智能一体化气动节水闸的制作方法
【专利摘要】智能一体化气动节水闸，属于水利工程设备领域，本实用新型包括控制箱、太阳能供电系统、气动控制部分、闸门系统、水位计，所述控制箱包括智能控制器、显示屏、GPRS天线、倾角传感器、气动控制器和水位传感器，所述太阳能供电系统包括太阳能板、充电控制器和电池组，所述气动控制部分包括小型空压机、电磁阀、压力传感器，所述气动控制部分包括闸板、气袋、和安全带。本实用新型结构简单，操作方便，成本低，能有效解决农田水利设施节水问题。
【专利说明】智能一体化气动节水闸
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及水利工程设备，具体为智能一体化气动节水闸。
【背景技术】
[0002]我国是一个农业大国，水资源又十分紧缺，但农业用水浪费现象又十分严重。农业用水约占全国用水总量的70%，其中90%以上用于灌溉，因此，灌区在我国的社会经济发展进程中占有重要的地位。目前我国灌区水利工程老化失修严重，管理不善，灌排保障能力下降，成为保护和提高农业综合生产能力的制约因素，迫切需要加大投入，加快续建配套和节水改造步伐。而灌区的关键设备一闸门大多采用螺杆启闭机手动操作，密封性能差，流量及水位测量也只能靠人工完成，更谈不上对整个灌区实现远程控制了，严重影响了灌区的科学化用水管理进程。因此，灌区闸门设备系统改造项目建设势在必行。
[0003]据此，国家水利部灌排中心从澳大利亚引进了灌区节水闸门监控系统，该系统主要是由全渠道自动控制系统控制，通过计算机实现对整个灌区或部分灌溉区域的输配水模拟，最终实现对渠系网络的全局控制和水量调度，全渠道控制的关键设备为测控一体化闸，是集闸门门体、参数测量和控制即数据通信为一体的自动控制闸门、其特点是流量的测量根据门体结构中专门设置的水位传感器来实现，同时利用太阳能为动力，为偏远地区的使用创造了条件，该系统通过提高系统运行效率，进一步提高灌区供水服务水平，从满足作物需水的角度来看，基本可以实现系统控制范围内的“按需供水”，该系统针对整个灌区或某一段渠道系统，基于开放式信息技术和监控与数据采集系统，将传统的灌溉系统改进为反应迅速和高效灵活的一体化全渠道控制系统，为用水户提供安全、公平、可靠、灵活的供水服务。
[0004]目前，该系统的设备及系统软件只有澳大利亚瑞康公司一家提供，处于市场垄断的状况，价格过高，不利于在我国大面积推广。如果，我国灌区节水闸门监控系统研发项目取得成功，必将使该设备系统的价格及维护费用均有所降低，这样，就可以加快灌区节水闸门监控系统在我国的推广应用。
【发明内容】
[0005]本实用新型所解决的技术问题在于提供智能一体化气动节水闸，以解决上述【背景技术】中的缺点。
[0006]本实用新型所解决的技术问题采用以下技术方案来实现:
[0007]智能一体化气动节水闸，包括控制箱、太阳能供电系统、气动控制部分、闸门系统、水位计，所述控制箱包括智能控制器、显示屏、GPRS天线、倾角传感器、气动控制器和水位传感器，所述太阳能供电系统包括太阳能板、充电控制器和电池组，所述气动控制部分包括小型空压机、电磁阀、压力传感器，所述闸门系统包括闸板、气袋、和安全带。
[0008]本实用新型中，所述显示屏、GPRS天线、倾角传感器、水位传感器和气动控制器均连接在智能控制器上。
[0009]本实用新型中，所述充电控制器一端连接有至少一块太阳能板，另一端连接有至少一组电池组。
[0010]本实用新型中，所述小型空压机的出口管道上安装有电磁阀和压力传感器。
[0011]本实用新型中，所述气袋安装在闸板与河道的底板之间，所述闸板的底端铆接在河道底部的固定件上，顶端设置有安全带，所述安全带安装在河道底端与闸板顶端之间。
[0012]本实用新型中，所述水位计垂直安装在河道闸门上游附近边上。
[0013]本实用新型中，所述水位传感器与水位计集成在一起，所述倾角传感器安装在闸板背部。
[0014]本实用新型中，所述气动控制器连接在电磁阀和小型空压机上。
[0015]本实用新型中，所述电池组通过导线给智能一体化气动闸控制箱和气动控制部分供电。
[0016]本实用新型中，所述电磁阀和气袋之间通过不锈钢导管连通，所述不锈钢导管为三通结构，一端连接的电磁阀后部安装有小型空压机，一端连接的电磁阀后部为通向大气的管道。
[0017]有益效果:本实用新型是集闸门门体、参数测量和控制即数据通信为一体的自动化控制闸门，出厂前闸门、控制、太阳能等合成一体，相比其它闸门安装工艺依赖于现场施工且一致性较差，本闸门设备安装简单，一致性好。
