一种基于智能一体化板闸的灌区智能控制系统的制作方法

本发明属于信息与自动化技术领域，尤其涉及一种基于智能一体化板闸的灌区智能控制系统。

背景技术：

传统的闸门仅为一闸门门体，部分闸门实现了信息化与自动化的结合，但大部分闸体均需要附加闸前闸后水位监测、闸门开度监测、无线数据传输等功能，供电繁琐，难于维护、安装困难。

综上所述，现有技术存在的问题是：传统的闸门存在供电繁琐，难于维护，安装困难。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于智能一体化板闸的灌区智能控制系统。

本发明是这样实现的，一种基于智能一体化板闸的灌区智能控制系统，所述基于智能一体化板闸的灌区智能控制系统包括：

光电编码器，与信号放大器连接，用于将闸门运行时的输出轴上机械几何位移量转换成模拟信号；

重量传感器，与信号放大器连接，用于将闸门运行时的质量参数转化为模拟信号；

水压传感器，与信号放大器连接，用于将闸门运行时的水压参数转化为模拟信号；

信号放大器，用于将光电编码器、重量传感器、水压传感器的模拟信号放大；

模数转换模块，与信号放大器连接，用于将信号放大器输出的模拟信号转换为数字信号，并传送至mcu微处理单元；

声光报警系统，与mcu微处理单元连接，用于实现报警；

plc控制单元，与mcu微处理单元连接，用于接收来自mcu微处理单元的控制命令，并向闸门输出控制信号；

gprs模块，与mcu微处理单元连接，用于连接mcu微处理单元的数据输出端，并将接收到的数据发送给服务器；

服务器，与gprs模块连接，用于实现数据的存储；

输入控制模块，与mcu微处理单元连接，连接mcu微处理单元的数据输入端，将操作员输入的指令发送至mcu微处理单元；

单机显示界面模块，连接主控芯片的数据输出端，用于显示塔吊的状态信息；

mcu微处理单元，与mcu微处理单元连接，用于显示对各个模拟信号进行数字化分析处理以及参数的设定。

进一步，电源模块，通过电源线与光电编码器、重量传感器、水压传感器、信号放大器、模数转换模块、声光报警系统、plc控制单元、gprs模块、服务器、输入控制模块、单机显示界面模块、mcu微处理单元连接，用于为光电编码器、重量传感器、水压传感器、信号放大器、模数转换模块、声光报警系统、plc控制单元、gprs模块、服务器、输入控制模块、单机显示界面模块、mcu微处理单元提供稳定的电源。

本发明的另一目的在于提供一种基于智能一体化板闸的灌区智能控制系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：

重量信号和水压信号将力的变化转换为可采集的电信号传送到mcu微处理单元，经过信号放大器进行模数转换模块转换；

mcu微处理单元读取转换数据并与输入的安全参数进行分析然后进行处理；对于水压的信号处理即水压大于设定值时闸门无法提升，水压会续释放，当水压小于设定值时，闸门继续提升；

对于重量数据的处理即载重量高于额定值时无法提升，在安全范围内能够运行，确保启闭机不负荷运行。

进一步，所述控制方法包括上下限位的数据由光电编码器来采集，光电编码器用于大量程位移测量；光电编码器的信号采集是一种脉冲信号，不同的高度对应码盘的不同位置；当闸门提升高度大于上限值或者小于下限值时主机能够发送指令停止闸门的继续提升和下降，并且发送报警信号。

本发明的优点及积极效果为：采用太阳能浮冲供电，资源分布广泛，受地域限制条件小，可在任何地方快速安装且无污染，且维护保养简单，维护费用低。传统闸门供电系统采用380v电，需向供电部门申请用电资格，铺设相应供电线路，费时、费力、费资，且后续耗能大；而本发明在12v电流驱动下便能有效工作，耗电量极低。本发明增加了gprs、3g/4g远程监控功能、短信报警功能、压力检测功能等；远程监控采用无线接入gprs网络技术，为数据中心提供数据传输通信通道；传输模块具有可靠的网络连接，智能防掉线，支持在线检测，在线维护，为数据中心提供准确、实时的侦测数据。与现有的一体化板闸对比，其供电系统、通讯系统、监测系统、测控系统均与闸体分离；而现有的一体化板闸将上述系统均融合为一体，闸门本身包含信息化与自动化、一体化，能够有效解决传统方式难于维护、安装困难等缺陷。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于智能一体化板闸的灌区智能控制系统结构示意图；

