专利名称：水下卧倒式闸门自动控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种闸门自动监视和控制系统，特别涉及一种通过互联网给远距离提 供河口挡潮、调水、景观和交通需要通信的水下卧倒式闸门自动控制系统。
背景技术：
水间是建在河道、渠道及水库、湖泊岸边，具有挡水和泄水功能的低水头水工建筑 物。关闭闸门，可以拦洪、挡潮、抬高水位，以满足上游取水或通航的需要；开启闸门，可以泄 洪、排涝、冲沙、取水或根据下游用水需要调节流量。闸门的启闭需要计算机控制系统来实 现，随着科学技术的发展，水闸的作用除了挡潮、调水之外，还要配合不同河道的自然环境 特点，进行景观设计和交通疏导的作用，于是出现了针对各种自然河口不同种类不同结构 的水闸，如梁式闸门、平面闸门、屋顶闸门、弧形闸门、扇形闸门、鼓形闸门、圆管式闸门、拱 形闸门、球形闸门、浮箱式闸门等，各种闸门由于结构上的差异，都有各自不同的特点。水下卧倒式闸门主要是采用翻板式液压卧倒门，闸门及下部结构均位于地面或水 下，其特点是双向挡水，灵活启闭，对景观设计和交通疏导作用极强，常常应用于大型的交 通枢纽河口，所以此类闸门对计算机自动控制系统有极高的要求。首先，由于此类闸门是在水下工作，并且需要通过转轴运动，如果主油缸的行程发 生偏差，将导致转轴的扭曲，会导致闸门主体的破坏，所以要求闸门自动控制系统对纠偏控 制达到一个小于20mm的值，使闸门保持正常工作。其次，由于闸门工作时平躺于水底，水下因各种原因会堆积大量淤泥，如果不清除 该淤泥，闸门开启的阻力会很大，这样，必然导致油缸的工作压力增加和设备的工作电流增 大，对系统造成不必要的负担。因此，对清淤系统的控制要求很高。在一些大型交通枢纽河口，水闸的安全运行往往受到威胁，尤其是在应用水下卧 倒式闸门的河口，由于闸门在水下工作，水闸安全运行、受过往船舶违章进入水闸运行区域 会导致水闸不能正常工作。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种水下卧倒式闸门自动控制系统，针对水闸 卧于水下工作的特点，具有高精度纠偏功能，清除淤泥功能，和防撞系统，满足水闸挡潮、调 水、景观和交通需要。本发明是通过以下的技术方案实现的一种水下卧倒式间门自动控制系统，包括主控层和现地控制层，主控层包括通过 人机对话实现对河口水闸闸门的启闭和闸站辅助设备的控制的操作员工作站和计算机工 作站；实现安全运行监视的监测工作站；实现对闸站上下游水面情况、各设备运行状况、站 区安全图像信息监控的图像监控工作站；对从图像监控工作站得到的图像数据进行处理的 图像控制处理设备；经图像控制处理设备处理后显示水间监控画面、设备控制、系统参数、 报表、报警记录、曲线、设置和帮助的大屏幕投影系统；对设备运行参数、报表、报警信息记录进行打印的网络打印机；对过往船只进行诱导和发布各种信息的LED显示屏；监测设置 在各火灾探测器场所的火灾信号，并对声光报警实施自动联动控制的火灾报警控制系统， 现地控制层包括控制闸门启闭的液压设备IXU1、公共设备IXU2、防撞设备IXU3和IXU4，现 地控制层可以自动控制，也可以通过计算机工作站的人机接口设备对现地IXU进行通讯。所述操作员工作站由人机接口设备控制，由计算机工作站按预先给定的条件通过 闸站现地LCU发出指令执行，实现闸站自动监控，对闸门的控制是通过液压控制LCUl实现 的，对公共设备清淤现地控制、排水现地控制电力测量和交通信号的控制是通过公共控制 LCU2实现的，对防撞设备的控制是通过防撞设备控制LCU3和LCU4实现的。所述计算机工作站在工作时，操作人员需输入口令，当相应闸站设备处于计算机 监控状态时，对不是由操作员工作站发出的命令的操作给以声响报警和闪光位置指示，直 到操作员了解清楚并人为恢复为止。所述现地IXU设有“现地_远方”位置的切换开关，当切换开关在“远方”位置时， 闸站设备受控于主控层；当切换开关在“现地”位置时，间站设备由现地控制单元自动控制。