[0018]本实用新型不需要安装额外的流量计，通过计算能很方便地算出瞬时流量、平均流量和累计水量。
[0019]本实用新型能够实现自动配水、自动记录、自动检测，再不需要扛锹巡渠、人工记录，达到了提高灌溉效率、节水效果明显、理顺管理机制和水价机制的目的。
[0020]本实用新型结构紧凑，采用了太阳能和轻型材料，在我国农村特定的供电环境条件下，既节能又可以保证闸门的可靠灵活的启闭。
[0021]本实用新型在输配水可靠性方面，由于水位变幅较小，配水流量更为稳定，用水户不仅有很好的心理预期，而且在一定的时间内可以得到更加可靠的水量。
[0022]本实用新型在输配水灵活性方面，由于堰顶可调，在充分利用堰流特性的基础上，也可以根据流量的变化和配水需求的变化，仅依靠太阳能就可以灵活地调节闸门，抬高或降低上游渠道水位，更加灵活地满足供水需求。
[0023]本实用新型在输配水公平性方面，由于全渠道控制系统将灌区用水需求、通信保障和渠系输配水作为一个整体加以考虑，在配套的软件系统支持下，依靠测控闸门安全、可靠、灵活的运行，可以满足灌区对公平配水的要求。
[0024]本实用新型其中的气动闸门采用干净的压缩空气驱动，没有机械用油及其产生的污染；由于水流是从闸顶流过且没有任何操作机构阻挡，有利于水面漂浮物的下泄，不会形成漂浮物堵塞现象，也就不需要工作人员定期清理；同时结构简单、安装方便、成本低、使用寿命长，是一种先进、高效、节能、环保的水利设施，这均是其它闸门所无法比拟的，也是国家水利工程发展的趋势。
[0025]本实用新型从满足作物需水的角度来看，基本可以实现系统控制范围内的“按需供水”，该系统针对整个灌区或某一段渠道系统，基于开放式信息技术和监控与数据采集系统，将传统的灌溉系统改进为反应迅速和高效灵活的一体化全渠道控制系统，为用水户提供安全、公平、可靠、灵活的供水服务。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1为本实用新型的结构示意图；
[0027]图2为本实用新型的智能控制器的结构示意图。
【具体实施方式】
[0028]为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。
[0029]参见图1，智能一体化气动节水闸的结构示意图，智能一体化气动节水闸，包括控制箱100、太阳能供电系统101、气动控制部分102、闸门系统103、水位计104，所述控制箱100包括智能控制器1003、显示屏1002、GPRS天线1001、倾角传感器1006、气动控制器1004和水位传感器1005，所述太阳能供电系统101包括太阳能板1011、充电控制器1012和电池组1013，所述气动控制部分102包括小型空压机1021、电磁阀1022、压力传感器1023，所述闸门系统103包括闸板1033、气袋1031、和安全带1032。
[0030]该装置所用电源全部来源于太阳能，白天太阳能板除了提供智能一体化气动节水闸正常工作电源外，同时还大量给电池组充电(太阳能板产生的电量远大于装置正常工作时所需功率)，晚上则依靠已充满电的电池组的放电给智能一体化气动节水闸提供电源，这样，通过电池组周而复始的充放电保证了该装置工作电源的连续性，实现了电源的自给自足，其中选用的低功耗元器件也节约了大量电能，使得太阳能板尺寸和电池组容量大为减小，极大地降低了制造成本；控制箱100是整套设备的核心部件，是数据采集和控制中心，其根据调度中心通过GPRS通信发来的控制命令确定工作模式、水量或流量调度数据，由控制箱100动作小型空压机和电磁阀来给橡胶气袋充/放气，从而驱动闸门关闭和开启，完成调度指定的相关任务；同时实时采集水位、倾角和压力等模拟量信号，计算出当前实时过水流量和已放水量，为下一步闸门的动作提供了依据；相关的实时数据和信号同时上传给调度中心，调度中心据此进行监控和判断，以达到远程监控之目的。其中采用的气动闸门系统有利于水面漂浮物的下泄，不会形成漂浮物堵塞现象，也就不需要工作人员定期清理；同时该闸门系统对水质没有什么特殊要求，又不会污染水源，能适应各种恶劣环境且持久耐用，是无人值守灌渠的不二选择。
