一种基于智慧云平台的自动控制水闸

1.本实用新型设计水闸技术领域，特别是一种基于智慧云平台的自动控制水闸。


背景技术：

2.水位测量作为水文测验的重要组成部分，在水资源的规划管理，防汛抗旱等方面起到了重要的作用。随着信息化程度的提高，对水位测量的要求也逐渐向自动化，智能化靠拢。对于水位监测，现在常用的手段有立设水尺进行人为观测，设置压力传感器等方式，目前自动化监测广泛采用的方式为压力传感器，存在着布设成本较高，且不具有异常值矫正的问题。
3.专利cn112508986a公开了一种基于深度卷积网络与随机场的水位测量方法，将现代化的图像处理技术与传统的水尺量测水位的方法相结合，可提高水情遥测的自动化程度和水位观测的及时性与自动化程度。采用非接触式的方法，结合云平台上传数据，实时自动的监测水位。相比于其它的接触式测量设备布设成本低，且具有异常修正的能力。但目前在我国较偏远且有渠道河流的地区，为满足正常用水要求，常采用修建传统围堰或传统水闸的方式来壅高水位。水闸系统功能单一，无法在满足过水泄洪要求的同时对水文要素如水位进行监测，而超声波水位计、雷达水位计、投入式水位计等均存在一定程度的是缺陷，适用性局限，并且围堰是固定设施，在洪水季节，高速的水流对结构进行冲刷，且水闸上有一定的泥沙堆积，都会对围堰造成一定的磨损，影响水利设施的正常寿命，并且闸门启闭需消耗大量电能，对我国能源、环境等方面均造成一定的影响。