所述液压控制IXUl包括对闸门的开闸关闸自动控制、油缸行程自动控制和自动 复位，锁定梁自动复位，液压启闭机同步纠偏控制。所述火灾报警控制采用RS-232通信方式，当一个报警状态输入发生变化，或一个 模拟量输入大于幅值或上升率极限时，计算机监控画面自动推出其报警画面和语音提示， 当火灾发生时，图像监控画面自动切换到火灾发生现场，当操作人员确认所有状态变化和 报警状态变化已被清除时，报警报告撤销。所述水下卧倒式闸门自动控制系统采用TCP/IP通信协议。所述电源为在线式UPS不停电电源，冗余配置。本发明的有益效果为针对水闸卧于水下工作的特点，具有高精度纠偏功能，当闸 门油缸行程偏差大于6mm时，执行相应的自动纠偏控制措施，使闸门运行在偏差小于16mm 的安全运行范围之内，当缸行程偏差大于16mm时，设备自动控制停机；清除淤泥功能，完成 闸门开启前的管道、间门前端、周围的淤泥清除工作，控制间室不同的电动间阀和清淤泵的 运行，达到清淤目的；防撞系统，防止船只违章闯入闸门运行区域；整套系统，满足水闸挡 潮、调水、景观和交通需要。
图1是水下卧倒式闸门自动控制系统的流程图
具体实施例方式如图1所示，闸站的主控层实现数据通信、数据采集、数据处理、设备控制、报警控 制和报表打印。主控系统的监控平台的操作环境和控制界面为全汉化、多用户窗口模式，主 窗口通过选择菜单，任意打开各站点信息子窗口，并建立实时数据库。在操作员工作站101上通过人机接口，对数据库和监控画面、控制程序进行在线 修改，此修改必须为系统管理员操作，程序可下装至LCU，也可进行人工设定、监控状态设 置、限值修改，计算机工作站102监控系统根据工艺要求，通过人机对话进行选择和操作， 实时输入控制命令，实现对河口水闸闸门的启闭和闸站辅助设备的操作，控制系统完成对闸站的被控对象控制液压起闭机，清淤泵、排水渗漏泵、电动楔式间阀、各公共设备、防撞 系统设备、交通信号系统、投光灯和警示灯系统、供电设备以及上下游水位、设备状态和参 数等。操作人员通过计算机工作站完成控制时，监控系统根据被控设备的工作条件，对整 个过程提供安全保护措施和完善的闭锁，同时，系统软件具备对工程师和操作人员的多级 口令管理及权限设置功能，保证监控系统的操作安全，对于计算机监控画面的操作，PLC在 接受操作指令时，先自动判断各种连锁条件，对不符合操作条件的指令不予执行。操作员 工作站对闸门的控制，是通过与闸门启闭机现地控制单元LCUl实现的，闸站公用设备如清 淤泵、排水泵、电动闸阀等设备的控制，是通过操作员工作站和公用设备现地控制单元LCU2 实现的，防撞系统设备是由现地控制单元IXU3和IXU4实现的。监测工作站103完成对间站安全运行的监视，包括状态变化监视，越限检查、过程 监视、趋势分析和监控系统异常监视，如间门设备液压启闭机系统超压、欠压、间门设备有 杆腔超压、间门设备无杆腔超压、间门设备滤油器堵塞报警、间门设备油箱液位超低、超高 报警、油泵故障报警，清淤系统中清淤泵故障报警，排水系统中渗漏排水泵故障报警、集水 井水位超高报警，火灾声光报警，并自动推出火警现场画面等。图像监控工作站104实现对闸站上下游水面情况、各设备运行状况、站区安全图 像信息的监控，并与计算机监控系统通信，自动推出报警画面，便于运行人员及时采取相应 的措施，并且可以把被监视场所的图像及声音全部或部分的记录下来，为日后对某些事件 的处理提供了方便的条件和重要的依据。图像监控系统主要分为前端，后端和传输三大部 分，前端设备主要负责信号的采集，主要设备有摄像机、镜头、防护罩、云台、解码器、支架； 后端设备的作用是对前端采集到的信号进行处理、显示和存贮，它主要包括显示和记录等 主要功能，如录像机、硬盘录像机、各种监视器等等，传输控制设备主要将前端所采集到的 信号传回控制室，并对信号进行一定的分配处理，主要设备有各种视频分配器、视频矩阵和 各种线缆。中控室内大屏幕上设有六台彩色监视器，可以切换监视6组不同的图像画面，操 作台上的图像监视计算机，可同时观测16幅图像画面，控制操纵杆，可通过视频矩阵切换 控制器的监控软件，对远端摄像机和云台进行远近、上下、水平移动的控制，及时掌握水位 情况和现场设备的运行情况，同时，可以对不同的摄像机、不同的时间、移动探测、手动等方 式进行录像。