本發(fā)明屬于信息與自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于智能一體化板閘的灌區(qū)智能控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的閘門僅為一閘門門體，部分閘門實(shí)現(xiàn)了信息化與自動(dòng)化的結(jié)合，但大部分閘體均需要附加閘前閘后水位監(jiān)測(cè)、閘門開度監(jiān)測(cè)、無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ埽╇姺爆崳y于維護(hù)、安裝困難。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題是：傳統(tǒng)的閘門存在供電繁瑣，難于維護(hù)，安裝困難。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于智能一體化板閘的灌區(qū)智能控制系統(tǒng)。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種基于智能一體化板閘的灌區(qū)智能控制系統(tǒng)，所述基于智能一體化板閘的灌區(qū)智能控制系統(tǒng)包括：

光電編碼器，與信號(hào)放大器連接，用于將閘門運(yùn)行時(shí)的輸出軸上機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)；

重量傳感器，與信號(hào)放大器連接，用于將閘門運(yùn)行時(shí)的質(zhì)量參數(shù)轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)；

水壓傳感器，與信號(hào)放大器連接，用于將閘門運(yùn)行時(shí)的水壓參數(shù)轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)；

信號(hào)放大器，用于將光電編碼器、重量傳感器、水壓傳感器的模擬信號(hào)放大；

模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，與信號(hào)放大器連接，用于將信號(hào)放大器輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并傳送至mcu微處理單元；

聲光報(bào)警系統(tǒng)，與mcu微處理單元連接，用于實(shí)現(xiàn)報(bào)警；

plc控制單元，與mcu微處理單元連接，用于接收來(lái)自mcu微處理單元的控制命令，并向閘門輸出控制信號(hào)；

gprs模塊，與mcu微處理單元連接，用于連接mcu微處理單元的數(shù)據(jù)輸出端，并將接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送給服務(wù)器；

服務(wù)器，與gprs模塊連接，用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)；

輸入控制模塊，與mcu微處理單元連接，連接mcu微處理單元的數(shù)據(jù)輸入端，將操作員輸入的指令發(fā)送至mcu微處理單元；

單機(jī)顯示界面模塊，連接主控芯片的數(shù)據(jù)輸出端，用于顯示塔吊的狀態(tài)信息；

mcu微處理單元，與mcu微處理單元連接，用于顯示對(duì)各個(gè)模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化分析處理以及參數(shù)的設(shè)定。

進(jìn)一步，電源模塊，通過(guò)電源線與光電編碼器、重量傳感器、水壓傳感器、信號(hào)放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、聲光報(bào)警系統(tǒng)、plc控制單元、gprs模塊、服務(wù)器、輸入控制模塊、單機(jī)顯示界面模塊、mcu微處理單元連接，用于為光電編碼器、重量傳感器、水壓傳感器、信號(hào)放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、聲光報(bào)警系統(tǒng)、plc控制單元、gprs模塊、服務(wù)器、輸入控制模塊、單機(jī)顯示界面模塊、mcu微處理單元提供穩(wěn)定的電源。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種基于智能一體化板閘的灌區(qū)智能控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：

重量信號(hào)和水壓信號(hào)將力的變化轉(zhuǎn)換為可采集的電信號(hào)傳送到mcu微處理單元，經(jīng)過(guò)信號(hào)放大器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換；

mcu微處理單元讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)并與輸入的安全參數(shù)進(jìn)行分析然后進(jìn)行處理；對(duì)于水壓的信號(hào)處理即水壓大于設(shè)定值時(shí)閘門無(wú)法提升，水壓會(huì)續(xù)釋放，當(dāng)水壓小于設(shè)定值時(shí)，閘門繼續(xù)提升；

對(duì)于重量數(shù)據(jù)的處理即載重量高于額定值時(shí)無(wú)法提升，在安全范圍內(nèi)能夠運(yùn)行，確保啟閉機(jī)不負(fù)荷運(yùn)行。

