河道探底装置及自动化测流系统的制作方法
【专利摘要】一种河道探底装置，它包括伸缩杆和固定于伸缩杆前端的探底头，固定于伸缩杆后端的远程控制站，所述探底头将触底信号送至远程控制站实现对伸缩杆伸缩动作的控制。一种自动化测流系统，它包括固定桁架以及设置于固定桁架上的测流车，在测流车上设置远程控制站和河道探底装置，在固定桁架一端设置现场控制站，现场控制站和远程控制站之间通过无线通讯设备完成数据连接和交换。
【专利说明】河道探底装置及自动化测流系统
【技术领域】
[0001]本方案涉及一种探测装置，尤其涉及一种河道探底装置及自动化测流系统。
【背景技术】
[0002]随着科技的发展，技术的创新。现在化、自动化、多元化的设备逐渐的进入各个行业。近年来，随着灌区、河道信息化建设不断深入，市场上出现一大批用于灌区、河道自动化测水量水的仪器、仪表，如感应式水位计、超声波流量计、压力式智能水位计以及声学驻波式水位计等。但始终难以符合国内众多灌区及中小河流流量监测的需求。如引黄灌区自动化建设，灌区内水流混浊，灌区、河道淤泥、沉沙较多，给自动测流带来了重大的难题。水文缆道测流是目前多数灌区和河道测流选用的测量方式，其工作原理是借助“流速一面积”法中的积分法进行测量。根据所测流的河道宽度和水深进行选点，然后在不同的垂直深度采用旋桨或旋杯流速仪采集流速，根据截面积推算流量。
[0003]系统主要由索缆、固定柱(架)、铅鱼(锚)等组成，安装前需要对现场情况进行勘察，选定测流区域在河两岸固定混凝土或钢结构的固定柱，选择一岸建设测流房，然后在两岸固定柱之间架设索缆，在测流房内配套相应的电机、滑轮、配重等附件。在索缆上固定铅鱼，然后通过电机带动缆绳运动从而带动铅鱼的移动，在铅鱼上固定流速仪，当铅鱼到达测量位置后，通过电机转动缆绳进行铅鱼垂直入水，然后根据记录单位时间的流速仪数据从而推算出该水深的流速，重复该动作完成整个河道的流速测量，然后套用相应水深的截面积从而得出流量数据。水文缆道测流受其自身硬件设备的限制随着信息技术的发展，其工作方式和测量过程逐渐暴漏出不足，不能适应目前水利信息行业的发展，其主要问题有以下几点:
[0004]1、随着信息化的发展和计算机技术的普及和应用，缆道测流方式采用计算机控制时存在硬件上的限制无法完全进行自动化设计和操作。
[0005]2、因为缆道的软性连接的方式造成测流时的定位误差，无法准确的判定测流绞车的运行位置，从而造成测量的误差。
[0006]3、同样因为缆绳的软性连接在测流绞车到达测量位置后，测流设备的入水深度和河道水深的监测无法给出准确数据。
[0007]4、目前缆道测流基本都在手动或半自动状态，占用人力资源过多；另外测控室内各种电机、滑轮、配重附件较多占用空间大，维修不方便。
【发明内容】
[0008]本方案针对现有技术的不足，提出了一种适合灌区及河道测流的河道探底装置及自动化测流系统。
[0009]一种河道探底装置，它包括伸缩杆和固定于伸缩杆前端的探底头，固定于伸缩杆后端的远程控制站，所述探底头将触底信号送至远程控制站实现对伸缩杆伸缩动作的控制。[0010]所述探底头包括连杆，连杆的上端与伸缩杆连接，连杆上设置有上下两处凸起，一带有上下两通孔的固定边框套装在连杆外周并与连杆滑配，固定边框受上凸起的限制使上通孔保持在上凸起之上的位置；下通孔的直径小于下凸起的直径；在固定边框和连杆上端之间设置有第三弹簧，在上凸起和下凸起之间的连杆上固定设置有常闭触点和常开触点；在常闭触点和常开触点之间的连杆上设置有第二弹簧；在下凸起和固定边框之间设置有第一弹簧；常闭触点接入伸缩杆的电器控制回路，常开触点接入远程控制站的开关量输入点。
[0011]常闭触点和常开触点是联动触点，当固定边框沿连杆向上移动时常开触点闭合，常闭触点断开。伸缩杆的电器控制回路内接入常闭触点，作为伸缩杆电机的保护触点，当电机转动带动伸缩杆伸出时，常闭触点一直闭合作为电流通路，当探底头下探到河底受力压缩时，常闭触点断开使电器控制回路断电，探杆停止伸出；同时常开触点接入远程控制站的S7-200模块的开关量输入点，探底头受力时常开触点闭合，S7-200模块收到触点信号，可判定探杆到底完成一个探底行程。完成探底后远程控制站给出收杆信号，河道探底装置解除压力在弹簧的张力下恢复初始状态，准备进入下一个探底行程。