[0031]参见图2，智能一体化气动节水闸的智能控制器的结构示意图，在智能一体化气动节水闸设备中，智能控制器是其核心部分，其主要包括32位低功耗微处理器CPU、8M字节FLASH、16路开入、8路开出、6路隔离16位A/D模块、2路隔离16位D/A模块、实时时钟、液晶触摸屏、GPRS通信模块、GPRS天线等，其中8M字节FLASH、16路开入、8路开出、6路隔离16位A/D模块、2路隔离16位D/A模块等通过数据、地址总线与32位低功耗微处理器CPU相连，实时时钟则用I2 C方式和32位低功耗微处理器CPU接口，而液晶触摸屏、GPRS通信模块均通过RS232串口与32位低功耗微处理器CPU直接通信；液晶触摸屏在没有人机交互时是熄灭的，以便节约电能；GPRS通信模块具有智能通信功能，32位低功耗微处理器CPU只要发送简单的AT命令就能通过公共网络平台和调度中心实现数据交互，具体实施细节则由GPRS通信模块自动完成。智能一体化气动节水闸所有软件功能均通过该智能控制器实现的，同时其也对自身工作状况进行自检且提交相应的自检报告。
[0032]具体来说，该控制器硬件的主要功能如下:
[0033](I)数据采集功能:一般地，该装置的数据采集功能包括:模拟量采集、开关状态量采集，并且，装置模拟量采集能实现多级隔离和硬件软件滤波处理来保证数据的可靠性；此外，由于采用16位高速高精度A/D，能够实现数据的实时性和高准确性，使测量精度达到
0.2级，输入信号为标准信号直流4?20mA或O?5V。
[0034]另外，所述开关状态量采集包括:现场位置及其他反映设备运行状态的接点。其中，所述常规装置的开关量采集量为16点，可根据实际需要进行扩展到32点。并且，开关量的输入为直流24VDC输入，在硬件上采用二级隔离措施，同时在硬件和软件上实现对开关量的防抖动处理，增强抗干扰功能。
[0035](2)输出控制功能:主要包括有:开关量输出、模拟量输出等；一般地，开关量输出控制主要采用继电器输出方式控制，输出为无源接点，实现两级隔离即光电隔离和继电器隔离，有效增强了抗干扰能力；而16位高速高精度D/A模拟量输出，采用了多级隔离和硬件软件滤波处理来保证数据输出的稳定性。
[0036](3)通信功能:一般地，通讯装置可灵活选用RS485或RS232通信接口方式通讯，实现与人机界面(即液晶触摸屏)、GPRS通信模块的数据共享。
[0037]以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征及本实用新型的优点，本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内，本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
【权利要求】
1.智能一体化气动节水闸，包括控制箱、太阳能供电系统、气动控制部分、闸门系统、水位计，其特征在于，所述控制箱包括智能控制器、显示屏、GPRS天线、倾角传感器、气动控制器和水位传感器，所述太阳能供电系统包括太阳能板、充电控制器和电池组，所述气动控制部分包括小型空压机、电磁阀、压力传感器，所述闸门系统包括闸板、气袋、和安全带。
2.根据权利要求1所述的智能一体化气动节水闸，其特征在于，所述显示屏、GPRS天线、倾角传感器、水位传感器和气动控制器均连接在智能控制器上。
3.根据权利要求1所述的智能一体化气动节水闸，其特征在于，所述充电控制器一端连接有至少一块太阳能板，另一端连接有至少一组电池组。
4.根据权利要求1所述的智能一体化气动节水闸，其特征在于，所述小型空压机的出口管道上安装有电磁阀和压力传感器。
5.根据权利要求1所述的智能一体化气动节水闸，其特征在于，所述气袋安装在闸板与河道的底板之间，所述闸板的底端铆接在河道底部的固定件上，顶端设置有安全带，所述安全带安装在河道底端与闸板顶端之间。
6.根据权利要求1所述的智能一体化气动节水闸，其特征在于，所述水位计垂直安装在河道闸门上游附近边上。
7.根据权利要求1所述的智能一体化气动节水闸，其特征在于，所述水位传感器与水位计集成在一起，所述倾角传感器安装在闸板背部。
8.根据权利要求1所述的智能一体化气动节水闸，其特征在于，所述气动控制器连接在电磁阀和小型空压机上。
9.根据权利要求1所述的智能一体化气动节水闸，其特征在于，所述电池组通过导线给智能一体化气动闸控制箱和气动控制部分供电。
10.根据权利要求1所述的智能一体化气动节水闸，其特征在于，所述电磁阀和气袋之间通过不锈钢导管连通，所述不锈钢导管为三通结构，一端连接的电磁阀后部安装有小型空压机，一端连接的电磁阀后部为通向大气的管道。
【文档编号】G05D27/02GK204028624SQ201420500155
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年9月2日 优先权日:2014年9月2日
【发明者】杨锋, 李建华, 陈建, 丁文斌, 邱宁 申请人:湖南江河机电自动化工程有限公司