技术实现要素：

4.为解决现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种基于智慧云平台的自动控制水闸，并采用如下技术方案：
5.一种基于智慧云平台的自动控制水闸，包括发电系统、监测系统、制动系统；
6.所述发电系统包括蓄电池组、交直流电源转换器和分别通过第一充电保护电路、第二充电保护电路与交直流电源转换器连接的太阳能发电装置和预留的外接电源；
7.所述监测系统包括水尺、架设在河道上的摄像机、单片机、4g路由器、后台监测显示器，所述摄像机连接所述单片机，并结合输电线路和4g路由器与后台监测显示器连接；
8.所述制动系统主闸门门叶、桁架、铰轴、铰轴座、铰座；所述铰轴座内侧面由下至上安装有五根铰轴，所述主闸门门叶通过所述桁架与所述五根铰轴连接，所述铰座上对应五根所述铰轴设置有五个铰槽，所述铰轴座外侧面设置有导轨，导轨内滑动安装有滑块，所述滑块连接有制动连杆，所述制动连杆与河床侧边上设置的支墩相连。
9.进一步地，所述滑块为阻尼滑块，与所述导轨产生阻尼作用。
10.进一步地，五根所述铰轴由下至上分别为正常蓄水轴、动水排沙轴、洪水警戒轴、高位泄洪轴、设计全开轴，五个所述铰槽分别为第一铰槽、第二铰槽、第三铰槽、第四铰槽、第五铰槽；
11.当水位达到第一高度时，主闸门门叶开始绕正常蓄水轴翻转，控制翻转角度为35
°
，正常蓄水轴落入第一铰槽；
12.当水位达到第二高度时，主闸门门叶绕动水排沙轴翻转，控制翻转角度为60
°
，动水排沙轴落入第二铰槽；
13.当水位达到第三高度时，主闸门门叶绕洪水警戒轴翻转，控制翻转角度为72
°
，洪水警戒轴翻转落入第三铰槽；
14.当水位达到第四高度时，主闸门门叶绕高位泄洪轴翻转，控制翻转角度为84
°
，高位泄洪轴落入第四铰槽；
15.当水位达到第五高度时，主闸门门叶绕设计全开轴翻转，控制翻转角度为90
°
，设计全开轴落入第五铰槽。
16.进一步地，所述主闸门门叶下部安装有倒浮力门叶，所述到浮力门叶与所述主闸门门叶夹角为45
°
。
17.进一步地，所述桁架为三角交错结构。
18.进一步地，所述主闸门门叶内部设置有上位空腔和下位空腔。
19.优选地，所述主闸门门叶的垂直截面形状为长方形。
20.本实用新型有益效果：
21.本装置不仅能有效解决传统水闸输电难、监管难、高耗能、泥沙多、负荷重等问题，还减少了震荡拍打和泥沙淤积问题，使用寿命长，并且满足水闸多功能化要求，兼有实时收集水位数据的功能，满足过水泄洪要求的同时对水文要素进行自动化监测，将数据实现云端传输共享，具有经济环保、适用性强、现代化技术高等优势。
附图说明
22.图1为发电系统示意图；
23.图2为自动检测系统示意图；
24.图3为五铰轴自动翻转水闸示意图；
25.图4为五铰轴侧面剖视图，其中，左图为铰轴侧视图，右图为制动连杆、滑块侧视图；
26.图5为装置整体示意图。
27.图中：1蓄电池组、2交直流电源转换器、3第一充电保护电路、3-1第二充电保护电路、4太阳能发电装置、5外接电源、6单片机、7水尺、8摄像机、9输电线路、10台监测显示器、11主闸门门叶、12倒浮力门叶、13桁架、14正常蓄水轴、15动水排沙轴、16洪水警戒轴、17高位泄洪轴、18设计全开轴、19铰座、19-1第一铰槽、19-2第二铰槽、19-3第三铰槽、19-4第四铰槽、19-5第五铰槽、20滑块、21制动连杆21
具体实施方式
28.为了使本领域的人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合本实用新型的附图，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本技术保护的范围。此外，以下实施例中提到的方向用词，例如“上”、“下”、“左”、“右”等仅是参考
附图的方向，因此，使用的方向用词是用来说明而非限制本发明创造。
29.一种基于智慧云平台的自动控制水闸由发电系统、检测系统、制动系统组成。如图1所示，发电系统包括蓄电池组1、交直流电源转换器2和分别通过第一充电保护电路3、第二充电保护电路3-1与交直流电源转换器2连接的太阳能发电装置4和预留的外接电源5。所述的太阳能发电装置所发电量储存于蓄电池组1中，由单片机6进行控制。所述的单片机6采用stc单片机。外接电源5是电能供应备份方案，对于一些紧急情况；如冰雹天气、极端气候等情形，太阳能和风能不足够供给架设摄像机需要的能量，可以通过启动预留的外接电源。
30.如图2所示，所述监测系统包括水尺7，架设在河道上的摄像机8，摄像机8通过连接单片机6，并结合输电线路9和4g路由器等与后台监测显示器10连接，实时传输水位数据并达到云端记录，采用深度卷积网络与随机场的水位测量方法，方便后台人员分析，实现云平台技术。
31.如图3、4所示，所述制动系统主闸门门叶11、倒浮力门叶12、桁架13、铰轴座、铰座19。所述主闸门门叶11中设计有上位空腔和下位空腔，空腔的设计是控制闸门重心，以便减小关门力矩，使闸门在翻转过程中，符合重力和水压力的力矩变化要求。
32.所述铰轴座内侧面由下至上安装有五根铰轴，五根所述铰轴由下至上分别为正常蓄水轴、动水排沙轴、洪水警戒轴、高位泄洪轴、设计全开轴。所述铰座19位于铰轴座右侧，其上对应五根铰轴设置有第一铰槽19-1、第二铰槽19-2、第三铰槽19-3、第四铰槽19-4、第五铰槽19-5，其中所述铰轴座和铰座19之间通过弧形板连接，所述弧形板上对应所述铰槽和铰轴开有弧形导槽，引导铰轴落入所述铰槽中。
33.所述主闸门门叶11通过桁架13与五根所述铰轴连接，所述桁架13设计为三角交错结构，以提高稳定性；所述主闸门门叶11的垂直截面形状为长方形，有利于闸门的自动控制及翻转；所述倒浮力门叶12安装在主闸门门叶11的中下部，与主闸门门叶11夹角为45
°
，水流通过倒钩形成绕流，产生托力，维持稳定，水位下降至一定水位时，闸门才开始回翻。所述铰轴座外侧面设置有导轨，所述导轨内滑动安装有滑块20，优选所述滑块20为阻尼滑块，与导轨形成阻尼作用，所述滑块20连接有制动连杆21，所述制动连杆21与河床侧壁的支墩相连。所述滑块20、制动连杆21组成的连杆滑块式设计利用阻尼作用对主闸门门叶11起到一定支撑作用，阻尼越大，抗“拍打”的能力越强，二者尺寸大小和位置设置得当时，基本不会发生拍打现象。
34.如图4、5所示，当水位较低时，水压力对主闸门门叶11的力矩不足以使水闸翻转，此时主闸门门叶11起壅水作用。当水位高度达到一定高度时，即水位达到第一高度时，主闸门门叶11开始绕正常蓄水轴14翻转，控制翻转角度为35
°
，正常蓄水轴14落入第一铰槽19-1。
35.当水位继续升高，达到第二高度时，主闸门门叶11绕动水排沙轴15翻转，控制翻转角度为60
°
，动水排沙轴15落入第二铰槽19-2，此时水闸将兼具泄洪排沙能力。
36.在洪水期，水闸泄洪，但闸前水位将持续升高，若泄洪能力不足以使水位降低，当水位持续很高水位时，达到第三高度时，主闸门门叶11将绕洪水警戒轴16翻转，控制翻转角度为72
°
，洪水警戒轴16翻转落入第三铰槽19-3。若此时水位下降，主闸门门叶11将回翻至动水排沙轴15或正常蓄水轴14的原位；若洪水来水量过大，水位持续维持高水位并达到第四高度时，主闸门门叶11将绕高位泄洪轴17翻转，控制翻转角度为84
°
，高位泄洪轴17落入
第四铰槽19-4，此时泄洪量进一步提升。在这种情况下，洪水量巨大，如果不采取措施，将威胁下游取水、用水安全。
37.在极端情况下，洪水量巨大，若即使高位泄洪轴17启动，闸前水位依旧不能降低，主闸门门叶11将绕设计全开轴18翻转，设计全开轴18的翻转角度可以达到90
°
，设计全开轴19落入第五铰槽19-5，此时泄洪能力达到最大限度。洪水退去后，闸前水位将回落，随着闸前水位降低，主闸门门叶11将逐渐回翻。通过五个铰轴和五个铰槽可以精确自动控制闸门的翻转角度，使水流在闸门翻转过程中保持平稳。当来水位低于需求水位时，水力不足以推动水闸翻转，此时水闸将起到壅高水位的作用；洪水期来临，当来水位高于设计始开水位时，水闸将开始翻转，直到水位达到设计洪水位时，水闸将完全开启，实现泄洪排沙的功能；洪水退去后，水位回落，水闸将逐渐翻回，当水位降至需求水位时，水闸将完全关闭。通过水力自动控制闸门启闭，不仅节约大量电能，还能够泄洪排沙，自动调节水位。
38.本装置不仅能有效解决传统水闸输电难、监管难、高耗能、泥沙多、负荷重等问题，还减少了震荡拍打和泥沙淤积问题，使用寿命长，并且满足水闸多功能化要求，兼有实时收集水位数据的功能，满足过水泄洪要求的同时对水文要素进行自动化监测，将数据实现云端传输共享，具有经济环保、适用性强、现代化技术高等优势。