图2是本发明实施例提供的基于智能一体化板闸的灌区智能控制流程示意图；

图中：1、光电编码器；2、重量传感器；3、水压传感器；4、信号放大器；5、模数转换模块；6、声光报警系统；7、plc控制单元；8、gprs模块；9、服务器；10、输入控制模块；11、单机显示界面模块；12、mcu微处理单元；13、电源模块。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明主要是基于对闸门高度上限和高度下限，启闭机额定载重量和实际载重量，闸门承受的上水水压以及下水水压进行检测、报警和控制并实现了gprs远程监控功能。

如图1所示，本发明实施例提供的基于智能一体化板闸的灌区智能控制系统包括：光电编码器1、重量传感器2、水压传感器3、信号放大器4、模数转换模块5、声光报警系统6、plc控制单元7、gprs模块8、服务器9、输入控制模块10、单机显示界面模块11、mcu微处理单元12、电源模块13。

光电编码器1，与信号放大器连接，用于将闸门运行时的输出轴上机械几何位移量转换成模拟信号。

重量传感器2，与信号放大器连接，用于将闸门运行时的质量参数转化为模拟信号。

水压传感器3，与信号放大器连接，用于将闸门运行时的水压参数转化为模拟信号。

信号放大器4，用于将光电编码器1、重量传感器2、水压传感器3的模拟信号放大。

模数转换模块5，与信号放大器4连接，用于将信号放大器输出的模拟信号转换为数字信号，并传送至mcu微处理单元12。

声光报警系统6，与mcu微处理单元12连接，用于实现报警。

plc控制单元7，与mcu微处理单元12连接，用于接收来自mcu微处理单元12的控制命令，并向闸门输出控制信号。

gprs模块8，与mcu微处理单元12连接，用于连接mcu微处理单元12的数据输出端，并将接收到的数据发送给服务器9。

服务器9，与gprs模块8连接，用于实现数据的存储。

输入控制模块10，与mcu微处理单元12连接，连接mcu微处理单元12的数据输入端，将操作员输入的指令发送至mcu微处理单元12。

单机显示界面模块11，连接主控芯片的数据输出端，用于显示塔吊的状态信息；

mcu微处理单元12，与mcu微处理单元12连接，用于显示对各个模拟信号进行数字化分析处理以及参数的设定。

电源模块13，通过电源线与光电编码器1、重量传感器2、水压传感器3、信号放大器4、模数转换模块5、声光报警系统6、plc控制单元7、gprs模块8、服务器9、输入控制模块10、单机显示界面模块11、mcu微处理单元12连接，用于为光电编码器1、重量传感器2、水压传感器3、信号放大器4、模数转换模块5、声光报警系统6、plc控制单元7、gprs模块8、服务器9、输入控制模块10、单机显示界面模块11、mcu微处理单元12提供稳定的电源。

数据传输模块将采用工业级设计，金属外壳，具有多重软硬件看门狗设计。一个闸门群的各个单元能够通过gprs功能实时将数据(重量、上下限、水压)发送至后台服务器，从而进行实时监控。在终端设备出现异常时，自动发相关短信给维护人员。

该设计的闸门状态信号采集主要是由重量传感器——适用轴承座式传感器以及高精度的光电编码器和水压传感器三大部分组成。其中重量信号和水压信号是一种将力的变化转换为可采集的电信号传送到mcu微处理单元，经过信号放大器进行模数转换模块转换，mcu微处理单元读取转换数据并与输入的安全参数进行分析然后进行处理。对于水压的信号处理即水压大于设定值时闸门无法提升，水压会续释放，当水压小于设定值时，闸门能够继续提升。对于重量数据的处理即载重量高于额定值时无法提升，在安全范围内能够运行，确保启闭机不负荷运行，保证工作的安全。其上下限位的数据是由光电编码器来采集，在本发明中将采用高精度的绝对型光电编码器，用于大量程位移测量。由于光电编码器的信号采集是一种脉冲信号，不同的高度对应码盘的不同位置，只需要用微电脑进行数据读取，精度能够达到1cm，断电能够记忆数据。当闸门提升高度大于上限值或者小于下限值时主机能够发送指令停止闸门的继续提升和下降，并且发送报警信号。

本发明将渠道流量演算与各闸门前后水位、闸门的控制结合为一体，通过对灌区内各个闸门的精确、有效控制来保证供水的稳定性；建立按需供水、定水网络化，用户可根据当前灌区情况，采用手机app或电脑客户端提出用水计划需求，自动检查用户用水量是否合适，既渠道输送系统是否有容量及调水限制，确定后才将需求信息发送到所需槽闸；同时系统可通过上游渠道容量、水源量来预计下游槽闸需求量，采用前馈控制上游槽闸，随着实时流量和水位信息的调整，来维持下游所需水位。当下游需水时，上游各个闸门调整到最佳状态，保证精确计算水量，为灌区农作物提供最佳需水量，达到减少渠道退水和水流失，提高水的利用率与节水目的。

