CN107272562A - 一种单级船闸模型控制系统 - Google Patents

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丁明
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陈馨凝
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Abstract

本发明属于船闸模型控制技术领域，公开了一种单级船闸模型控制系统，包括PLC电气控制单元、船闸传动控制单元、信号检测单元；所述PLC电气控制单元分别与所述船闸传动控制单元和所述信号检测单元连接。本发明解决了现有技术中船闸模型实验采用分布式系统造成实验效率较低、数据采集误差较大的问题，达到了降低人工和运行成本，提高数据采集的精确度的技术效果。

Description

一种单级船闸模型控制系统
技术领域
本发明涉及船闸模型控制技术领域，尤其涉及一种单级船闸模型控制系统。
背景技术
在船闸实际设计的过程中，直接到具有落差的水面进行各项实验不便于实现，会对资源造成极大的浪费；并且由于各个地区实地情况的不同，对真实数据的采集也会有重大影响，因此船闸模型应运而生。
在船闸模型的实际实验中，很多情况下采用的是分布式系统，需要几个人同时操作并记录数据。在这个过程中，可能因为配合的问题造成整个实验过程效率的低下以及数据采集误差数或者错误数的增加。
发明内容
本申请实施例通过提供一种单级船闸模型控制系统，解决了现有技术中船闸模型实验采用分布式系统造成实验效率较低、数据采集误差较大的问题。
本申请实施例提供一种单级船闸模型控制系统，包括PLC电气控制单元、船闸传动控制单元、信号检测单元；
所述PLC电气控制单元分别与所述船闸传动控制单元和所述信号检测单元连接。
优选的，所述PLC电气控制单元包括：
主控CPU；
模拟量信号采集模块，所述模拟量信号采集模块与所述主控CPU连接；
步进电机控制模块，所述步进电机控制模块与所述主控CPU连接；
步进电机驱动模块，所述步进电机驱动模块与所述步进电机控制模块连接；
信息显示屏，所述信息显示屏与所述主控CPU连接；
运行控制操作按钮，所述运行控制操作按钮与所述主控CPU连接。
优选的，所述步进电机驱动模块包括上游步进电机驱动模块和下游步进电机驱动模块；
所述运行控制操作按钮包括上游运行控制操作按钮和下游运行控制操作按钮。
优选的，所述上游运行控制操作按钮和所述下游运行控制操作按钮均包括：开阀按钮、关阀按钮、停止按钮。
优选的，所述船闸传动控制单元包括：
步进电机；
步进电机丝杆，所述步进电机丝杆与所述步进电机连接；
限位转盘，所述限位转盘位于所述步进电机丝杠的上下两端；
电机限位开关，所述电机限位开关位于所述限位转盘的运行极限位置；
阀门；
电机与阀门连接轴，所述电机与阀门连接轴的两端分别与所述步进电机丝杠和所述阀门连接。
优选的，所述步进电机包括上游步进电机和下游步进电机；
所述步进电机丝杆包括上游步进电机丝杆和下游步进电机丝杆；所述上游步进电机丝杆与所述上游步进电机连接，所述下游步进电机丝杆与所述下游步进电机连接；
所述限位转盘包括第一限位转盘、第二限位转盘、第三限位转盘、第四限位转盘；所述第一限位转盘和所述第二限位转盘分别位于所述上游步进电机丝杠的上下两端，所述第三限位转盘和所述第四限位转盘分别位于所述下游步进电机丝杆的上下两端；
所述电机限位开关包括第一电机限位开关、第二电机限位开关、第三电机限位开关、第四电机限位开关；所述第一电机限位开关位于所述第一限位转盘的上行极限位置，所述第二电机限位开关位于所述第二限位转盘的下行极限位置，所述第三电机限位开关位于所述第三限位转盘的上行极限位置，所述第四电机限位开关位于所述第四限位转盘的下行极限位置；
所述阀门包括上游阀门和下游阀门；
所述电机与阀门连接轴包括上游电机与阀门连接轴、下游电机与阀门连接轴；所述上游电机与阀门连接轴的两端分别与所述上游步进电机丝杠和所述上游阀门连接，所述下游电机与阀门连接轴的两端分别与所述下游步进电机丝杠和所述下游阀门连接。
优选的，所述限位转盘为不锈钢转盘。
优选的，所述阀门为弧形阀门。
优选的，所述信号检测单元包括：
闸室水位检测仪，所述闸室水位检测仪设置在闸室区域内；
上游差压传感器，所述上游差压传感器设置在上游阀门附近；