[0012]所述伸缩杆为液压推杆或者电动升降杆；沈阳生产的TTG电动升降杆或扬州生产的液压推杆的方式作为水深监测和流速仪表的固定入水设备。升降杆安装在测流小车底部由螺栓固定在测流小车的底板上，通过电器回路接入远程控制站，由模块开关量输入输出点实现对升降杆的控制，升降杆由多级伸缩装置组成，内部为螺旋机制，由电机带动主螺旋运动，主螺旋再带动从螺旋行走，外部为保护筒，螺旋杆与保护筒间由定位器连接，从而可以随时监测伸缩杆的行程距离。
[0013]所述远程控制站和伸缩杆安装在测流车上，测流车沿测流桁架移动位置。
[0014]所述远程控制站为西门子S7-200模块。常开触点接入远程控制站的S7-200模块的开关量输入点；流速测量仪表装在探底头的连杆上端，选用南京宝威仪器生产的LB70-2D流速仪。信号部件磁敏干簧管安装在流速仪的油室之外，双磁激励结构动作灵敏；旋转轴动态密封装置性能好，可有效地减缓轴承油室进水。当测点水流冲击旋杯时，四组旋杯绕轴旋转，每5圈产生一个脉冲量，再通过流速线性公式，准确的换算出点流速。
[0015]本方案的有益效果是河道探底装置通过探底头发出的触底信号后停止动作，同时软件记录此时的数据作为探杆伸出的长度，综合河道水位数据可计算得出水深及河底淤泥的数据。同时根据探底信号可随时调整同一断面不同垂直深度的流速测量，得到全面和准确的流速数据保证流量监测的准确度。
[0016]本方案还提出了一种自动化测流系统，它包括固定桁架以及设置于固定桁架上的测流车，在测流车上设置远程控制站和河道探底装置，在固定桁架一端设置现场控制站，现场控制站和远程控制站之间通过无线通讯设备完成数据连接和交换。
[0017]本方案的具体特点还有，无线通讯设备选用美国摩托罗拉NS5无线通讯网桥，工
作模式为Access Point-Station架构。体积小、重量最轻、功能实用、性能稳定，以太网
接口 TCP/IP协议，为远程站和控制站提供可靠的数据通信无线信道。
[0018]控制系统安装现场控制站和远程控制站，现场控制站和远程控制站通过无线通讯设备进行数据连接和交换；现场控制站通过PR0FIBUS总线与操作站连接，现场控制站安装在测流房中心控制室，远程站安装在测流小车内。
[0019]远程控制站选用西门子S7-200模块；现场控制站选用西门子S7-300模块，现场控制站和远程控制站，作为数据采集单元，监视和控制该区域的测流全过程，并通过通讯网络与操作站及远端调度管理站链接。
[0020]所述河道探底装置包括伸缩杆和固定于伸缩杆前端的探底头，固定于伸缩杆后端的远程控制站，所述探底头将触底信号送至远程控制站实现对伸缩杆伸缩动作的控制。所述探底头包括连杆，连杆的上端与伸缩杆连接，连杆上设置有上下两处凸起，一带有上下两通孔的固定边框套装在连杆外周并与连杆滑配，固定边框受上凸起的限制使上通孔保持在上凸起之上的位置；下通孔的直径小于下凸起的直径；在固定边框和连杆上端之间设置有第三弹簧，在上凸起和下凸起之间的连杆上固定设置有常闭触点和常开触点；在常闭触点和常开触点之间的连杆上设置有第二弹簧；在下凸起和固定边框之间设置有第一弹簧；常闭触点接入伸缩杆的电器控制回路，常开触点接入远程控制站的开关量输入点。
[0021]常闭触点和常开触点是联动触点，当固定边框沿连杆向上移动时常开触点闭合，常闭触点断开。
[0022]定位装置:在测流车上设置有定位装置，包括安装在测流车驱动电机轴上的光电编码器，安装在电动升降杆的电机轴上的光电编码器，光电编码器将位移信号送入远程控制站。当推杆前进时电机轴转动带动编码器旋转，从而记录得出探杆伸出的位移数据。编码器将位置信号通过RS232/RS485数字接口将位移信号传入远程控制站的485采集模块，模块将数据处理后通过无线网络实现数据与现场操作站的数据交换和通信。当移动小车在轨道上运行时，电机驱动轴带动编码器转动，光电编码器内部的光栅会产生脉冲信号，每一个脉冲信号代表一定的单位距离，从而对小车移动的距离精确测量，进而对小车的位置进行精确定位监测精度可达1mm。同时在TTG电动升降杆的电机轴上也安装编码器，当推杆前进时电机轴转动带动编码器旋转，从而记录得出探杆伸出的位移数据。