同时系统具有防人为破坏功能，当有人破坏信号通讯线路、采用绕线控制闸门盗用、采用强磁破坏控制、非法强力打开控制柜、水压过大，不适应打开闸门等时，本系统具有防盗、防破坏应对功能，自动锁死闸体，从而无法进行闸门控制操作，同时实时向集控中心报警，下面结合附图对本发明的应用原理作简单介绍：

(一)提出需求

本系统主要从用户角度出发，用户根据灌区实际需求，提出需水计划，可指定需水量，指定需水时间，同时可发布未来需水计划。

(二)需求判断

系统中心在接收到用户需求后，首先对用户需求进行审核，即已有水量是否满足用户需求以及渠道内是否有其他用水限制，同时可根据限制对用户提出的需求进行再修改、再发布，确认无误后将需水信息发送至相应控制槽闸。

(三)水量处理

随着供水任务的执行，下游渠道内水面会持续下降，此时系统会结合上游渠道水量、灌区水源量，对上游闸门进行控制放水，来保证下游渠道水位，从而保证下游灌溉任务的供水稳定性。

下面结合附图对本发明的应用原理作进一步的描述。

(一)闸门监控技术

闸门监控系统采用先进、成熟的全开放、分层、全分布式系统结构、系统配置、设备选型和应用软件均便于硬件和功能的扩充，并适应计算机技术发展迅速的特点，使系统性能达到先进水平。同时确保软件、硬件安全可靠，能够长期连续运行，如图2所示。

(二)水位流量监控

水位、流量监测采用水位传感器及带计算功能的水位/流量监测等仪器，通过对闸前、闸后水位采集、计算，转换为瞬时流量。

(三)供水信息管理

(1供水信息发布

用户可根据当前灌区情况，提出用水计划需求；管理员可根据当前系统的运行状况，对所有计划执行操作，同时管理员拥有修改此计划权限，对其用水计划进行合理修改。

(2)供水状态监视

有供水任务时，用户可实时监视闸门运行状态，同时用户可根据实时供水情况，选择立即关闭闸门，也可以延时关闭闸门。

(3)供水信息查询

为用户提供实时、历史供水数据查询功能，用户可自定义时段、灌区查询，并以图表形式展示，能够有效统计已完成或未完成供水情况。

本发明技术先进，稳定可靠，闸门定位精度高，避免了人为误操作等可能造成的设备损坏，增强了系统运行的安全性，可以保证系统稳定可靠地运行；实现远程监控。plc控制器在水闸启闭系统中，通过网络传输，可以实现远程中央计算机的监控；采用的现场总线是国际通用的具有开放协议的现场总线和接口，同时各控制站均留有plc的i/o余量，以便于以后系统的改造和扩展；基于一体化板闸的有效控制，从田间农作物需水开始，用户按需提出需水要求，也可制定未来的一个用水计划，自动根据既渠道输送系统是否有容量及调水限制判断用户用水量是否合适，确定后才将需求信息发送到所需槽闸，达到逐级向上实现农业的按需供水；闸门开启开始供水时，会引起渠道水位下降，上游闸门会自动调节、补充水量，直到达到设定值，来保证供水的稳定性；具有防人为破坏功能，当有人破坏信号通讯线路、采用绕线控制闸门盗用、采用强磁破坏控制、非法强力打开控制柜、水压过大，不适应打开闸门等时，本系统具有防盗、防破坏应对功能，自动锁死闸体，从而无法进行闸门控制操作，同时实时向集控中心报警。

本发明将渠道流量演算与各闸门前后水位、闸门的控制结合为一体，通过对灌区内各个闸门的精确、有效控制来保证供水的稳定性；建立按需供水、定水网络化，用户可根据当前灌区情况，采用手机app或电脑客户端提出用水计划需求，自动检查用户用水量是否合适，既渠道输送系统是否有容量及调水限制，确定后才将需求信息发送到所需槽闸；同时系统可通过上游渠道容量、水源量来预计下游槽闸需求量，采用前馈控制上游槽闸，随着实时流量和水位信息的调整，来维持下游所需水位。当下游需水时，上游各个闸门调整到最佳状态，保证精确计算水量，为灌区农作物提供最佳需水量，达到减少渠道退水和水流失，提高水的利用率与节水目的。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。