下游差压传感器，所述下游差压传感器设置在下游阀门附近。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
在本申请实施例中，通过PLC对整个单级船闸过船流程进行控制，实时采集与记录数据，系统控制简单，系统运行安全、稳定、可靠，能够降低人工和运行成本，能够提高数据采集的精确度，通过修改PLC控制系统的相关参数，能够适应不同的模型场景，从而有效提高资源的利用效率。
附图说明
为了更清楚地说明本实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一个实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种单级船闸模型控制系统中PLC电气控制单元的柜内布置示意图；
图2为本发明实施例提供的一种单级船闸模型控制系统中PLC电气控制单元的控制面板布置示意图；
图3为本发明实施例提供的一种单级船闸模型控制系统中船闸传动控制单元的结构示意图；
图4为船舶从上游过闸到下游的控制流程图。
其中，11-主控CPU、12-模拟量信号采集模块、13-步进电机控制模块、14-1-上游步进电机驱动模块、14-2-下游步进电机驱动模块、15-信息显示屏、16-1-上游运行控制操作按钮、16-2-下游运行控制操作按钮；
21-1-上游步进电机、21-2-下游步进电机、22-1-上游步进电机丝杆、22-2-下游步进电机电机丝杆、23-1-1-第一限位转盘、23-1-2-第二限位转盘、23-2-1-第三限位转盘、23-2-2-第四限位转盘、24-1-1第一电机限位开关、24-1-2-第二电机限位开关、24-2-1-第三电机限位开关、24-2-2-第四电机限位开关、25-1-上游电机与阀门连接轴、25-2-下游电机与阀门连接轴、26-1-上游阀门、26-2-下游阀门；
31-闸室水位检测仪、32-上游差压传感器、33-下游差压传感器。
具体实施方式
本申请实施例通过提供一种单级船闸模型控制系统及方法，解决了现有技术中船闸模型实验采用分布式系统造成实验效率较低、数据采集误差较大的问题。
本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
一种单级船闸模型控制系统，包括：PLC电气控制单元、船闸传动控制单元、信号检测单元；
所述PLC电气控制单元分别与所述船闸传动控制单元和所述信号检测单元连接。
通过PLC对整个单级船闸过船流程进行控制，实时采集与记录数据，能够降低人工和运行成本，能够提高数据采集的精确度，通过修改PLC控制系统的相关参数，能够适应不同的模型场景，从而有效提高资源的利用效率。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
本实施例提供了一种单级船闸模型控制系统，如图1、图2、图3所示，包括：PLC电气控制单元、船闸传动控制单元、信号检测单元；
所述PLC电气控制单元分别与所述船闸传动控制单元和所述信号检测单元连接。
其中，所述PLC电气控制单元包括：主控CPU11、模拟量信号采集模块12、步进电机控制模块13、步进电机驱动模块、信息显示屏15、运行控制操作按钮；
所述主控CPU11分别与所述模拟量信号采集模块12、所述步进电机控制模块13、所述信息显示屏15、所述运行控制操作按钮连接；所述步进电机驱动模块与所述步进电机控制模块13连接。
其中，所述船闸传动控制单元包括：步进电机、步进电机丝杆、限位转盘、电机限位开关、阀门、电机与阀门连接轴；
所述步进电机丝杆与所述步进电机连接；所述限位转盘位于所述步进电机丝杠的上下两端；所述电机限位开关位于所述限位转盘的运行极限位置；所述电机与阀门连接轴的两端分别与所述步进电机丝杠和所述阀门连接。
其中，所述信号检测单元包括：闸室水位检测仪31、上游差压传感器32、下游差压传感器33。
所述闸室水位检测仪31设置在闸室区域内；所述上游差压传感器32设置在上游阀门附近；所述下游差压传感器33设置在下游阀门附近。
如图1所示，所述主控CPU11(含开关量输入输出单元)、所述模拟量信号采集模块12、所述步进电机控制模块13组成一个整体，是所述单级船闸模型控制系统的大脑与核心。所述步进电机驱动模块包括上游步进电机驱动模块14-1和下游步进电机驱动模块14-2。
