CN220305651U - 一种基于物联网的闸坝远程自动控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于物联网的闸坝远程自动控制装置，包括：信号采集模块，用于采集闸坝现场的数值信息；视频采集模块，用于采集闸坝现场的图像信息；控制模块，用以接收所述信号采集模块采集的闸坝现场的数值信息；执行模块，用于执行控制模块发送的控制指令，并反馈执行控制指令后的状态；控制模块和视频采集模块上传数值信息、图像信息和执行模块状态至互联网云存储平台；远程操作模块接收并显示数值信息、图像信息和执行模块状态，还发送控制指令，进行远程监控；通讯模块，用以实现信息交换。通讯模块与控制模块固定在控制柜中，控制柜安装在河道岸边的闸坝附属控制室内；视频采集模块安装在河道岸边的闸坝附属控制室内外的墙壁上。

Description

一种基于物联网的闸坝远程自动控制装置

技术领域

本实用新型属于水利自动化远程控制技术领域。具体涉及一种基于物联网的闸坝远程自动控制装置。

背景技术

由于目前人工水系建设呈逐年上升趋势，人工景观河道上游水量不稳定，加之越来越多的城市开始进行分流制排水改造，将雨水引入河道排洪，造成了河道水量的波动性，如何实现景观蓄水和河道泄洪之间的模式及时切换，关乎城市安全。

传统的河道管理模式是根据观测员观测河道上下游水位，在闸坝现场控制橡胶坝袋高度和侧闸门开度来控制安全水位。但是河道流域往往穿越城市，流径较长，且采用多级橡胶坝的水位控制系统，导致需要较多人力运维，经济性不佳。再加上人工到场调控的时效性差，在一些极端天气甚至出现人员无法赶赴现场的情况。

也有采用智能系统对闸坝进行监控，如CN213028232U闸坝监控系统和闸坝，公开了一种闸坝监控系统，包括：检测模块、控制模块、摄像头和监控平台；通过检测模块检测线圈转动的圈数，控制模块根据监控平台发送的转动圈数或升降距离，通过和水闸控制柜中的相应的控制接口连接即可控制驱动机构的开始或停止运行，从而实现水闸的自动升降；同时摄像头观测的影像资料第一时间回传到监控平台，可远程查看闸板的情况，不需要现场进行查看，保证了人员的安全消除了安全隐患。然而，该监控系统仅针对水闸的自动升降进行自动监控，并不能实现闸坝的各个位置、设备的自动监控，监控范围有限。

发明内容

为了解决上述问题，有必要提供一种能够实现闸坝各个位置、设备的监控的基于物联网的闸坝远程自动控制装置。

为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：

本实用新型提供一种基于物联网的闸坝远程自动控制装置，包括信号采集模块、控制模块、执行模块、远程操作模块、视频采集模块和通讯模块；所述信号采集模块，用于采集闸坝现场的数值信息；所述视频采集模块，用于采集闸坝现场的图像信息；所述控制模块，与所述信号采集模块连接，用以接收所述信号采集模块采集的闸坝现场的数值信息；所述执行模块，与所述控制模块连接，用于执行控制模块发送的控制指令，并反馈执行控制指令后的状态；所述控制模块和所述视频采集模块通过所述通讯模块与互联网云存储平台网络通信连接，以上传数值信息、图像信息和执行模块状态至所述互联网云存储平台；所述远程操作模块与所述互联网云存储平台网络通信连接，以接收并显示数值信息、图像信息和执行模块状态；所述远程操作模块还通过所述通讯模块与所述控制模块连接，以发送控制指令，进行远程监控；所述通讯模块与所述控制模块固定在控制柜中，所述控制柜安装在河道岸边的闸坝附属控制室内；所述视频采集模块安装在河道岸边的闸坝附属控制室内外的墙壁上。基于上述，所述信号采集模块包括：用于采集坝袋压力数据的压力传感器；用于采集橡胶坝袋注水流量数据的管道流量计；用于采集坝前水位的坝前水位计；以及用于采集坝后水位的坝后水位计。