進(jìn)一步，所述控制方法包括上下限位的數(shù)據(jù)由光電編碼器來(lái)采集，光電編碼器用于大量程位移測(cè)量；光電編碼器的信號(hào)采集是一種脈沖信號(hào)，不同的高度對(duì)應(yīng)碼盤的不同位置；當(dāng)閘門提升高度大于上限值或者小于下限值時(shí)主機(jī)能夠發(fā)送指令停止閘門的繼續(xù)提升和下降，并且發(fā)送報(bào)警信號(hào)。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及積極效果為：采用太陽(yáng)能浮沖供電，資源分布廣泛，受地域限制條件小，可在任何地方快速安裝且無(wú)污染，且維護(hù)保養(yǎng)簡(jiǎn)單，維護(hù)費(fèi)用低。傳統(tǒng)閘門供電系統(tǒng)采用380v電，需向供電部門申請(qǐng)用電資格，鋪設(shè)相應(yīng)供電線路，費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、費(fèi)資，且后續(xù)耗能大；而本發(fā)明在12v電流驅(qū)動(dòng)下便能有效工作，耗電量極低。本發(fā)明增加了gprs、3g/4g遠(yuǎn)程監(jiān)控功能、短信報(bào)警功能、壓力檢測(cè)功能等；遠(yuǎn)程監(jiān)控采用無(wú)線接入gprs網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，為數(shù)據(jù)中心提供數(shù)據(jù)傳輸通信通道；傳輸模塊具有可靠的網(wǎng)絡(luò)連接，智能防掉線，支持在線檢測(cè)，在線維護(hù)，為數(shù)據(jù)中心提供準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的偵測(cè)數(shù)據(jù)。與現(xiàn)有的一體化板閘對(duì)比，其供電系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、測(cè)控系統(tǒng)均與閘體分離；而現(xiàn)有的一體化板閘將上述系統(tǒng)均融合為一體，閘門本身包含信息化與自動(dòng)化、一體化，能夠有效解決傳統(tǒng)方式難于維護(hù)、安裝困難等缺陷。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的基于智能一體化板閘的灌區(qū)智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的基于智能一體化板閘的灌區(qū)智能控制流程示意圖；

圖中：1、光電編碼器；2、重量傳感器；3、水壓傳感器；4、信號(hào)放大器；5、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊；6、聲光報(bào)警系統(tǒng)；7、plc控制單元；8、gprs模塊；9、服務(wù)器；10、輸入控制模塊；11、單機(jī)顯示界面模塊；12、mcu微處理單元；13、電源模塊。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明主要是基于對(duì)閘門高度上限和高度下限，啟閉機(jī)額定載重量和實(shí)際載重量，閘門承受的上水水壓以及下水水壓進(jìn)行檢測(cè)、報(bào)警和控制并實(shí)現(xiàn)了gprs遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的基于智能一體化板閘的灌區(qū)智能控制系統(tǒng)包括：光電編碼器1、重量傳感器2、水壓傳感器3、信號(hào)放大器4、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊5、聲光報(bào)警系統(tǒng)6、plc控制單元7、gprs模塊8、服務(wù)器9、輸入控制模塊10、單機(jī)顯示界面模塊11、mcu微處理單元12、電源模塊13。

光電編碼器1，與信號(hào)放大器連接，用于將閘門運(yùn)行時(shí)的輸出軸上機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)。

重量傳感器2，與信號(hào)放大器連接，用于將閘門運(yùn)行時(shí)的質(zhì)量參數(shù)轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)。

水壓傳感器3，與信號(hào)放大器連接，用于將閘門運(yùn)行時(shí)的水壓參數(shù)轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)。

信號(hào)放大器4，用于將光電編碼器1、重量傳感器2、水壓傳感器3的模擬信號(hào)放大。

模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊5，與信號(hào)放大器4連接，用于將信號(hào)放大器輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并傳送至mcu微處理單元12。

