测控一体化闸门装置及测控方法与流程

本发明属于水利闸门控制及流量测量技术领域，具体涉及一种测控一体化闸门装置及相应的测控方法。

背景技术：

闸门是指修建在河道、渠道或湖、海口，用于关闭和开放泄(放)水通道控制设施，具有拦截水流、控制流量、调节水位、排放泥沙和飘浮物的作用。闸门作为水利工程建设中一个基本的水工设施，在农田灌溉、水位控制、城市供水等诸多工程应用中发挥着巨大的作用。当开启闸门时，可以泄洪、排涝、冲沙、取水或根据下游用水的需要调节流量；关闭闸门时，可以拦洪、挡潮、蓄水抬高上游水位，以满足上游取水或通航的需要。

灌区面积广、区域偏僻，总体项目投资低。目前作为渠系灌溉控制核心设备的闸门，大部分区域都是采取的人工控制，在偏远或无法满足交流电供应的地区，只能依靠人工现场手摇操控闸门的开闭。传统闸门只具有单一的泄水作用，水位和流量靠目测经验或借助其他测量设备测量，自动化设备供电困难，数据采集复杂，人工管理成本高，管理水平落后，与灌区信息化建设要求具有很大差距，无法满足需求。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明公开了一种测控一体化闸门装置及测控方法，集水位流量数据采集、闸门远程自动化控制、太阳能驱动、无线通讯等功能齐全于一体，满足绿色水利、节水灌溉，提高灌区用水效率和效益的需要。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

测控一体化闸门装置，包括闸门控制模块以及分别与闸门控制模块连接的供电模块、驱动模块、流量采集模块、无线远程通讯模块；所述驱动模块包括闸门、直流高精度启闭机、螺杆升降机，所述螺杆升降机与闸门连接用于驱动闸门升降，其具有手电两用机构的电气连锁装置，螺杆升降机还连接有手动摇杆，所述直流高精度启闭机与螺杆升降机连接用于控制其工作；所述流量采集模块包括三层时差法超声波流速仪、高精度小量程超声波水位计；所述供电模块为其余模块供电。

进一步的，所述供电模块为太阳能供电模块。

进一步的，所述无线远程通讯模块包括4g通信模块电路板。

本发明还提供了测控一体化闸门装置的测控方法，包括以下步骤：

高精度的超声波水位计实时采集测量箱内水位高度，三层超声波时差法流速仪测量每层流速，计算得出瞬时流量和累计流量；

闸门控制包括现地模式和远程模式：现地模式下，通过控制一体化控制箱面板上的按钮实现闸门的动作，现场无法满足电力供应时，通过摇杆操作升降机实现闸门上升或下降；远程模式下，中心站控制软件向无线通信模块发送控制指令，闸门控制模块将流量采集模块获取的流量信息与综合无线远程通讯模块的终端用户指令进行比对运算，控制驱动模块实现闸门的开、关、停，完成对闸门的操控。

进一步的，停止操作后闸门能够自动锁定保持在既定位置。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：

本发明提供了集精确计量和精准控制于一体的自动化计量灌溉设备及方法，结合了小尺寸闸门、太阳能驱动、水位测量、流量测量、无线通讯远程控制、精确流量控制等功能，能够做到闸门开闭远程智能控制，是闸门联动控制和灌区信息化解决方案的基础。

附图说明

图1为本发明整体机械结构示意图。

图2为本发明中除供电模块外整体结构示意图。

图3为本发明前视图。

图4为本发明侧视图。

图5为本发明中各模块连接示意图。

具体实施方式

以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

如图1至图5所示，本发明提供的测控一体化闸门包括太阳能供电模块、驱动模块、流量采集模块、无线远程通讯模块；闸门控制模块。其中闸门控制模块分别与流量采集模块、太阳能供电模块、驱动模块、无线远程通讯模块连接。