所述模拟量信号采集模块12可以接收模拟量信号，所述模拟量信号包括所述闸室水位检测仪31所监测到的水位信号，所述上游差压传感器32所监测到的上游水位与闸室水位的差压信号，所述下游差压传感器33所监测到的下游水位与闸室水位的差压信号；所述模拟量信号采集模块12将所述模拟量信号通过内部总线传送到所述主控CPU11。
所述主控CPU11可以接收所述运行控制操作按钮发送的操作信号和所述电机限位开关发送的限位信号。
所述主控CPU11对所述步进电机控制模块13发出相关的操作指令，所述步进电机控制模块13通过内部总线接收所述主控CPU11的控制信号，通过控制所述步进电机驱动模块来实现对所述步机电机的控制。
如图2所示，所述运行控制操作按钮包括上游运行控制操作按钮16-1和下游运行控制操作按钮16-2，所述上游运行控制操作按钮16-1和所述下游运行控制操作按钮16-2均包括：开阀按钮、关阀按钮、停止按钮。
所述信息显示屏15可以接收所述主控CPU11处理好的各种信号，包括所述运行控制操作按钮的各种操作状态，各种检测仪信号。同时，所述信息显示屏15也可以将实际过程中的数据记录在内存之中，并通过文本或者表格形式导出。
如图3所示，所述步进电机包括上游步进电机21-1和下游步进电机21-2。
所述步进电机丝杆包括上游步进电机丝杆22-1和下游步进电机丝杆22-2；所述上游步进电机丝杆22-1与所述上游步进电机21-1连接，所述下游步进电机丝杆22-2与所述下游步进电机21-2连接。
所述限位转盘包括第一限位转盘23-1-1、第二限位转盘23-1-2、第三限位转盘23-2-1、第四限位转盘23-2-2；所述第一限位转盘23-1-1和所述第二限位转盘23-1-2分别位于所述上游步进电机丝杠22-1的上下两端，所述第三限位转盘23-2-1和所述第四限位转盘23-2-2分别位于所述下游步进电机丝杆22-2的上下两端。
所述电机限位开关包括第一电机限位开关24-1-1、第二电机限位开关24-1-2、第三电机限位开关24-2-1、第四电机限位开关24-2-2；所述第一电机限位开关24-1-1位于所述第一限位转盘23-1-1的上行极限位置，所述第二电机限位开关24-1-2位于所述第二限位转盘23-1-2的下行极限位置，所述第三电机限位开关24-2-1位于所述第三限位转盘23-2-1的上行极限位置，所述第四电机限位开关24-2-2位于所述第四限位转盘23-2-2的下行极限位置。
所述限位转盘运行到各自的极限位置时，与所述电机限位开关接近，产生电机停止信号，传给所述主控CPU11；然后所述主控CPU11发出停机信号，所述步机电机停止运行。
所述阀门包括上游阀门26-1和下游阀门26-2。
所述电机与阀门连接轴包括上游电机与阀门连接轴25-1、下游电机与阀门连接轴25-2；所述上游电机与阀门连接轴25-1的两端分别与所述上游步进电机丝杠22-1和所述上游阀门26-1连接，所述下游电机与阀门连接轴25-2的两端分别与所述下游步进电机丝杠22-2和所述下游阀门26-2连接。
所述电机与阀门连接轴起到传输力矩的作用。
所述步机电机可以接收所述步进电机驱动模块发送的控制信号，通过所述步进电机丝杆带动所述电机与阀门连接轴运行，通过所述电机与阀门连接轴带动所述阀门，从而实现水位的调节。
所述阀门由电机与阀门连接轴带动运行，当所述电机与阀门连接轴上升从而带动所述阀门上升时，减小流向闸室的水量；当所述电机与阀门连接轴下降从而带动弧形阀门下降时，增加流向闸室的水量。当所述电机与阀门连接轴处于上升或下降的极限位置时，所述阀门分别处于全开或全关位置。
一种优选的情况，所述限位转盘为不锈钢转盘，所述阀门为弧形阀门。
船从上游过闸到下游的工作流程，如图4所示，包括：
(1)检测所述上游阀门与所述下游阀门是否处于全关位置，若未处于全关位置，则将通过所述运行控制操作按钮将其全关。
(2)检测所述上游差压传感器、所述下游差压传感器、所述闸室水位检测仪的信号检测是否正常，若不正常，将其调整至正常状态。
(3)所有工况正常之后，按下上游开阀按钮，所述上游阀门到达指定位置后自动停止，开始向闸室充水，观测所述上游差压传感器与所述闸室水位检测仪的信号。
(4)待上游水位与闸室水位齐平后，按下上游关阀门按钮，所述上游阀门关闭至全关位。
(5)水面稳定之后，可以模拟船从上游驶入闸室。
(6)按下下游开阀按钮，所述下游阀门到达指定位置后自动停止，闸室开始向下游放水。