图像监控工作站的监控也可以将录像、回放、搜索和远程传输等同时进行，并 具有图像校正、摄像机编号、位置、状态、设定显示功能，查询录像内容时可通过输入时间直 接调阅。系统中配置了硬盘录像机，录像时间是在单路录像的状态下，能记录3000小时的 动态画面，动态画面最高帧数为30帧/秒。彩色监视器可以轮换显示各摄像机画面，当有 设备发生报警信号时，图像立即显示报警现场的画面。对从图像监控工作站得到的图像数据进行处理的图像控制处理设备105，经图像 控制处理设备处理后显示水间监控画面、设备控制、系统参数、报表、报警记录、曲线、设置 和帮助的大屏幕投影系统106，大屏幕投影系统采用一次反射的背投式投影技术，实现远程 实时监控信息、数据管理信息的多功能显示，并对各种警报、紧急信号和紧急情况做出及时 的分析和反应，提供本地、异地网络工作站RGB信号及全制式视频信号输入、视频监控信息 等各种模式的显示，满足各类型异地网络RGB信号、本地RGB信号和视频信号的组合混合显 示、多窗口移动、叠加等功能，大屏幕投影系统，能直接显示图像监视信息，计算机监控画面 信息等画面，这些画面窗口可以被激活、缩放和在投影墙上任意移动，对设备运行参数、报表、报警信息记录还可以进行打印，打印设备为的网络打印机107 ；对过往船只进行诱导和发布各种信息的LED显示屏108，利用远程传输设备，通过 通信系统与中控室计算机进行通信，接收计算机工作站的指令，进行远程控制，反馈各种信 息如确认信息、故障信息、警告信息等，显示屏的显示功能基于一种播放表格式。播放表类 似于节目单，它首先定义在此播放表中有多少条显示内容，然后对每条显示内容再具体定 义其所要显示的字符串、出字方式、出字速度、停留时间等等。在字符串中通过转义符又可 定义其所要显示的坐标位置、字体、大小、字间距、颜色、闪烁时间等属性，以及是否要在某 些位置上显示某些图标。通过以上要素，实现了室外显示大屏的固定显示和可编程显示。监测设置在各火灾探测器场所的火灾信号，并对声光报警实施自动联动控制的火 灾报警控制系统109，火灾自动报警系统主要监测设置火灾探测器场所的火警信号，并可 根据消防要求实施自动联动控制。中央机与火灾报警控制器之间的通信方式，采用标准 RS-232串行接口(JB-QGZ-2002中reserve接插口)，波特率为2400，8位数据，无校验位。 中央机作为主机，区域机作为从机；每次通讯是由中央机发起，由中央机向区域机发命令， 区域机根据命令内容作回答或提出命令，累加和为从机机号到最后的数据之和。火灾报警 控制主要监测设置在各火灾探测器场所的火灾信号，并对声光报警实施自动联动控制，当 发生火警时，图像监控系统自动推出火警画面。火灾探测器包括光电烟感探测器、温感探 测器和红外光束感烟探测器。当火灾探测器或手动报警按钮动作时，火灾自动报警系统自 动声光报警，并显示报警的地址、打印报警时间和报警的地址。闸站现地控制层实现现场实时控制、现场调节和处理等功能，控制优先级高于闸 站主控层。紧急情况情况发生时，可调用事故备用系统。控制闸门启闭的液压控制IXUl为201，还可以进行远程控制205，IXU设有“现 地-远方”位置的切换开关，当切换开关在“远方”位置时，闸站设备受控于主控层；当切 换开关在“现地”位置时，间站设备由现地控制单元自动控制，可以进行实现对液压启闭装 置的控制为开闸控制启动液压泵电动机组，使电磁阀通电，压力油打开液控单向阀，液压 缸有杆腔油液经比例调速阀调节开门速度后进入液压缸无杆腔，同时压力油经顺序阀向液 压缸无杆腔补油；关闸控制启动液压泵电动机组，使电磁阀通电，压力油经比例流量阀和 调速阀调节闭门速度后进入液压缸有杆腔关闭阀门，液压缸无杆腔油液流回油箱；同步纠 偏由比例流量阀根据左右侧磁致式位移传感器提供的信号，控制油缸的进出流量，实现同 步纠偏，使油缸的行程偏差小于16mm;行程极限控制间门运行到位，程序自动控制设备停 止工作；液压系统压力保护当SP发讯时，表明液压系统工作异常，程序控制声光报警或停 机。