本實用新型屬于灌區自動化管理技術領域，特別是涉及到一種灌區閘門遠程自動控制節水系統。

背景技術：

世界各國利用的農業節水措施可概括為工程節水、農藝節水、生物節水和管理節水等四大類。這些節水措施的應用大致分布在四個基本環節中：一是減少渠系管道輸水過程中的水量蒸發和滲漏損失，提高灌溉水的輸水效率；二是減少田間灌溉過程中水分的深層滲漏和地表流失，提高灌溉水的利用率，減少單位灌溉面積的用水量；三是蓄水保墑，減少農田土壤的水分蒸發損失，最大限度地利用天然降水和灌溉水資源；四是提高作物水分利用效率，減少作物的水分奢侈性蒸騰消耗，獲得較高的作物產量和用水效益。

我國灌區節水較發達國家差距較大，灌區節水改造還多限于發達國家已經完成的第一步，即解決輸水過程的滲漏等跑冒滴漏初級問題，在研究領域多限于解決信息管理系統建設和閘門控制技術應用，缺乏從整個灌區系統的角度研究節水技術并將其與閘門控制和信息化管理有機地融為一體。江蘇省淮安市洪金灌區管理處的孫健發表的洪金灌區自動化控制系統的開發與運用雖然提出了檢測和控制閘門，但并沒有量水設施，無法實現控制和流量測量的準確性；武漢理工大學的吳競發表的灌區閘門遠程控制系統設計雖然建立了數據庫，但無法對明渠和管道均進行自動控制；武漢理工大學計算機學院的劉樹波、徐占國等發表的陡山灌區渠首閘門自動控制與實現提出了閘門的遠程自動控制，但無法實現根據流量變化實時調控閘門。因此現有技術當中亟需要一種新型的技術方案來解決“渠道量水與閘門自動控制有機結合”“灌區各級閘門自動控制優化配水”“閘門遠程自動控制故障診斷和模糊控制”等問題。

技術實現要素：

本實用新型所要解決的技術問題是：提供一種灌區閘門遠程自動控制節水系統，全面解決目前灌區管理現代化、自動化水平低的問題，提高灌溉水利用率，既節約了寶貴的水資源，又為灌區的可持續發展起到了關鍵作用，有助于農業現代化程度的提高。

灌區閘門遠程自動控制節水系統，其特征是：包括監控中心、閘門現地控制單元、渠系、閘門以及量水槽；

所述監控中心包括主控制器和顯示單元，所述主控制器包括流量監測單元、故障分析單元、存儲單元、報警器以及優化配水單元；

所述閘門現地控制單元包括可編程控制器、閘門啟閉傳動機構、水位傳感器，所述水位傳感器與可編程控制器通信連接，可編程控制器的信號輸出端分別與閘門啟閉傳動機構和設置在監控中心內部的主控制器通信連接；所述閘門啟閉傳動機構與閘門連接；

所述渠系包括兩條渠道或兩條以上的渠道，且每條渠道的進水口均設置有閘門；渠道的內部均設置有量水槽，渠堤上均設置有水位測井；所述水位傳感器設置在水位測井內。

所述閘門啟閉傳動機構為渦輪絲杠升降機。

所述量水槽為機翼形量水槽或機翼柱形量水槽。

所述可編程控制器內部設置有模糊算法器和模糊判決器。

通過上述設計方案，本實用新型可以帶來如下有益效果：灌區閘門遠程自動控制節水系統，全面解決目前灌區管理現代化、自動化水平低的問題，提高灌溉水利用率，既節約了寶貴的水資源，又為灌區的可持續發展起到了關鍵作用，有助于農業現代化程度的提高。

利用動態神經網絡建立的非線性動態模型可較好的反映閘門控制過程的水力特性及其機械特性；采用先進的控制策略設計的自適應模糊控制器，能夠保證閘門控制系統的穩定性、可靠性及靈活性；采用故障自診斷專家系統，保證當系統各個環節出現的故障時自動急停、斷電，并在上位機發出報警信號，解決閘門遠程自動控制過程中可能出現的故障問題；采用模糊控制技術、Java和GPRS無線網絡技術、量水技術、支持向量機優化配水建模技術進行多學科領域技術集成創新，有效地實現了灌區閘門節水高精度遠程自控系統。

采用機翼柱形量水槽進行渠道流量水量監測，為閘門遠程自動控制調節提供準確依據，從而保證節水系統具有很高的節水效益和控制精度，可為灌區的優化配水提供可靠的閘門開度調度方案，在保證量水精度的前提下降低量水設施的投資，實用性強，操作簡單，適應性好。