聲光報(bào)警系統(tǒng)6，與mcu微處理單元12連接，用于實(shí)現(xiàn)報(bào)警。

plc控制單元7，與mcu微處理單元12連接，用于接收來(lái)自mcu微處理單元12的控制命令，并向閘門輸出控制信號(hào)。

gprs模塊8，與mcu微處理單元12連接，用于連接mcu微處理單元12的數(shù)據(jù)輸出端，并將接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送給服務(wù)器9。

服務(wù)器9，與gprs模塊8連接，用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。

輸入控制模塊10，與mcu微處理單元12連接，連接mcu微處理單元12的數(shù)據(jù)輸入端，將操作員輸入的指令發(fā)送至mcu微處理單元12。

單機(jī)顯示界面模塊11，連接主控芯片的數(shù)據(jù)輸出端，用于顯示塔吊的狀態(tài)信息；

mcu微處理單元12，與mcu微處理單元12連接，用于顯示對(duì)各個(gè)模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化分析處理以及參數(shù)的設(shè)定。

電源模塊13，通過(guò)電源線與光電編碼器1、重量傳感器2、水壓傳感器3、信號(hào)放大器4、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊5、聲光報(bào)警系統(tǒng)6、plc控制單元7、gprs模塊8、服務(wù)器9、輸入控制模塊10、單機(jī)顯示界面模塊11、mcu微處理單元12連接，用于為光電編碼器1、重量傳感器2、水壓傳感器3、信號(hào)放大器4、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊5、聲光報(bào)警系統(tǒng)6、plc控制單元7、gprs模塊8、服務(wù)器9、輸入控制模塊10、單機(jī)顯示界面模塊11、mcu微處理單元12提供穩(wěn)定的電源。

數(shù)據(jù)傳輸模塊將采用工業(yè)級(jí)設(shè)計(jì)，金屬外殼，具有多重軟硬件看門狗設(shè)計(jì)。一個(gè)閘門群的各個(gè)單元能夠通過(guò)gprs功能實(shí)時(shí)將數(shù)據(jù)(重量、上下限、水壓)發(fā)送至后臺(tái)服務(wù)器，從而進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。在終端設(shè)備出現(xiàn)異常時(shí)，自動(dòng)發(fā)相關(guān)短信給維護(hù)人員。

該設(shè)計(jì)的閘門狀態(tài)信號(hào)采集主要是由重量傳感器——適用軸承座式傳感器以及高精度的光電編碼器和水壓傳感器三大部分組成。其中重量信號(hào)和水壓信號(hào)是一種將力的變化轉(zhuǎn)換為可采集的電信號(hào)傳送到mcu微處理單元，經(jīng)過(guò)信號(hào)放大器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換，mcu微處理單元讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)并與輸入的安全參數(shù)進(jìn)行分析然后進(jìn)行處理。對(duì)于水壓的信號(hào)處理即水壓大于設(shè)定值時(shí)閘門無(wú)法提升，水壓會(huì)續(xù)釋放，當(dāng)水壓小于設(shè)定值時(shí)，閘門能夠繼續(xù)提升。對(duì)于重量數(shù)據(jù)的處理即載重量高于額定值時(shí)無(wú)法提升，在安全范圍內(nèi)能夠運(yùn)行，確保啟閉機(jī)不負(fù)荷運(yùn)行，保證工作的安全。其上下限位的數(shù)據(jù)是由光電編碼器來(lái)采集，在本發(fā)明中將采用高精度的絕對(duì)型光電編碼器，用于大量程位移測(cè)量。由于光電編碼器的信號(hào)采集是一種脈沖信號(hào)，不同的高度對(duì)應(yīng)碼盤的不同位置，只需要用微電腦進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取，精度能夠達(dá)到1cm，斷電能夠記憶數(shù)據(jù)。當(dāng)閘門提升高度大于上限值或者小于下限值時(shí)主機(jī)能夠發(fā)送指令停止閘門的繼續(xù)提升和下降，并且發(fā)送報(bào)警信號(hào)。