基于上述，所述压力传感器为应变式4-20ma模拟量信号传感器；所述管道流量计为支持485通讯的电磁管道流量计；所述坝前水位计和所述坝后水位计为浮子式水位计或超声波水位计。

基于上述，所述控制模块采用支持模拟量、数字量、485通讯和总线功能的可编程逻辑控制器。

基于上述，所述执行模块包括潜水离心泵、闸门启闭机和阀门执行器。

基于上述，所述闸门启闭机为4-20ma模拟量反馈型；所述阀门执行器为数字量反馈型。

基于上述，所述通讯模块采用支持5G上网功能，并且支持TCP/UDP数据交换功能的模块。

基于上述，远程操作模块采用支持以太网络通信功能的计算机或手机。

基于上述，所述视频采集模块包括三个摄像头。

基于上述，所述信号采集模块、所述执行模块与所述控制模块的连接为有线连接；所述控制模块、所述视频采集模块与所述通讯模块的连接为有线连接；所述通讯模块和所述远程操作模块之间的连接为无线网络连接。

本实用新型相对现有技术具有实质性特点和进步，具体的说，本实用新型基于物联网的闸坝远程自动控制装置，先通过采集模块获取现场实时的压力、水位、闸阀开度、流量等信号，再通过控制模块的量化处理实现自动控制，同时把实时数据发送给通讯模块；然后通讯模块把来自控制模块和来自视频采集模块的信号，上传至网络云；最后远程操作模块通过访问互联网云的方式获取现场实时信息和下达控制指令，最终实现远程自动控制。

附图说明

图1是本实用新型基于物联网的闸坝远程自动控制装置的原理框图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1

本实施例提供一种基于物联网的闸坝远程自动控制装置，包括信号采集模块、控制模块、执行模块、远程操作模块、视频采集模块和通讯模块；

所述信号采集模块，用于采集闸坝现场的数值信息；

所述视频采集模块，用于采集闸坝现场的图像信息；

所述控制模块，与所述信号采集模块连接，用以接收所述信号采集模块采集的闸坝现场的数值信息；

所述执行模块，与所述控制模块连接，用于执行控制模块发送的控制指令，并反馈执行控制指令后的状态；

所述控制模块和所述视频采集模块通过所述通讯模块与互联网云存储平台网络通信连接，以上传数值信息、图像信息和执行模块状态至所述互联网云存储平台；

所述远程操作模块与所述互联网云存储平台网络通信连接，以接收并显示数值信息、图像信息和执行模块状态；所述远程操作模块还通过所述通讯模块与所述控制模块连接，以发送控制指令，进行远程监控；

所述通讯模块与所述控制模块固定在控制柜中，所述控制柜安装在河道岸边的闸坝附属控制室内；所述视频采集模块安装在河道岸边的闸坝附属控制室内外的墙壁上。

本实施例中，信号采集模块采集闸坝现场的数值信息发送给控制模块；控制模块根据采集到的数值，输出控制指令命令执行模块做出调节；执行模块收到控制指令后做出相应调节，同时，将调节后的状态反馈给控制模块。控制模块和视频采集模块通过通讯模块，将数值信息、调节状态、图像信息等现场信息上传到互联网云存储平台。远程操作模块通过互联网云，接收现场信息和发送控制指令，实现远程监控。

