一种鱼道闸门控制系统的制作方法

本实用新型涉及水电工程闸门控制技术领域，尤其是涉及一种鱼道闸门控制系统。

背景技术：

鱼道，就是供鱼类洄游的通道，由于人类活动破坏了鱼类洄游的通道而采取的补救措施，一般通过在水闸或坝上修建人工水槽来保护鱼类的习性。

传统的鱼道闸门控制系统设计中，没有闸门总控制系统，只有各现场闸门的控制系统，因此各个闸门独立运行，无法统一控制，在配合使用中容易出现出口闸门误开启的现象，使鱼道内水位异常升高，导致鱼道内水溢出进入两旁厂房安装间，甚至引发安全危险。同时，没有闸门总控制系统，鱼道运行期间需要有值守人员在鱼道观察室内值守，根据上游水位的变化人工调整各出口闸门的启闭；而此时，还需要人员分地进行控制进口闸门和出口闸门等，提高了人力成本；如果情况特别紧急时，及时使用相关通话设备也不能够及时采取控制措施，易导致启闭闸门的延误，使鱼道内水位升高超过规定高度。

技术实现要素：

为了解决上述问题，针对传统的鱼道闸门控制系统设计，本实用新型提出了一种鱼道闸门控制系统，实现了多个鱼道闸门的自动启闭，以及异常情况下快速关闭的功能，同时，不需要值守人员现场值守，避免了24小时轮班值守，降低了人力成本，并更具人性关怀。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种鱼道闸门控制系统，该系统包括闸门和水位传感器，闸门包括出口闸门和进口闸门，水位传感器包括库区水位传感器，其还包括：

上位机；用于在预设水位发出报警信号的浮子开关，浮子开关布设于鱼道内；控制单元，控制单元分别与闸门控制器、水位传感器、浮子开关和上位机通讯连接。

所述闸门还包括应急闸门，应急闸门垂直于水的流向设置；所述水位传感器还包括鱼道水位传感器。

进一步地，所述闸门包括三个进口闸门、三个出口闸门和一个应急闸门，所述进口闸门设置于大坝下游侧，出口闸门设置于大坝上游侧，应急闸门设置于鱼道中部。

进一步地，所述库区水位传感器包括三个分散布设于上游库区的库区水位传感器，用于实时采集库区内水位信息并发送。

进一步地，所述鱼道水位传感器设置于鱼道内底部，用于实时采集鱼道内水位信息并发送。

进一步地，所述浮子开关有四个，分为浮子开关A组和浮子开关B组两组，每组两个；所述浮子开关A组的设置标高低于浮子开关B组。

进一步地，所述鱼道闸门控制系统还包括断电备用控制系统，该断电备用控制系统包括浮子开关C和备用电源，浮子开关C设置于与浮子开关A组相同的标高；所述浮子开关C和备用电源均连接所述控制单元。

进一步地，所述鱼道闸门控制系统还包括延时检测电路，延时检测电路设置于控制单元中。

更进一步地，所述控制单元采用PLC。

更进一步地，所述鱼道闸门控制系统和断电备用控制系统的部件之间通过光纤通讯连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

1、相较于传统的鱼道闸门控制系统，水位异常信息只能通过人工判断，不能够及时准确地做出操作指令，容易导致闸门启闭的延误操作，鱼道内水位多处于异常状况；而本实用新型设置有浮子开关，能够及时地发出报警信息，准确得获取水位异常信息，实时地进行启闭闸门，避免了时间延误，而不能达到水位控制效果的问题；浮子开关对比其他开关，也不易发生故障，寿命更长，且抗负载冲击能力强，提高了本鱼道闸门控制系统的整体性能。

2、本实用新型设置有控制单元，相较于传统的鱼道闸门控制系统，各个闸门独立运行，无法统一控制，容易出现出口闸门误开启的现象，导致鱼道内水位异常升高，水漫过鱼道涌入厂区的危险，本实用新型能够进行统一控制，协调配合，实现了鱼道进口闸门、出口闸门等多闸门的自动联调，避免了误操作的出现。