監控中心可實時監視現地控制單元的閘門啟閉傳動機構動作狀態，當閘門啟閉傳動機構發生故障時，可發出報警信號，并進行故障分析，有利于系統運行保持通暢。

閘門啟閉傳動機構采用的渦輪絲杠升降機具有起升、下降及借助輔件推進、翻轉及各種高度位置的調整等功能，且結構緊湊、體積小。

附圖說明

以下結合附圖和具體實施方式對本實用新型作進一步的說明：

圖1為本實用新型灌區閘門遠程自動控制節水系統流程示意圖。

圖2為本實用新型灌區閘門遠程自動控制節水系統結構示意圖。

圖中1-監控中心、2-閘門現地控制單元、3-渠系、4-閘門、5-主控制器、6-顯示單元、7-水位測井、8-量水槽、9-可編程控制器、10-閘門啟閉傳動機構、11-水位傳感器、12-渠首水源、501-流量監測單元、502-故障分析單元、503-存儲單元、504-報警器、505-優化配水單元、901-模糊算法器、902-模糊判決器。

具體實施方式

灌區閘門遠程自動控制節水系統，如圖1和圖2所示，包括監控中心1、閘門現地控制單元2、渠系3、閘門4以及量水槽8；

所述監控中心1包括主控制器5和顯示單元6，所述主控制器5包括流量監測單元501、故障分析單元502、存儲單元503、報警器504以及優化配水單元505；

所述閘門現地控制單元2包括可編程控制器9、閘門啟閉傳動機構10、水位傳感器11，所述水位傳感器11與可編程控制器9通信連接，可編程控制器9的信號輸出端分別與閘門啟閉傳動機構10和設置在監控中心1內部的主控制器5通信連接；所述閘門啟閉傳動機構10與閘門4連接；

所述渠系3包含兩條或兩條以上的渠道，且每條渠道的進水口均設置有閘門4；渠道的內部均設置有量水槽8，渠堤上均設置有一個水位測井7；所述水位傳感器11設置在水位測井7內。

所述閘門啟閉傳動機構10為渦輪絲杠升降機。

所述量水槽8為機翼形量水槽或機翼柱形量水槽。

所述可編程控制器9內部設置有模糊算法器901和模糊判決器902。

所述優化配水單元505為支持向量機的優化配水模型，采用神經網絡算法，將原始數據均分為K組，其中K為自然數，將每個子集數據分別做一次驗證集，其余的K-1組子集數據作為訓練集，得到K個模型，取K個模型最終的驗證集的分類準確率的平均數為分類器的性能指標，選取參數。

整個灌區閘門遠程自動控制節水系統的監控中心1和設置在渠首水源12以及各個支渠閘門4節點上的若干個閘門現地控制單元2構成，監控中心1通過GPRS網絡回收整個灌區閘門處流量、水位和閘門開度能狀態信息，根據灌區需水量和作物生長特性實時動態分配各主、支渠配水量，通過GPRS網絡下達給閘門現地控制單元2。各閘門現地控制單元2接收到配水指令后，從指令信息中分離出配水量與持續配水時間等信息，通過調節閘門4開度，實現灌溉配水的自動化。

閘門現地控制單元2中的可編程控制器9為核心部件，實現閘門現地控制單元手、自動工況切換，同時對閘門現地控制單元各組成裝置進行狀態監控，并將閘門現地控制單元泄水量、閘門開啟時間、通過該閘門實時流量以及現地控制單元的各組成裝置的運行狀態通過GPRS網絡傳至監控中心1中。

通過與水位傳感器11間通信，能實時讀取安置在閘門4下游的量水槽8的水位數據，通過公式

式中：Q-渠道流量，m³/s；

H-量水槽上游水尺處渠道水深，m；

Bc-量水槽喉口寬度，m；

g-重力加速度，m/s²。

將水位數據折算為通過該閘門的流量數據，并根據時間累計水量。

完成模糊～PID調節運算，實時調整閘門開度，精細控制過閘流量。

通過本實用新型設計的灌區閘門遠程自動控制節水系統，閘門的控制精度在95％以上，且比較穩定，量水誤差可以控制在5％以內，全面解決目前灌區管理水平，提高灌區的灌溉水利用率，不僅節約了水量，更為灌區的現代化發展起到了關鍵作用，有助于社會整體可持續發展。