CN208293541U - 一种水库闸门智能型破冰系统控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种水库闸门智能型破冰系统控制装置。该装置由水下温度传感器，表层温度传感器，气象传感器，组成数据采集部分；由360°摄像头，电流电压传感器，组成运行工况和现场水域监控系统。由以数据分析等技术为基础的上位机软件对上传的数据进行整理分析，利用神经网络算法自动计算出不同条件下破冰系统的最佳工作时间，可实现数据整理、数据库储存、数据查询、故障报警等功能；数据传输采用物联网技术。本实用新型能够节约人力，同时实现智能化，节能化，实时监控等功能。

Description

一种水库闸门智能型破冰系统控制装置

技术领域

本实用新型技术涉及一种水库闸门智能型破冰系统控制装置，属于工业物联网系统设备技术领域。

背景技术

我国北方大部分地区冬季寒冷而漫长，水库水体会出现结冰现象,特别是每年进入11月至次年3月，冰层厚度达到五十厘米左右。结冰初期会造成闸门门体和门槽冻结，致使闸门无法正常开启；当坝体前大面积结冰时，受风，温差和水流作用，整体冰层膨胀会产生静冰力，静冰力会对坝体、闸门和其它建筑物形成挤压力；当冰层和坝体和闸门等建筑物冻结在一起时，冰层受风力和水位作用，水位下降产生拖拽力，水位上升产生向上的拔力。当冰层解冻期，受风、水位，水流的影响，大量的浮冰会产生反复撞击坝体、闸门等的动冰力。挤压力、拖拽力和动冰力的产生，都将对坝体、闸门等建筑物产生巨大的破坏。坝体和闸门等建筑物冬季破冰工作，是水库管理者冬季重要工作之一。

冬季破冰方法有多种，从早期的人工凿冰，人工破冰船破冰，空压机吹冰等高强度、高耗能的破冰方式，到现在普遍使用的小型潜水泵单孔单泵破冰法。潜水泵单孔单泵破冰法，就是沿坝体、闸门前安装若干个小型潜水泵，通过人工在坝上或划船水面巡视，视水面结冰情况，手动或定时开启破冰系统，安装在水下的潜水泵吸取水下深层温度较高的水，通过供水管路上安装的喷射喷头，在水面以下20cm左右喷射出水流，使水面产生扰流，在坝体、闸门纵向形成近 20米宽的不冻带。能够解决坝体、闸门等建筑物冬季因结冰产生的开启困难，静冰力挤压，动冰力撞击等问题。但是在使用过程中，我们发现存在以下问题： 1)在寒冷的冬季管理人员每天多次在坝上或水面巡视，工作量大，工作环境艰苦；2)靠定期的人工在坝上或水面观察水面，很难及时准确掌握水面结冰情况； 3)凭经验设定定时启动破冰系统，不同的气候条件下，很难准确设定系统的工作时间。4)系统工作时间设定过长，耗能，缩短系统的使用年限；系统工作时间过短，又会造成结冰现象发生。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型目的是提供一种水库闸门智能型破冰系统控制装置，充分利用现有的水温传感器、气象传感器、物联网、神经网络智能数据分析等技术手段，通过神经网络对组建的数学模型进行自学习训练，计算该装置采集到的多项实时数据，准确设定系统的最佳运行方案。并能实现自动控制破冰系统的启停时间，远程监控潜水泵的运行工况等功能。本实用新型能够节约人力，同时实现智能化，节能化，实时监控等功能。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种水库闸门智能型破冰系统控制装置，包括潜水泵A、水下水温传感器、导线A、潜水泵电源线A、供水管路、可调收放钢索、万向喷头、浮筒、牵引钢索、表层水温传感器、浮动平台、导线B、交流接触器A、电源开关A、发射接收运行一体机、水上系统控制柜、系统主电源线、陆上电源柜、气象传感器导线、发射接收天线导线、气象传感器、现场发射接收天线、控制中心发射接收天线、导线C、控制中心上位机系统、固定支架、电源开关B、导线D、交流接触器B、潜水泵电源线B、潜水泵B、12-24v电源开关、固定钢索、360°摄像头、导线E、导线F、导线G。所述水下温度传感器安装在泵体上，通过导线A和发射接收运行一体机相连接，实时测量取水层水温；所述表层水温传感器安装在浮动平台底部，通过导线B 和发射接收运行一体机相连接，实时测量表层水温；所述气象传感器安装在浮动平台支架上，通过导线E和发射接收运行一体机相连接，实时测量相关气象数据；所述360°摄像头安装在浮动平台支架上，实时监控系统工作水域状况；所述发射接收运行一体机内的嵌入式电流、电压传感器，实时监测系统运行状况；所述发射接收运行一体机安装在水上系统控制柜内，通过物联网平台和控制中心上位机系统，组成无线数据传输部分，实时上传采集数据和图片；所述智能型破冰系统控制装置上位机系统，通过物联网可实现远程控制破冰系统工作；