实施例2

如图1所示，本实施例提供一种基于物联网的闸坝远程自动控制装置的具体实现方式：

所述信号采集模块包括：用于采集坝袋压力数据的压力传感器；用于采集河道流量数据的管道流量计；用于采集坝前水位的坝前水位计；以及用于采集坝后水位的坝后水位计。

采集模块安装位置如下：

压力传感器位于坝袋进水口位置，采用应变式4-20ma模拟量信号传感器，通过螺纹安装在坝袋充水管道末端的坝袋进水口的管道侧壁上；

管道流量计位于坝袋进水口前的最长直管段处，采用支持485通讯的电磁管道流量计，通过法兰的形式安装在管路中；

坝前水位计固定在橡胶坝下游临近河岸的坝基侧壁，采用浮子式水位计或超声波水位计，通过角铁支架安装在坝基上的侧壁；

坝后水位计固定在橡胶坝上游临近河岸的坝基侧壁，采用浮子式水位计或超声波水位计，通过角铁支架安装在坝基上的侧壁。

所述执行模块包括潜水离心泵、闸门启闭机和阀门执行器。其中，

潜水泵位于闸坝设计的深井泵坑内，通过法兰的形式安装在坝袋充水管道始端；

闸门启闭机安装在闸坝设计的闸门处，可以是螺杆式电动启闭机，采用螺丝安装；

阀门执行器安装在从泵坑到坝袋进水口的管路上，采用支持4-20ma模拟量到限位反馈的电动阀门执行器，安装在阀门执行器底座。

所述视频采集模块包括三个摄像头，一方面可以用作闸坝环境的监视，另一方面还可以用作现场水位采集的辅助验证，此时需要配合水位尺应用。因此一个摄像头安装在上游坝基侧壁上，正对水位尺位置；第二个摄像头安装在下游坝基侧壁上，正对水位尺位置；第三个摄像头安装在视角可覆盖坝体的位置。具体的，摄像头安装在角铁支架上，然后使用螺丝固定在坝基侧壁；水位尺使用不锈钢钉固定。

所述控制模块采用支持模拟量输入输出、数字量输入输出、Modbus通讯和Profinet总线功能的可编程逻辑控制器。所述可编程逻辑控制器提供丰富的输入输出接口，所述信号采集模块的各传感器、所述执行模块的各执行器可以直接有线连接至所述可编程逻辑控制器；

多控制模块之间可以采用远程IO的方式连接。可编程逻辑控制器支持IEC 61131-3标准的编程语言，用于编写自动控制逻辑。

所述通讯模块采用支持5G上网功能，并且支持TCP/UDP数据交换功能的模块，具体，如5G路由器（计讯TG463-5g）。所述控制模块、所述视频采集模块有线连接至所述通讯模块，即可通过所述通讯模块实现上网功能；

所述远程操作模块可以是计算机或手机，通过计算机或手机访问云平台的方式交换数据；所述远程操作模块和所述通讯模块之间的连接为无线网络连接，通过所述通讯模块下发控制指令至所述控制模块，实现远程监控。

进一步的，本实施例方案涉及的设备安装区域需要敷设供电线路和信号线路。其中，供电线路涉及380V三相五线制供电线路、220V单相供电线路和24V信号线路；380V供电线路从电源接入点敷设至控制柜，并从控制柜敷设至闸门启闭机；220V供电线路从控制柜敷设至电动阀门执行器；24V信号线路使用多芯线和屏蔽双绞线，多芯线路敷设至闸门启闭机、阀门执行器，屏蔽双绞线从控制柜敷设至坝前水位计、坝后水位计、闸门启闭机、压力传感器、电磁管道流量计。

本实施例中，多芯电线是控制模块传递开关量信号的介质，通过电平的高低控制闸门启闭机、阀门执行器的开关，反过来，也可以反馈执行模块的高低限位信号；

屏蔽双绞线是控制模块接收模拟量信号的介质，连接控制模块和闸门启闭机、坝前水位计、坝后水位计、压力传感器，通过4-20ma连续变化的电流反馈闸门、水位、压力的连续变化过程；