具体地说，太阳能供电模块包括太阳能板、蓄电池组、充放电控制器，采用节能环保的太阳能板和蓄电池，不必考虑市电网络布局，省去了电力布线的成本，太阳能供电模块分别与流量采集模块、闸门控制模块、驱动模块连接，为整个设备提供稳定的电源。太阳能供电模块具有发电、蓄电、供电的功能，通过160瓦单晶硅太阳能板完成光-电的转换,通过充电控制器给2节12伏100ah胶体免维护蓄电池组自动充电，再将蓄电池中的直流电能变换成各级标准的电压输出，为其他用电设备提供电源。当然，根据需要，也可以采用其他常规的供电方式，如直接供电、蓄电池供电等。

流量采集模块包括三层时差法超声波流速仪、高精度小量程超声波水位计，高精度的超声波水位计能够实时采集测量箱内水位高度，三层超声波时差法流速仪能够测量每层流速，结合相关算法及多次试验率定软件模型得出瞬时流量和累计流量。三层时差法超声波流速仪、高精度小量程超声波水位计均设置在闸门下方的测量箱中，测量箱顶部设有超声波水位计，内部成对角线布设三组超声波流速仪。

为了满足灌区闸门在多种条件下的控制需求，本发明设计了现地和远程两种动力方式。驱动模块分为远程自动控制模块和现地人机交互模块，包括渠道闸门、直流电机、螺杆升降机、直流高精度启闭机、现地手动及远程控制装置。在远程模式下,中心站控制软件通过无线通信模块实现对渠道闸门的控制操作。4g网络近几年已经高速普及城乡，现在在大中型城市和附近乡镇都已经普及，使用运营商的移动4g网络，支持本地及远程控制。服务器可以设置在云端，也可以设置在管理处本地，用户通过手机或者pc机登陆远端服务器，远程控制一体化闸门。远程模式下，通过无线远程通讯模块与阀门进行通信，无线远程通讯模块包括4g通信模块电路板，主芯片为中兴me3630minipcie芯片。在现地模式下，用户在现场通过控制一体化控制箱面板上的按钮实现闸门的动作。一体化rtu控制箱面板显示电路板采用256*128高点阵四灰度级液晶模块，背光亮度高，显示清晰。按键采用弹簧触摸按键，灵敏度高，使用寿命长。在现场无法满足电力供应的条件下，用户直接通过摇杆操作升降机实现闸门上升或下降。螺杆升降机带有手电两用机构的电气连锁装置,停止操作后闸门能够自动锁定保持在既定位置。驱动模块采用直流高精度启闭机，利用现有闸门的螺杆启闭机构，根据控制要求准确定位，具有较大的提升力，可根据用户的需要选择。

闸门控制模块和无线远程通讯模块设置在rtu控制箱内。闸门控制模块与驱动模块连接，闸门控制模块将流量采集模块获取的流量信息与综合无线远程通讯模块的终端用户指令进行比对运算，控制驱动模块实现闸门的开、关、停，完成对闸门的操控。闸门控制模块采用稳定可靠的控制器进行运算，支持modbus-rtu和modbustcp/ip等多种通讯协议。可以实时采集闸门提升高度，并在显示仪表和上位机上进行显示。主控制电路板的主芯片为arm芯片中stm32f103系列芯片，gprs通信部分的主模块为西门mc52ir3通信模块；stm32f103系列芯片支持64mb存储器，在支持云端数据存储的同时支持nandfalsh固态存储(≥8gb)和sd卡存储(≥64gb)，超大数据储存对渠道内水位流量及上位机对闸门的升降次数和每次提升或下降的高度给予记录，方便用户查询，内存数据能保存10年以上，不因断电而丢失。同时具有gprs主备信道和载波检测功能。主控制电路板硬件接口包括：8路di输入接口、4路do输出接口、1路rs485接口、1路usb接口、1路rs232接口和3路电流检测输入接口。usb接口可以实现主从智能切换功能，既可以计算机usb配置参数，也可以u盘下载数据，方便快捷。

具体地说，闸门主体由6005-t6或6061-t6铝合金制造，经过阳极氧化处理，防腐蚀、不生锈、寿命长，使用周期超过10年。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。