进一步地，所述的潜水泵数量为10-30台；

进一步地，所述控制中心上位机系统可实现数据整理、数据库储存、数据查询、故障报警等功能；

进一步地，所述控制中心上位机系统通过神经网络组建的数学模型，自主计算该装置采集到的多项实时数据，准确设定系统的最佳运行方案。

进一步地，所述智能型破冰系统控制装置上位机系统，通过物联网可实现远程控制破冰系统工作；

进一步地，所述智能型破冰系统控制装置上位机系统，可通过中心平台或管理者手机APP，对破冰系统实时远程监控；

与现有技术相比，本实用新型主要具有以下有益效果：1)改变了以往冬季破冰依靠人工巡视，最大限度的降低管理人员的劳动强度，和因管理不到位造成的结冰现象；2)由智能型破冰系统控制装置上位机软件进行数据分析，计算出破冰系统的最佳工作方案，避免因破冰系统长期无效工作造成的能源浪费、使用寿命缩短等问题；3)360°摄像头、水位传感器，便于管理人员按照实际需要，调整潜水泵工作台数和工作深度；4)控制中心上位机系统将采集数据存入系统数据库，形成日、月、年报表和运行曲线，管理人员可随时通过手机或电脑，登录管理平台查询相关数据，为该系统的安全运行管理，提供大量准确的科学数据。

附图说明

图1为本实用新型现场结构示意图。

附图标记中：1.潜水泵A、2.水下水温传感器、3.导线A、4.潜水泵电源线 A、5.供水管路、6.可调收放钢索、7.万向喷头、8.浮筒、9.牵引钢索、10.表层水温传感器、11.浮动平台、12.导线B、13.交流接触器A、14.电源开关A、 15.发射接收运行一体机、16.水上系统控制柜、17.系统主电源线、18.陆上电源柜、19.气象传感器导线、20.发射接收天线导线、21.气象传感器、22.现场发射接收天线、24.导线C、26.固定支架、27.电源开关B、28.导线D、29.交流接触器B、30.潜水泵电源线B、31.潜水泵B、32. 12-24v电源开关、33.固定钢索、34.360°摄像头、35.导线E、36.导线F、37.导线G。

