第二保护电路，该第二保护电路包括整流电路、电流电压转换电路、低通同相放大电路和正反馈及滤波电路。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明通过设计一种水库闸门远程监控系统，使操作人员实现远程操控，可避免现场操作，满足自动化、数字化和智能化监控的需求；另外，该远程监控系统结构简单，可靠性高，使用寿命长和成本低；同时，该远程监控系统还设置有保护电路，当电流超过设定电流时，系统自动断电，避免系统因电流过高而导致损坏。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明远程监控系统原理图；
图2是本发明相序判断子模块电路图；
图3是本发明数据采集电路图；
图4是本发明正反转开出子模块电路图；
图5是本发明第二保护电路图；
图6是本发明单片机原理图。
具体实施方式
现结合附图，对本发明的较佳实施例作详细说明。
如图1所示，本发明提供一种水库闸门远程监控系统的优选实施例。
具体地，一种水库闸门远程监控系统，所述远程监控系统包括切换控制开关100、闸门控制单元200和水库闸门300；其中，该切换控制开关100与闸门控制单元200连接，其将三相交流电压以正序或负序的方式通过电缆传送至闸门控制单元200；该水库闸门300包括电机，其在电机带动下进行开启或关闭；该闸门控制单元200包括处理模块210和位移传感器220，该处理模块210分别与切换控制开关100、位移传感器220和电机连接，该位移传感器220感应水库闸门300的位移变化，若三相交流电压为正序以及水库闸门300未完全开启，该闸门控制单元200控制电机带动水库闸门300开启，若三相交流电压为负序以及水库闸门300未完全关闭，该闸门控制单元200控制电机带动水库闸门300关闭。
进一步地，所述处理模块210包括相序判断子模块211和正反转开出子模块212；其中，该相序判断子模块211获取三相交流电压，并判断三相交流电压为正序或负序；该正反转开出子模块212驱动电机正向运动并带动水库闸门300开启，以及，该正反转开出子模块212驱动电机反向运动并带动水库闸门300关闭。
其中，所述闸门控制单元200还包括隔离降压变压器240，该隔离降压变压器240将三相交流电进行降压后传输至处理模块210，防止电压过高烧毁电路。
在本实施例中，所述闸门控制单元200还包括水位传感器230，该水位传感器230连接处理模块210，该水位传感器230感应水库的水位变化，若水位传感器230感应水库的水位达到预警位置，该闸门控制单元200控制电机带动水库闸门300关闭。
如图2所示，本发明提供一种相序判断子模块211的较佳实施例。
具体地，一种相序判断子模块211，该相序判断子模块211获取三项交流电压，并判断三项交流电压为正序或负序。所述处理模块210包括与切换控制开关100连接的第一保护电路，该第一保护电路包括第一低通滤波电路、电压偏置电路和限幅电路，该处理模块210还包括方波信号输出电路，该方波信号输出电路将切换控制开关100输入的三相交流电压整形成方波信号，并输入到相序判断子模块211中进行相序判断。
图2示出了相序判断子模块211的电路图，该隔离降压变压器240将三相交流电进行降压后传输电信号Ug_A至相序判断子模块211，电信号Ug_A流经第一低通滤波电路、电压偏置电路和限幅电路形成电信号Ug_a1；电阻R30串联R31后并接电阻R33的一端和电容C30的一端，电阻R33的另一端和电容C30的另一端均接地，形成第一低通滤波器；电阻R32的一端接电阻R33，另一端接供电电压VCC5，形成电压偏置电路，防止在无电压输入情况下噪声干扰产生异常；电阻R34的一端并接电容C30的一端和电阻R33的一端，其另一端接二极管D30，二极管D30的正极并接电容C30的一端和电阻R33的一端，其负极接供电电压VCC5，形成限幅电路，用于保护放大器的非反相输入端电压不超过电路的允许输入电压值。
进一步地，电信号Ug_a1流经方波信号输出电路后形成电信号Ug_a2；比较器的非反相输入端接电信号Ug_a1，其反向输入端并接电阻R311的一端、电阻R310的一端和电容C32的一端后接地，其输出端接电阻R313的一端，形成U30C；电阻R313的另一端并接电阻R314的一端和电容C33的一端，电阻R314的另一端和电容C33的另一端均接地；电阻R313的一端还接二极管D32，二极管D32的正极接地，其负极接供电电压VCC3.3。
参考图2，同理可得出隔离降压变压器240将三相交流电进行降压后传输电信号Ug_B至相序判断子模块211，其后输出电信号Ug_b2。
如图3所示，本发明提供位移传感器220和水位传感器230的较佳实施例。