3、无需人员在鱼道观察室内值守和人为倒门操作，有效地减少了电厂值守人员的工作负担，降低了人力成本投入。

4、保证了鱼道在遇到突发异常情况时，应急闸门和3个出口闸门能自动快速地关闭，防止事故的扩大。

附图说明

图1为本实用新型一个实施例的结构框图；

图2为本实用新型库区水位传感器的连接关系图；

图3为本实用新型浮子开关A组和浮子开关B组的连接关系图；

图4为本实用新型开度检测装置和荷重感应器的结构框图；

图5为本实用新型断电备用控制系统的结构框图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，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，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“平行”、“垂直”等并不表示要求部件绝对平行或垂直，而是可以稍微倾斜。如“平行”仅仅是指其方向相对“垂直”而言更加平行，并不是表示该结构一定要完全平行，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

参照图1，本实用新型提出一种鱼道闸门控制系统的优选实施例。

一种鱼道闸门控制系统，其包括闸门和水位传感器，闸门上均设置有闸门控制器，闸门包括出口闸门和进口闸门，水位传感器包括库区水位传感器；所述鱼道闸门控制系统还包括上位机；用于在预设水位发出报警信号的浮子开关，浮子开关布设于鱼道内；控制单元，控制单元分别与闸门控制器、水位传感器、浮子开关和上位机通讯连接。具体地，闸门还包括应急闸门，应急闸门垂直于水的流向设置；水位传感器还包括鱼道水位传感器。

其中，控制单元作为鱼道闸门控制系统的核心部分，主要功能是采集每个闸门的启闭信息以及鱼道内的水位信息，并根据设定值进行相应地控制处理，并将上述信息以及处理记录通过交换机上传至上位机。

具体地，控制单元优选为PLC，其设置于PLC控制箱，并通过广电收发器和光纤连接中控室数据交换机，与上位机通讯，PLC控制箱中还包括其他电器元件。

优选地，其中PLC型号为施耐德M340，CPU型号为340-10，Modbus；PLC工作电源型号为Weidmuller(魏德米勒)，SDR-120-24；威纶通WEINVIEW触摸屏，型号为TK6071IP，1WV；以及配置有四种扩展模块，分别为开关量输入模块BMX DDI 1602(16路漏极隔离输入24VDC)，开关量输出模块BMX DDO 1602(16路源极输出24VDC 0.5A晶体管，受保护)，模拟量输入模块BMX AMI 0800(8路模拟量高电平非隔离输入)和通讯模块BMX NOE 0100.2(TCP/IP模块)。

进一步地改进，闸门包括三个进口闸门、三个出口闸门和一个应急闸门，进口闸门设置于大坝下游侧，出口闸门设置于大坝上游侧，应急闸门设置于鱼道中部；三个出口闸门底板高程呈台阶状，使得不同出口闸门打开可以进入不同的水量，避免了只设置一个出口闸门时水量过大。本实施例中具体为，三个出口闸门底板高程分别为：1号出口闸门为622.0m，2号出口闸门为621.0m，3号出口闸门为620.0m。鱼道3个出口闸门在库区水位为621-624m时，根据库区水位实时调整闸门启闭，保证鱼道工作水深均为1.0m～2.0m。

进一步地改进，鱼道闸门控制系统还包括延时检测电路，延时检测电路设置于控制单元输入端前端。需要说明的是，由于库区水位信号通讯需要考虑回差和延时因素，控制单元设定为库区水位上升至设定值则控制提门，库区水位回落时在设定值以下0.2米时控制落门。延时检测装置将延时时间设为2分钟，即库区水位信号在传输至控制单元后通过延时检测电路延迟2分钟，再进行信号的处理，以达到躲避水浪造成的水位波动的目的，如在此时间内信号消失，则重新计时。

参照图1、图2，本实用新型提出一种库区水位传感器和鱼道水位传感器的较佳实施例。

本实施例中，进一步地改进，库区水位传感器包括三个分散布设于上游库区的库区水位传感器，分别为第一库区水位传感器、第二库区水位传感器和第三库区水位传感器，用于实时采集库区内水位信息并发送；鱼道水位传感器设置于鱼道内底部，用于实时采集鱼道内水位信息并发送。优选地，水位传感器均采用瑞士KELLER。