图2为本实用新型控制中心结构示意图。

附图标记中：23.控制中心发射接收天线、25.控制中心上位机系统。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图1，附图2，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅附图1、图2，一种水库闸门智能型破冰系统控制装置，包括潜水泵 A1、水下水温传感器2、导线A3、潜水泵电源线A4、供水管路5、可调收放钢索6、万向喷头7、浮筒8、牵引钢索9、表层水温传感器10、浮动平台11、导线B12、交流接触器A13、电源开关A14、发射接收运行一体机15、水上系统控制柜16、系统主电源线17、陆上电源柜18、气象传感器导线19、发射接收天线导线20、气象传感器21、现场发射接收天线22、控制中心发射接收天线23、导线C24、控制中心上位机系统25、固定支架26、电源开关B27、导线D28、交流接触器B29、潜水泵电源线B30、潜水泵B31、12-24v电源开关32、固定钢索 33、360°摄像头34、导线E35、导线F36、导线G37。陆上电源柜18通过系统主电源线17与发射接收运行一体机15内12-24v电源开关32、水上系统控制柜 16内电源开关A14、电源开关B27相连接组成系统电源供电系统；由水上系统控制柜16内电源开关A14通过导线C24与交流接触器A13连接、交流接触器A13通过潜水泵电源线A4与潜水泵A1相连接，组成第一路潜水泵供电电路；由水上系统控制柜16内电源开关B27通过导线D28与交流接触器B31连接、交流接触器B31通过潜水泵电源线B30与潜水泵B31相连接，组成第二路潜水泵供电电路；由发射接收运行一体机15、通过导线A3与安装在潜水泵A1泵体上的水下水温传感器2连接，由发射接收运行一体机15通过导线B12与安装在浮动平台11的表层水温传感器10连接，由发射接收运行一体机15通过气象传感器导线19与气象传感器21连接，由360°摄像头15通过导线E35与气象传感器34 连接，组成现场数据、图片采集部分；由发射接收运行一体机15通过发射接收天线导线20与现场发射接收天线22连接，通过物联网平台无线传输至控制中心发射接收天线23、控制中心上位机系统25组成数据、图片传输部分；发射接收运行一体机15工作电源，由嵌入式12-24v电源开关32提供；气象传感器21、 360°摄像头15、现场发射接收天线22安装在与浮动平台11连接的固定支架 26上；由控制中心上位机系统25、控制中心发射接收天线23通过物联网平台无线传输至发射接收运行一体机15，组成系统运行停止指令传输部分；由安装在水上系统控制柜16内发射接收运行一体机15通过导线F36与交流接触器A13 线圈连接，组成第一路潜水泵控制电路；由安装在水上系统控制柜16内发射接收运行一体机15通过导线G37与交流接触器B31线圈连接，组成第二路潜水泵控制电路；由浮动平台11与牵引钢索9相连接；牵引钢索9通过固定钢索33 与浮筒8连接；浮筒8通过供水管路5、可调收放钢索6与潜水泵A1组成潜水泵自动升降部分；由潜水泵A1通过供水管路5与万向喷头7连接组成深层水提升喷射部分。

本实用新型在工作时：首先完成破冰系统中牵引钢索9、浮筒8、浮动平台 11、潜水泵A、潜水泵B、潜水泵电源线A、潜水泵电源线B、水上系统控制柜 16、系统主电源线17和陆上电源柜18安装；将水下温度传感器2安装在取水层、表层水温传感器10安装在水表层，气象传感器21、360°摄像头34、现场发射接收天线22安装在浮动平台的固定支架26上，每个传感器均通过与之相连的导线和发射接收运行一体机15相连接。按照图1、图2连接好上述相应线路后，系统通电，各传感器开始工作，进入数据采集，系统运行状况监测，数据通过物联网上传；开启控制中心上位机系统，控制中心上位机系统接收相关数据，通过智能型破冰系统控制装置上位机软件进行数据分析，计算出破冰系统的最佳工作时间，并通过物联网传输工作指令，控制水面破冰系统开启，停止。管理人员可随时通过手机或电脑，登录管理平台查询相关数据和系统运行工况。

该装置通过安装在水表面、潜水泵取水层的水温传感器和安装在浮动平台上的气象传感器，实时检测出室外温度、表层水温、潜水泵取水层温度、以及实时风力、风向、大气压等数据；

现场工作平台上搭载的发射接收运行一体机，通过物联网平台实时将检测数据上传到控制中心上位机系统。控制中心上位机系统中嵌入数据分析模块，建立相关性分析数学模型，通过神经网络对组建的数学模型进行自学习训练，计算该装置采集到的多项实时数据，准确设定系统的最佳运行方案。从而实现不同水域潜水泵自动启停，以最佳工作时间和运行台数确保水面无结冰现象。