具体地，所述位移传感器220和水位传感器230均与处理模块210相连，该位移传感器220感应水库闸门300的位移变化，若三相交流电压为正序以及水库闸门300未完全开启，该闸门控制单元200控制电机带动水库闸门300开启，若三相交流电压为负序以及水库闸门300未完全关闭，该闸门控制单元200控制电机带动水库闸门300关闭；该水位传感器230感应水库的水位变化，若水位传感器230感应水库的水位达到预警位置，该闸门控制单元200控制电机带动水库闸门300关闭。
其中，所述处理模块210还包括与位移传感器220、水位传感器230连接的电流电压转换电路和第二低通滤波电路，该电流电压转换电路将位移传感器220与水位传感器230输出的电流信号转化为电压信号。
在本实施例中，位移传感器220和水位传感器230进行感应操作时均需要进行数据采集，图3示出了数据采集的电路图。位移传感器220感应水库闸门300的位移变化后形成电信号Gate，电信号Gate流经数据采集电路后形成电信号Gate1；电信号Gate接电感L33的一端，电感L33的另一端并接电阻R334的一端和电阻R335的一端，电阻R334的另一端并接电阻R336的一端和电容C314的一端，电阻R336的另一端和电容C314的另一端接电阻R335的另一端和接地，电阻R334的一端还接二极管D39，二极管D39的正极接地，其负极接供电电压VCC3.3；电阻R335构成电流电压转换电路，电阻R334、电阻R336和电容C314构成第二低通滤波电路。
参考图3，同理可得出水位传感器230感应水库的水位变化后形成电信号Water，电信号Water流经数据采集电路后形成电信号Water1。
如图4所示，本发明提供一种正反转开出子模块212的较佳实施例。
具体地，并参考图2和图3，当相序子模块211判断三项交流电压为正序并且位移传感器220感应到水库闸门300未完成开启，该正反转开出子模块212控制U20的2脚为低电平，触发K1继电器输出控制外部交流接触器，该外部交流接触器将三项交流电压传输至电机，该电机正转驱动水库闸门300的开启。
同理，当相序子模块211判断三项交流电压为负序并且位移传感器220感应到水库闸门300未完成关闭，该正反转开出子模块212控制U21的2脚为低电平，触发K2继电器输出控制外部交流接触器，该外部交流接触器将三项交流电压传输至电机，该电机正转驱动水库闸门300的关闭。
图4示出了正反转子模块212的电路图。在电机正转的电路图中，二极管正极接电阻R20的一端，电阻R20的另一端接供电电压VCC3.3，二极管的负极接R0_3；三极管的一端电极接电阻R21的一端，电阻R21的另一端接电压24V，三极管的另一端电极接电阻R22的一端并输出电信号Out_1，电阻R22的另一端接公共端COM；电信号Out_1输入至继电器K1、二极管D20和二极管LED20，电阻R212的一端并接继电器K1的一端以及二极管D20的负极,电阻R212的另一端接二极管LED20的一端。
同理，在电机反转的电路图中，二极管正极接电阻R23的一端，电阻R23的另一端接供电电压VCC3.3，二极管的负极接R0_2；三极管的一端电极接电阻R24的一端，电阻R24的另一端接电压24V，三极管的另一端电极接电阻R25的一端并输出电信号Out_2，电阻R25的另一端接公共端COM；电信号Out_2输入至继电器K2、二极管D21和二极管LED21，电阻R213的一端并接继电器K2的一端以及二极管D21的负极,电阻R213的另一端接二极管LED21的一端。
进一步地，所述正反转开出子模块212还包括备用电路，该备用电路包括继电器和外部交流接触器，并参考图4，同理可得出，该继电器输出控制外部交流接触器，该外部交流接触器将三项交流电压传输至电机，该电机正反转驱动水库闸门300的开启或关闭。
如图5所示，本发明提供一种保护电路的较佳实施例。
具体地，所述处理模块210设置有第二保护电路，该第二保护电路与电机相连，该第二保护电路包括整流电路、电流电压转换电路、低通同相放大电路和正反馈及滤波电路，其防止电流过高烧坏电路。
参考图5，电信号IgA1和电信号IgA2分别输入至BV10的端脚1和端脚2后进行隔离转换成0-2.5mA电流，其后分别输出至二极管D34和二极管D35，形成整流电路，将输出的电流整流成直流信号，二极管D34和二极管D35的负极均接电阻R321的一端，形成电流电压转换电路，将直流信号转换成电压信号，电阻R321的另一端接地；二极管D34的负极接JP30的一端，JP30的另一端输出信号I_out，二极管D35的负极接电阻R323的一端，电阻R323的另一端接放大器4的非反相输入端，放大器4的反相输入端接电阻R322的一端、电容C37的一端以及电阻R324的一端，电阻R322的另一端接地，放大器4的输出端并接电容C37的另一端和电阻R324的另一端，形成低通同相放大电路，其后输出电信号Ig。