(7)待闸室水位与下游水位齐平后，按下下游关阀门按钮，所述下游阀门关闭至全关位。
(8)水面稳定之后，可以模拟船从闸室驶出至下游。
从下游过闸室到上游的工作流程，与上述流程结构上相反。
本发明提供一种单级船闸模型控制系统，操作人员在控制室通过对运行控制操作按钮的操控，可以完整的模拟整个单级船闸过船的详细流程，并对各种数据进行实时采集与记录，包括水压数据、水流数据与各种时间参数。整个系统具有操作简单且运行安全、稳定、可靠的优点，能大大降低运行人员和运行的成本。
本发明实施例提供的一种单级船闸模型控制系统至少包括如下技术效果：
在本申请实施例中，通过PLC对整个单级船闸过船流程进行控制，实时采集与记录数据，系统控制简单，系统运行安全、稳定、可靠，能够降低人工和运行成本，能够提高数据采集的精确度，通过修改PLC控制系统的相关参数，能够适应不同的模型场景，从而有效提高资源的利用效率。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种单级船闸模型控制系统，其特征在于，包括：PLC电气控制单元、船闸传动控制单元、信号检测单元；
所述PLC电气控制单元分别与所述船闸传动控制单元和所述信号检测单元连接。
2.根据权利要求1所述的单级船闸模型控制系统，其特征在于，所述PLC电气控制单元包括：
主控CPU；
模拟量信号采集模块，所述模拟量信号采集模块与所述主控CPU连接；
步进电机控制模块，所述步进电机控制模块与所述主控CPU连接；
步进电机驱动模块，所述步进电机驱动模块与所述步进电机控制模块连接；
信息显示屏，所述信息显示屏与所述主控CPU连接；
运行控制操作按钮，所述运行控制操作按钮与所述主控CPU连接。
3.根据权利要求2所述的单级船闸模型控制系统，其特征在于，所述步进电机驱动模块包括上游步进电机驱动模块和下游步进电机驱动模块；
所述运行控制操作按钮包括上游运行控制操作按钮和下游运行控制操作按钮。
4.根据权利要求3所述的单级船闸模型控制系统，其特征在于，所述上游运行控制操作按钮和所述下游运行控制操作按钮均包括：开阀按钮、关阀按钮、停止按钮。
5.根据权利要求1所述的单级船闸模型控制系统，其特征在于，所述船闸传动控制单元包括：
步进电机；
步进电机丝杆，所述步进电机丝杆与所述步进电机连接；
限位转盘，所述限位转盘位于所述步进电机丝杠的上下两端；
电机限位开关，所述电机限位开关位于所述限位转盘的运行极限位置；
阀门；
电机与阀门连接轴，所述电机与阀门连接轴的两端分别与所述步进电机丝杠和所述阀门连接。
6.根据权利要求5所述的单级船闸模型控制系统，其特征在于，所述步进电机包括上游步进电机和下游步进电机；
所述步进电机丝杆包括上游步进电机丝杆和下游步进电机丝杆；所述上游步进电机丝杆与所述上游步进电机连接，所述下游步进电机丝杆与所述下游步进电机连接；
所述限位转盘包括第一限位转盘、第二限位转盘、第三限位转盘、第四限位转盘；所述第一限位转盘和所述第二限位转盘分别位于所述上游步进电机丝杠的上下两端，所述第三限位转盘和所述第四限位转盘分别位于所述下游步进电机丝杆的上下两端；
所述电机限位开关包括第一电机限位开关、第二电机限位开关、第三电机限位开关、第四电机限位开关；所述第一电机限位开关位于所述第一限位转盘的上行极限位置，所述第二电机限位开关位于所述第二限位转盘的下行极限位置，所述第三电机限位开关位于所述第三限位转盘的上行极限位置，所述第四电机限位开关位于所述第四限位转盘的下行极限位置；
所述阀门包括上游阀门和下游阀门；
所述电机与阀门连接轴包括上游电机与阀门连接轴、下游电机与阀门连接轴；所述上游电机与阀门连接轴的两端分别与所述上游步进电机丝杠和所述上游阀门连接，所述下游电机与阀门连接轴的两端分别与所述下游步进电机丝杠和所述下游阀门连接。
7.根据权利要求5所述的单级船闸模型控制系统，其特征在于，所述限位转盘为不锈钢转盘。
8.根据权利要求5所述的单级船闸模型控制系统，其特征在于，所述阀门为弧形阀门。
9.根据权利要求1所述的单级船闸模型控制系统，其特征在于，所述信号检测单元包括：
闸室水位检测仪，所述闸室水位检测仪设置在闸室区域内；
上游差压传感器，所述上游差压传感器设置在上游阀门附近；
下游差压传感器，所述下游差压传感器设置在下游阀门附近。
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