控制公共设备的IXU为202，公共设备包括交通信号206，电力测量207，清淤现地 控制208，排水现地控制209。对防撞设备的控制是通过防撞设备控制IXU3和IXU4实现的，IXU3为203，IXU4 为204，防撞系统分为阻拦索控制系统、LED显示屏系统、CCTV系统、投光系统、交通信号系 统和广播系统。在水面上设有两台浮箱，浮箱内配有液压系统、电气控制系统、卷筒装置及 阻拦钢丝绳设备装置。液压系统则由泵电机组、液压阀控制装置、油液过滤装置和、油箱及 辅件等组成。泵的控制方式为先导式恒功率控制。泵内部设有伺服活塞，伺服活塞的实际 行程，以压力函数形式进行位置反馈，调整控制系统的压力和流量，既控制预定功率，使其
6功率恒定。
权利要求
一种水下卧倒式闸门自动控制系统，包括主控层和现地控制层，主控层包括通过人机对话实现对河口水闸闸门的启闭和闸站辅助设备的控制的操作员工作站和计算机工作站；实现安全运行监视的监测工作站；实现对闸站上下游水面情况、各设备运行状况、站区安全图像信息监控的图像监控工作站；对从图像监控工作站得到的图像数据进行处理的图像控制处理设备；经图像控制处理设备处理后显示水闸监控画面、设备控制、系统参数、报表、报警记录、曲线、设置和帮助的大屏幕投影系统；对设备运行参数、报表、报警信息记录进行打印的网络打印机；对过往船只进行诱导和发布各种信息的LED显示屏；监测设置在各火灾探测器场所的火灾信号，并对声光报警实施自动联动控制的火灾报警控制系统，现地控制层包括控制闸门启闭的液压设备LCU1、公共设备LCU2、防撞设备LCU3和LCU4，现地控制层可以自动控制，也可以通过计算机工作站的人机接口设备对现地LCU进行通讯。
2.如权利要求1所述的水下卧倒式闸门自动控制系统，所述操作员工作站由人机接口 设备控制，由计算机工作站按预先给定的条件通过间站现地IXU发出指令执行，实现闸站 自动监控，对间门的控制是通过液压控制LCUl实现的，对公共设备清淤现地控制、排水现 地控制电力测量和交通信号的控制是通过公共控制LCU2实现的，对防撞设备的控制是通 过防撞设备控制IXU3和IXU4实现的。
3.如权利要求1所述的水下卧倒式闸门自动控制系统，所述计算机工作站在工作时， 操作人员需输入口令，当相应闸站设备处于计算机监控状态时，对不是由操作员工作站发 出的命令的操作给以声响报警和闪光位置指示，直到操作员了解清楚并人为恢复为止。
4.如权利要求1所述的水下卧倒式闸门自动控制系统，所述现地IXU设有“现地-远 方”位置的切换开关，当切换开关在“远方”位置时，闸站设备受控于主控层；当切换开关在 “现地”位置时，闸站设备由现地控制单元自动控制。
5.如权利要求1所述的水下卧倒式闸门自动控制系统，所述液压控制LCUl包括对闸门 的开闸关闸自动控制、油缸行程自动控制，液压启闭机同步纠偏控制。
6.如权利要求1所述的水下卧倒式闸门自动控制系统，所述火灾报警控制采用RS-232 通信方式，当一个报警状态输入发生变化，或一个模拟量输入大于幅值或上升率极限时，计 算机监控画面自动推出其报警画面和语音提示，当火灾发生时，图像监控画面自动切换到 火灾发生现场，当操作人员确认所有状态变化和报警状态变化已被清除时，报警报告撤销。
7.如权利要求1所述的水下卧倒式闸门自动控制系统，所述水下卧倒式闸门自动控制 系统采用TCP/IP通信协议。
8.如权利要求1所述的水下卧倒式闸门自动控制系统，所述电源为在线式UPS不停电 电源，冗余配置。全文摘要
本发明公开了一种水下卧倒式闸门自动控制系统，包括主控层和现地控制层，针对水下卧倒式闸门的工作特点，纠偏控制达到最佳效果，有清淤设备和独特的防撞系统，使河口水闸的防洪、挡潮、景观和交通作用顺利进行。
文档编号G08B25/00GK101887254SQ20091005116
公开日2010年11月17日 申请日期2009年5月14日 优先权日2009年5月14日
发明者徐晶, 水静, 江志敏, 金峰 申请人:上海上自电气控制有限公司