破冰系统的自动化控制方式是通过物联网平台将工作指令发送到发射接收运行一体机，发射接收运行一体机将数字信号转换为电信号，控制交流接触器的吸合、断开，从而达到控制系统运行时间的目的，实现破冰系统的智能控制。同时发射接收运行一体机通过该装置搭载的摄像头、电压电流传感器，将破冰系统水域实时画面、运行工况，如工作时间、工作电流、工作电压等数据等实时上传控制中心，便于管理人员及时掌握系统工作状况。按照实际需要破冰的水域面积，调整潜水泵工作台数；按照实际水位，调整潜水泵的工作深度。一旦出现系统工作异常，上位机系统可自动在控制中心平台和管理人员手机发出报警信息，通知管理人员及时维修更换损坏部件。控制中心上位机系统将上述数据存入系统数据库，自动形成日、月、年报表和运行曲线，管理人员可随时通过手机或电脑，登录管理平台查询相关数据。同时，也为该系统的安全运行管理，数据存储提供大量准确的科学数据。

进一步地，所述的潜水泵数量为10-30台。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点，对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种水库闸门智能型破冰系统控制装置，包括潜水泵A(1)、水下水温传感器(2)、导线A(3)、潜水泵电源线A(4)、供水管路(5)、可调收放钢索(6)、万向喷头(7)、浮筒(8)、牵引钢索(9)、表层水温传感器(10)、浮动平台(11)、导线B(12)、交流接触器A(13)、电源开关A(14)、发射接收运行一体机(15)、水上系统控制柜(16)、系统主电源线(17)、陆上电源柜(18)、气象传感器导线(19)、发射接收天线导线(20)、气象传感器(21)、现场发射接收天线(22)、控制中心发射接收天线(23)、导线C(24)、控制中心上位机系统(25)、固定支架(26)、电源开关B(27)、导线D(28)、交流接触器B(29)、潜水泵电源线B(30)、潜水泵B(31)、2-24v电源开关(32)、固定钢索(33)、360°摄像头(34)、导线E(35)、导线F(36)、导线G(37)，其特征在于，由发射接收运行一体机(15)、通过导线A(3)与安装在潜水泵A(1)泵体上的水下水温传感器(2)连接，由发射接收运行一体机(15)通过导线B(12)与安装在浮动平台(11)的表层水温传感器(10)连接，由发射接收运行一体机(15)通过气象传感器导线(19)与气象传感器(21)连接，由360°摄像头(34)通过导线E(35)与气象传感器(21)连接，组成现场数据、图片采集部分；由发射接收运行一体机(15)通过发射接收天线导线(20)与现场发射接收天线(22)连接，通过物联网平台无线传输至控制中心发射接收天线(23)、控制中心上位机系统(25)组成数据、图片传输部分；由控制中心上位机系统(25)、控制中心发射接收天线(23)通过物联网平台无线传输至发射接收运行一体机(15)，组成系统远程控制运行停止指令传输部分。

2.根据权利要求1所述的一种水库闸门智能型破冰系统控制装置，其特征在于：陆上电源柜(18)通过系统主电源线(17)与发射接收运行一体机(15)内12-24v电源开关(32)、水上系统控制柜16内电源开关A(14)、电源开关B(27)相连接组成系统电源供电系统。

3.根据权利要求1所述的一种水库闸门智能型破冰系统控制装置，其特征在于：由水上系统控制柜(16)内电源开关A(14)通过导线C(24)与交流接触器A(13)连接、交流接触器A(13)通过潜水泵电源线A(4)与潜水泵A(1) 相连接，组成第一路潜水泵供电电路。

4.根据权利要求1所述的一种水库闸门智能型破冰系统控制装置，其特征在于：由安装在水上系统控制柜(16)内发射接收运行一体机(15)通过导线F(36)与交流接触器A(13)线圈连接，组成第一路潜水泵控制电路。

5.根据权利要求1所述的一种水库闸门智能型破冰系统控制装置，其特征在于：由浮动平台(11)与牵引钢索(9)相连接；牵引钢索(9)通过固定钢索(33)与浮筒(8)连接；浮筒(8)通过供水管路(5)、可调收放钢索(6)与潜水泵A(1)组成潜水泵自动升降部分。

6.根据权利要求1所述的一种水库闸门智能型破冰系统控制装置，其特征在于：所述的潜水泵数量为10-30台。