[0023]自收缆装置:自收缆装置安装在测流小车的固定底板上，自收缆线缆接头固定在伸缩杆的前端作为探底信号及流速信号的传输线缆使用，当升降杆探出时，带动线缆前进；当升降杆回收时，线缆由自收缆内部高弹性机构拉回复位，内置线缆具有一定的抗拉，抗摩擦性能。
[0024]计算机监控系统:
[0025]计算机监控系统是整个自动化测流系统的后台运行管理核心，它与水位监测设备、探底监测设备、流量测量设备、测流车位置监测设备等相连，实时监测采集各相关参量，同时遵照灌区、河道流量测量规范，根据所测水位参数，按预设定好的测量规程和程序，自动实现测流小车及探杆的移动位置控制，并实施各测点相关参数的自动测量及计算，整个测量航程结束，按计算规则自动生产流量数据。
[0026]根据管理的需要，系统配置良好的人际交互界面设备(液晶、触摸屏等)；基于有线或无线信道传输方式的远程传输设备，实现远程数据监控；可实现历史数据的存储、查询、统计等一系列管理功能。
[0027]流量监测过程:远程控制站通过RS485信道实时监测河道相对水位数据，并由上位计算机显示。根据所测相对水位数据，按预设定好的测量规程和程序，自动实现对绗架上移动测流车及测流车内伸缩装置的移动位置控制，自动实现点流速及断面的计算。然后经远程控制站中心处理器通过无线网络把相关采集数据传送到现场控制站中心处理器中，现场站中心处理器通过二次计算把数据传到操作站计算机显示，根据测量水深依据规范进行一点或两点测流法得出相关的流速数据，经过后台软件计算得出流量数据完成整个测流过程。
[0028]一点测流法:伸缩杆带动测流仪表及河道探底装置，当河道探底装置接触到河底淤泥时返回信号，得到该点绝对水深，当绝对水深小于I米时，计算机自动采取一点测流方案，即在水面60%处测得点流速数据V。
[0029]公式:V=系数I X N/T+系数2
[0030]两点测流法:伸缩杆带动测流仪表及河道探底装置，当河道探底装置接触到河底淤泥时返回信号，得到该点绝对水深，当绝对水深大于I米时，计算机自动采取两点测流方案，即在水面20%处测得点流速数据V1、在水面80%处测得点流速数据V2，取二者均值。
[0031]公式:V={(系数 1XN1/T1+系数 2)+ (系数 I XN2/T2+系数 2) }/2
[0032]上位软件通过各点水深描绘出河道断面效果，如图，自动计算水流面积并换算出所对应的流量。
[0033]我公司研制开发的HSST自动测水量水系统，提高了灌区、河道流量测量的效率，大幅度减少人工劳动量和劳动强度；彻底消除了人为因素所产生的计量误差，提高了计量数据的可信度，使计量更快捷、准确。
[0034]系统综合应用了计算机控制技术、pic测控技术、无线通讯技术、机械传动技术、编码定位技术等多项技术的融合应用；将测流实现自动化，进而实现一键测流的理想，推动了水利水文行业的技术发展。本系统本着稳妥可靠、不产生计量异议的原则而设计，改造目标为河道流量测量全自动化、管理全自动化。本系统提高河道流量测量的效率，大幅度减少人工劳动量和劳动强度；消除人为因素所产生的计量误差，提高计量数据的可信度，使计量更快捷、准确；同时有利于管理工作的智能化、科学化，提升管理处的自动化管理水平。
【专利附图】
【附图说明】
[0035]图1是自动化测流系统整体示意图；图2是探底装置结构示意图；图中:1_测流桁架，小车挂接轨道选用工字钢116型号；2_测流车，内置远程控制站及相关限位开关、定位设备等；通过滑线进行供电；3_远程控制站，内置西门子S7-200模块及相关电器控制设备；4-伸缩杆，选用沈阳生产的TTG电动升降杆或扬州生产的液压推杆，行程5-10米(可根据现场实际安装高度可选);5_流速仪；6_探底头；7_无线通讯设备；8_现场控制站；9_操作站，安装系统平台软件，是测流系统操作平台和人际交互控制平台；10_测流房；11_连接螺母；12-第三弹簧；13-上凸起；14-第二弹簧；15-第一弹簧；16_连杆；17-固定边框；18_下凸起；19_常开触点；20_触点接线盒；21_常闭触点。