具体地，三个库区水位传感器设置于鱼道观察室邻近的库区中。由三个库区水位传感器监测的水位信息作为依据，控制单元根据“三取二”的信号选择设定对于闸门进行指令操作。水位“三取二”的判断功能，即是当任一个库区水位传感器测定的数据与其它两个之间的差值超过设定范围值时，控制单元以其它两个库区水位传感器的数据为控制依据。上述设定范围值为0.1～0.2m，根据实际情况选定，如水位波动较小，设定值可取0.1m，水位波动较大时，设定值可取0.2m，水位波动居中时，设定值取中间值，比如0.15m。当控制单元接收的“三取二”的信号为水位异常以及水位传感器出现故障(即控制单元接异常接收不到水位传感器的信号)时报警，报警信号通过控制单元设定，并且控制单元及时控制关闭三个出口闸门。当排除了库区水位传感器的故障或者库区上游水位“三取二”结果为正常值，则控制单元下达提门指令；当水位变化需要倒门时，控制单元先完全关闭当前开启的闸门，待接收到闸门已经全关的信号后再开启需要开启的闸门，保证任何时候只允许一个出口闸门在开启状态或开关过程，以控制上游库区进入鱼道的水量，避免鱼道内水位过高。

参照图1、图3，本实用新型提出一种浮子开关的较佳实施例。

本实施例中，进一步地改进，浮子开关有四个，分为浮子开关A组和浮子开关B组两组，每组两个，浮子开关A组包括第一浮子开关和第二浮子开关，浮子开关B组包括第三浮子开关和第四浮子开关；所述浮子开关A组设置于鱼道高水位处，用于发出鱼道高水位报警信号，浮子开关B组设置于鱼道过高水位处，用于发出鱼道过高水位报警信号，所述浮子开关A组的设置标高低于浮子开关B组；四个浮子开关设置于鱼道观察室外的鱼道中。需要说明的是，所述高水位和过高水位根据现在实际情况凭经验确定。具体地，浮子开关为电缆浮球，型号为德国P+F，LF3。每组多出的一个浮子开关作为冗余备用，当一个浮子开关出现故障另一个可继续运行，使得报警信号稳定传输，使得对于鱼道内水位的监测控制不会断档。

进一步地改进，鱼道水位传感器设置于鱼道内底部，用于实时采集鱼道内水位信息并发送，与浮子开关配合使用。

控制单元对于浮子开关的信号判定操作如下：当水位达到浮子开关A组高水位值时发出报警信号至控制单元并持续5s，鱼道水位传感器实时监测高水位数值，控制单元下达关闭鱼道三个出口闸门指令，如果鱼道三个出口闸门有任一个出现障碍无法关闭，则下达关闭应急闸门指令；当水位达到浮子开关B组过高水位值时发出报警信号至控制单元并持续5s，鱼道水位传感器实时监测过高水位数值，控制单元下达鱼道应急闸门关门程序，同时下达关闭三个出口闸门指令。

参照图1、图4，本实用新型提出一种闸门开度监测装置和闸门荷重感应器的较佳实施例。

本实施例中，进一步地改进，鱼道闸门控制系统还包括闸门开度监测装置和闸门荷重感应器，闸门开度监测装置和闸门荷重感应器均对应设置于各闸门上，并与控制单元通讯连接，在实际使用中，将收集到的闸门开度信息和闸门荷重信息传输给控制单元。因此，鱼道闸门控制系统可以通过上位机实现显示库区水位、鱼道水位、各闸门的开度和荷重等信息，通过上位机实现数据收集存档，快捷查询，生成历史分析曲线，最终形成分析报告。

参照图5，本实用新型提出一种断电备用控制系统的较佳实施例。

进一步地改进，鱼道闸门控制系统还包括断电备用控制系统，该断电备用控制系统包括浮子开关C和备用蓄电池，浮子开关C设置于与浮子开关A组相同的标高，用于发出断电时鱼道高水位报警信号；浮子开关C和备用电源均与PLC控制单元连接。

当出现意外断电的情况，各闸门、各水位传感器和各浮子开关均与控制单元通讯中断，不能够对鱼道内水位情况进行实时监测，易发生漫水危险；此时，上位机发出指令启动断电备用控制系统。当水位达到高水位值时浮子开关C则发出报警信号传输至控制单元，控制单元通过交换机与上位机通讯，将断电时报警信号传输给上位机，以实现全时段无空档监控，上位机实时记录存档并汇总入分析报告。此时，鱼道闸门控制系统收到报警信号之后，因交流电断电，无法起落闸门，需及时安排人员前往鱼道闸门处进行人为落门。通过断电备用控制系统，可以保证鱼道闸门控制系统主控制线路断电失效时，且鱼道内水位处于异常高水位时能及时报警，避免出现监控空档，防止鱼道内水位过高水漫过鱼道流入厂区。

以上实施例中，鱼道闸门控制系统和断电备用控制系统的部件之间，优选通过光纤通讯连接。