进一步地，输出电信号流经电阻R328，放大器1的非反相输入端接电阻R328的一端和电阻R329的一端、电容C39的一端、电容C310的一端以及电容C311的一端，电容C39的另一端、电容C310的另一端以及电容C311的另一端均接地，放大器1的反相输入端接REF3.0，放大器1的输出端接电阻R329的另一端以及电阻R330的一端，形成正反馈及滤波电路，防止乒乓效应；电阻R330的另一端并接电阻R331的一端以及电容C312的一端，电阻R331和电容C312的另一端均接地，其后接二极管D37，二极管D37的正极接地，二极管D37的负极接供电电压VCC3.3，最后输出电信号Protect_Ig。
在本实施例中，当电机电流超过设定值，放大器1输出高电平，其后输出电信号Protect_Ig控制电机闭锁，从而停止电机正反转，停止水库闸门300的开启或关闭。
如图6所示，本发明提供一种单片机的较佳实施例。
具体地，图6示出了单片机的原理图，并参考图2至图5，方波信号Ug_a2与Ug_a2进入单片机中U50的17、18脚进行相序判断；电信号Water1进入单片机中U50的29脚进行水库的水位判断；电信号Gate1进入单片机中U50的26脚进行水库闸门300的位移判断；电信号Protect_Ig进入单片机中U50的25进行闭锁判断。
在本发明中，提供一种水库闸门远程监控系统的另一优选实施例。
具体地，所述水位传感器230将水库的水位变化和所述位移传感器220将水库闸门300的位移变化形成电信号并通过电缆传输至处理模块210；当水库的水位超过预警值时，该处理模块210控制水库闸门300完全开启，从而尽快排放水，防止水位过高冲毁水库闸门300；当水库的水位未超过预警值时，该水库闸门300不需要完全开启，该处理模块210根据水库的水位变化控制水库闸门300的位移变化。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改，等同替换，改进等，均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种水库闸门远程监控系统，其特征在于：所述远程监控系统包括切换控制开关、闸门控制单元和水库闸门；其中，该切换控制开关与闸门控制单元连接，其将三相交流电压以正序或负序的方式通过电缆传送至闸门控制单元；该水库闸门包括电机，其在电机带动下进行开启或关闭；该闸门控制单元包括处理模块和位移传感器，该处理模块分别与切换控制开关、位移传感器和电机连接，该位移传感器感应水库闸门的位移变化，若三相交流电压为正序以及水库闸门未完全开启，该闸门控制单元控制电机带动水库闸门开启，若三相交流电压为负序以及水库闸门未完全关闭，该闸门控制单元控制电机带动水库闸门关闭。
2.根据权利要求1所述的远程监控系统，其特征在于：所述闸门控制单元还包括水位传感器，该水位传感器连接处理模块，该水位传感器感应水库的水位变化，若水位传感器感应水库的水位达到预警位置，该闸门控制单元控制电机带动水库闸门关闭。
3.根据权利要求1所述的远程监控系统，其特征在于：所述处理模块包括相序判断子模块和正反转开出子模块；其中，该相序判断子模块获取三相交流电压，并判断三相交流电压为正序或负序；该正反转开出子模块驱动电机正向运动并带动水库闸门开启，以及，该正反转开出子模块驱动电机反向运动并带动水库闸门关闭。
4.根据权利要求3所述的远程监控系统，其特征在于：所述处理模块还包括与切换控制开关连接的第一保护电路，该第一保护电路包括第一低通滤波电路、电压偏置电路和限幅电路。
5.根据权利要求4所述的远程监控系统，其特征在于：所述处理模块还包括与位移传感器、水位传感器连接的电流电压转换电路和第二低通滤波电路，该电流电压转换电路将位移传感器与水位传感器输出的电流信号转化为电压信号。
6.根据权利要求5所述的远程监控系统，其特征在于：所述处理模块还包括方波信号输出电路，该方波信号输出电路将切换控制开关输入的三相交流电压整形成方波信号，并输入到相序判断子模块中进行相序判断。
7.根据权利要求1所述的远程监控系统，其特征在于：所述闸门控制单元还包括隔离降压变压器，该隔离降压变压器将三相交流电进行降压后传输至处理模块。
8.根据权利要求3所述的远程监控系统，其特征在于：所述正反转开出子模块包括继电器和外部交流接触器，该继电器输出控制外部交流接触器，该外部交流接触器将三项交流电压传输至电机，该电机正反转驱动水库闸门的开启或关闭。
9.根据权利要求8所述的远程监控系统，其特征在于：所述正反转开出子模块还包括备用电路，该备用电路包括继电器和外部交流接触器，该继电器输出控制外部交流接触器，该外部交流接触器将三项交流电压传输至电机，该电机正反转驱动水库闸门的开启或关闭。
10.根据权利要求3所述的远程监控系统，其特征在于：所述处理模块还包括与电机连接的第二保护电路，该第二保护电路包括整流电路、电流电压转换电路、低通同相放大电路和正反馈及滤波电路。
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