【具体实施方式】
[0036]实施例1
[0037]如图1所示，一种河道探底装置，它包括伸缩杆4和固定于伸缩杆4前端的探底头6，固定于伸缩杆4后端的远程控制站3，所述探底头6将触底信号送至远程控制站3实现对伸缩杆4伸缩动作的控制。伸缩杆4和探底头6通过连接螺母11连接。
[0038]如图2所示，所述探底头6包括连杆16，连杆16的上端与伸缩杆4连接，连杆16上设置有上下两处凸起，一带有上下两通孔的固定边框17套装在连杆16外周并与连杆16滑配，固定边框17受上凸起13的限制使上通孔保持在上凸起13之上的位置；下通孔的直径小于下凸起18的直径，当装置受力时弹簧被压缩，连杆16可沿下通孔进行活动，固定边框17活动带动固定边框17内触点动作。在固定边框17和连杆16上端之间设置有第三弹簧12，在上凸起和下凸起之间的连杆16上固定设置有常闭触点19和常开触点21，常闭触点19和常开触点21为互锁动作触点，常闭触点19接入伸缩杆4的电器控制回路，常开触点21接入远程控制站3 (S7-200模块)的开关量输入点；在常闭触点19和常开触点21之间的连杆16上设置有第二弹簧14 ;在下凸起18和固定边框17之间设置有第一弹簧15。
[0039]常闭触点和常开触点是联动触点，当固定边框沿连杆向上移动时常开触点闭合，常闭触点断开。
[0040]伸缩杆4的电器控制回路内接入常闭触点19，作为伸缩杆电机的保护触点，当电机转动带动伸缩杆4伸出时，常闭触点19 一直闭合作为伸缩杆4的电器控制回路，当装置探到河底受力压缩时，常闭触点19断开电器控制回路断电，伸缩杆4停止伸出；同时的常开触点21接入远程控制站的S7-200模块的开关量输入点，装置受力时常开触点21闭合，S7-200模块收到触点信号，可判定伸缩杆4到底完成一个探底行程。完成探底后远程控制站3给出收杆信号，回收探底装置解除压力伸缩杆4在弹簧的张力下恢复初始状态，准备进入下一个探底行程。所述伸缩杆4为液压推杆或者电动升降杆；沈阳生产的TTG电动升降杆或扬州生产的液压推杆的方式作为水深监测和流速仪表的固定入水设备。
[0041]如图1所示，所述远程控制站3和伸缩杆4安装在测流车2上，测流车2沿测流桁架I移动位置。
[0042]所述远程控制站3为西门子S7-200模块。
[0043]流速测量仪表固定在探底头6上的连杆16的上端，选用南京宝威仪器生产的LB70-2D流速仪。信号部件磁敏干簧管安装在流速仪的油室之外，双磁激励结构动作灵敏；旋转轴动态密封装置性能好，可有效地减缓轴承油室进水。当测点水流冲击旋杯时，四组旋杯绕轴旋转，每5圈产生一个脉冲量，再通过流速线性公式，准确的换算出点流速。
[0044]实施例2
[0045]本实施例与实施例1相同之处不再赘述，不同之处为它是一种自动化测流系统，如图1所示，它包括测流桁架I以及设置于测流桁架I上的测流车2，在测流车2上设置远程控制站3和河道探底装置，在测流桁架I 一端设置现场控制站8，现场控制站8和远程控制站3之间通过无线通讯设备完成数据连接和交换。河道探底装置与实施例1相同。
[0046]无线通讯设备选用美国摩托罗拉NS5无线通讯网桥，工作模式为AccessPoint——Station架构。体积小、重量最轻、功能实用、性能稳定，以太网接口 TCP/IP协议，为远程控制站3和现场控制站8提供可靠的数据通信无线信道。
[0047]远程控制站3选用西门子S7-200模块；现场控制站8选用西门子S7-300模块，现场控制站8和远程控制站3，作为数据采集单元，监视和控制该区域的测流全过程，并通过通讯网络与操作站及远端调度管理站链接。