此外，屏蔽双绞线连接电磁管道流量计与控制模块，此时介质上传递的是ModbusRTU协议。

可编程逻辑控制器可以从上述介质上获取以上信号，量化为数字信息，进行自动化控制，并通过5G路由，透过互联网云，最终实现与远程操作模块的交互。

在远程操作模块可以设置河道水位运行参数，通过介质传递给可编程逻辑控制器；可编程逻辑控制器将采集到的水位信息与设定的水位运行参数对比，根据对比值，控制闸门启闭机动作，实现闸门开调节，达到水位自动控制控制的目的；

同理，通过远程设置参数的方式，可编程逻辑控制器对比坝袋压力的实时值，可实现坝袋压力自动控制。

本实施例自动控制的实现是依托于在远程操作模块上设置目标值，将目标值远传递给具备逻辑比较功能控制模块，再与来自采集模块采集到的实时值，进行对比，从而实现自动判断、自动调节的功能。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种基于物联网的闸坝远程自动控制装置，其特征在于：

包括信号采集模块、控制模块、执行模块、远程操作模块、视频采集模块和通讯模块；

所述信号采集模块，用于采集闸坝现场的数值信息；

所述视频采集模块，用于采集闸坝现场的图像信息；

所述控制模块，与所述信号采集模块连接，用以接收所述信号采集模块采集的闸坝现场的数值信息；

所述执行模块，与所述控制模块连接，用于执行控制模块发送的控制指令，并反馈执行控制指令后的状态；

所述控制模块和所述视频采集模块通过所述通讯模块与互联网云存储平台网络通信连接，以上传数值信息、图像信息和执行模块状态至所述互联网云存储平台；

所述远程操作模块与所述互联网云存储平台网络通信连接，以接收并显示数值信息、图像信息和执行模块状态；所述远程操作模块还通过所述通讯模块与所述控制模块连接，以发送控制指令，进行远程监控；

所述通讯模块与所述控制模块固定在控制柜中，所述控制柜安装在河道岸边的闸坝附属控制室内；

所述视频采集模块安装在河道岸边的闸坝附属控制室内外的墙壁上；

所述信号采集模块包括：

用于采集坝袋压力数据的压力传感器；

用于采集橡胶坝袋注水流量数据的管道流量计；

用于采集坝前水位的坝前水位计；

以及用于采集坝后水位的坝后水位计；

所述视频采集模块包括三个摄像头，一个摄像头安装在上游坝基侧壁上，正对水位尺位置；第二个摄像头安装在下游坝基侧壁上，正对水位尺位置；第三个摄像头安装在视角可覆盖坝体的位置；

所述执行模块包括潜水离心泵、闸门启闭机和阀门执行器。

2.根据权利要求1所述的基于物联网的闸坝远程自动控制装置，其特征在于：

所述压力传感器为应变式4-20ma模拟量信号传感器；

所述管道流量计为支持485通讯的电磁管道流量计；

所述坝前水位计和所述坝后水位计为浮子式水位计或超声波水位计。

3.根据权利要求1所述的基于物联网的闸坝远程自动控制装置，其特征在于：所述控制模块采用支持模拟量、数字量、485通讯和总线功能的可编程逻辑控制器。

4.根据权利要求1所述的基于物联网的闸坝远程自动控制装置，其特征在于：所述闸门启闭机为4-20ma模拟量反馈型；

所述阀门执行器为数字量反馈型。

5.根据权利要求1所述的基于物联网的闸坝远程自动控制装置，其特征在于：所述通讯模块采用支持5G上网功能，并且支持TCP/UDP数据交换功能的模块。

6.根据权利要求1所述的基于物联网的闸坝远程自动控制装置，其特征在于：远程操作模块采用支持以太网络通信功能的计算机或手机。

7.根据权利要求1-6任一项所述的基于物联网的闸坝远程自动控制装置，其特征在于：

所述信号采集模块、所述执行模块与所述控制模块的连接为有线连接；

所述控制模块、所述视频采集模块与所述通讯模块的连接为有线连接；

所述通讯模块和所述远程操作模块之间的连接为无线网络连接。