[0048]在测流车上设置有定位装置，定位装置包括安装在测流车2驱动电机轴上的光电编码器和安装在电动升降杆的电机轴上的光电编码器，光电编码器将位移信号送入远程控制站3。当伸缩杆4前进时电机轴转动带动光电编码器旋转，从而记录得出伸缩杆4伸出的位移数据。光电编码器将位置信号通过RS232/RS485数字接口将位移信号传入远程控制站的485采集模块，模块将数据处理后通过无线网络实现数据与现场操作站的数据交换和通信。当移动测流车2在轨道上运行时，电机驱动轴带动光电编码器转动，光电编码器内部的光栅会产生脉冲信号，每一个脉冲信号代表一定的单位距离，从而对测流车2移动的距离精确测量，进而对测流车2的位置进行精确定位监测精度可达1_。同时在TTG电动升降杆的电机轴上也安装光电编码器，当推杆前进时电机轴转动带动光电编码器旋转，从而记录得出伸缩杆伸出的位移数据。
[0049]自收缆装置:自收缆装置安装在测流车2的固定底板上，自收缆线缆接头固定在升降杆的前端作为探底信号及流速信号的传输线缆使用，当升降杆探出时，带动线缆前进；当升降杆回收时，线缆由自收缆内部高弹性机构拉回复位，内置线缆具有一定的抗拉，抗摩擦性能。
【权利要求】
1.一种河道探底装置，它包括伸缩杆和固定于伸缩杆前端的探底头，固定于伸缩杆后端的远程控制站，所述探底头将触底信号送至远程控制站实现对伸缩杆伸缩动作的控制。
2.根据权利要求1所述的河道探底装置，其特征是所述探底头包括连杆，连杆的上端与伸缩杆连接，连杆上设置有上下两处凸起，一带有上下两通孔的固定边框套装在连杆外周并与连杆滑配，固定边框受上凸起的限制使上通孔保持在上凸起之上的位置；下通孔的直径小于下凸起的直径；在固定边框和连杆上端之间设置有第三弹簧，在上凸起和下凸起之间的连杆上固定设置有常闭触点和常开触点；在常闭触点和常开触点之间的连杆上设置有第二弹簧；在下凸起和固定边框之间设置有第一弹簧；常闭触点接入伸缩杆的电器控制回路，常开触点接入远程控制站的开关量输入点。
3.根据权利要求2所述的河道探底装置，其特征是常闭触点和常开触点是联动触点，当固定边框沿连杆向上移动时常开触点闭合，常闭触点断开。
4.根据权利要求1所述的河道探底装置，其特征是所述伸缩杆为液压推杆或者电动升降杆。
5.根据权利要求1所述的河道探底装置，其特征是所述远程控制站和伸缩杆安装在测流车上，测流车沿测流桁架移动位置；所述远程控制站为西门子S7-200模块，在伸缩杆前端的固定螺栓上设置有流速测量仪表。
6.一种自动化测流系统，它包括固定桁架以及设置于固定桁架上的测流车，在测流车上设置远程控制站和河道探底装置，在固定桁架一端设置现场控制站，现场控制站和远程控制站之间通过无线通讯设备完成数据连接和交换。
7.根据权利要求6所述的自动化测流系统，其特征是无线通讯设备是美国摩托罗拉NS5无线通讯网桥，工作模式为Access Point——Station架构，以太网接口 TCP/IP协议，为远程控制站和现场控制站提供可靠的数据通信无线信道。
8.根据权利要求6所述的自动化测流系统，其特征是所述河道探底装置包括伸缩杆和固定于伸缩杆前端的探底头，固定于伸缩杆后端的远程控制站，所述探底头将触底信号送至远程控制站实现对伸缩杆伸缩动作的控制。
9.根据权利要求6所述的自动化测流系统，其特征是所述探底头包括连杆，连杆的上端与伸缩杆连接，连杆上设置有上下两处凸起，一带有上下两通孔的固定边框套装在连杆外周并与连杆滑配，固定边框受上凸起的限制使上通孔保持在上凸起之上的位置；下通孔的直径小于下凸起的直径；在固定边框和连杆上端之间设置有第三弹簧，在上凸起和下凸起之间的连杆上固定设置有常闭触点和常开触点；在常闭触点和常开触点之间的连杆上设置有第二弹簧；在下凸起和固定边框之间设置有第一弹簧；常闭触点接入伸缩杆的电器控制回路，常开触点接入远程控制站的开关量输入点。
10.根据权利要求9所述的自动化测流系统，其特征是在测流车上设置有定位装置，定位装置包括安装在驱动测流车的电机轴上的光电编码器，安装在驱动伸缩杆的电机轴上的光电编码器，光电编码器将位移信号送入远程控制站。
【文档编号】G01C13/00GK203396396SQ201320479475
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年8月7日 优先权日:2013年8月7日
【发明者】燕永存, 郭泽民, 董孝忠, 王素国, 段俊钊, 白景泉, 张国荣 申请人:济南和一汇盛科技发展有限责任公司