本發(fā)明將渠道流量演算與各閘門前后水位、閘門的控制結(jié)合為一體，通過(guò)對(duì)灌區(qū)內(nèi)各個(gè)閘門的精確、有效控制來(lái)保證供水的穩(wěn)定性；建立按需供水、定水網(wǎng)絡(luò)化，用戶可根據(jù)當(dāng)前灌區(qū)情況，采用手機(jī)app或電腦客戶端提出用水計(jì)劃需求，自動(dòng)檢查用戶用水量是否合適，既渠道輸送系統(tǒng)是否有容量及調(diào)水限制，確定后才將需求信息發(fā)送到所需槽閘；同時(shí)系統(tǒng)可通過(guò)上游渠道容量、水源量來(lái)預(yù)計(jì)下游槽閘需求量，采用前饋控制上游槽閘，隨著實(shí)時(shí)流量和水位信息的調(diào)整，來(lái)維持下游所需水位。當(dāng)下游需水時(shí)，上游各個(gè)閘門調(diào)整到最佳狀態(tài)，保證精確計(jì)算水量，為灌區(qū)農(nóng)作物提供最佳需水量，達(dá)到減少渠道退水和水流失，提高水的利用率與節(jié)水目的。

同時(shí)系統(tǒng)具有防人為破壞功能，當(dāng)有人破壞信號(hào)通訊線路、采用繞線控制閘門盜用、采用強(qiáng)磁破壞控制、非法強(qiáng)力打開控制柜、水壓過(guò)大，不適應(yīng)打開閘門等時(shí)，本系統(tǒng)具有防盜、防破壞應(yīng)對(duì)功能，自動(dòng)鎖死閘體，從而無(wú)法進(jìn)行閘門控制操作，同時(shí)實(shí)時(shí)向集控中心報(bào)警，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的應(yīng)用原理作簡(jiǎn)單介紹：

(一)提出需求

本系統(tǒng)主要從用戶角度出發(fā)，用戶根據(jù)灌區(qū)實(shí)際需求，提出需水計(jì)劃，可指定需水量，指定需水時(shí)間，同時(shí)可發(fā)布未來(lái)需水計(jì)劃。

(二)需求判斷

系統(tǒng)中心在接收到用戶需求后，首先對(duì)用戶需求進(jìn)行審核，即已有水量是否滿足用戶需求以及渠道內(nèi)是否有其他用水限制，同時(shí)可根據(jù)限制對(duì)用戶提出的需求進(jìn)行再修改、再發(fā)布，確認(rèn)無(wú)誤后將需水信息發(fā)送至相應(yīng)控制槽閘。

(三)水量處理

隨著供水任務(wù)的執(zhí)行，下游渠道內(nèi)水面會(huì)持續(xù)下降，此時(shí)系統(tǒng)會(huì)結(jié)合上游渠道水量、灌區(qū)水源量，對(duì)上游閘門進(jìn)行控制放水，來(lái)保證下游渠道水位，從而保證下游灌溉任務(wù)的供水穩(wěn)定性。

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的應(yīng)用原理作進(jìn)一步的描述。

(一)閘門監(jiān)控技術(shù)

閘門監(jiān)控系統(tǒng)采用先進(jìn)、成熟的全開放、分層、全分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)配置、設(shè)備選型和應(yīng)用軟件均便于硬件和功能的擴(kuò)充，并適應(yīng)計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展迅速的特點(diǎn)，使系統(tǒng)性能達(dá)到先進(jìn)水平。同時(shí)確保軟件、硬件安全可靠，能夠長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行，如圖2所示。

(二)水位流量監(jiān)控

水位、流量監(jiān)測(cè)采用水位傳感器及帶計(jì)算功能的水位/流量監(jiān)測(cè)等儀器，通過(guò)對(duì)閘前、閘后水位采集、計(jì)算，轉(zhuǎn)換為瞬時(shí)流量。

(三)供水信息管理

(1供水信息發(fā)布

用戶可根據(jù)當(dāng)前灌區(qū)情況，提出用水計(jì)劃需求；管理員可根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，對(duì)所有計(jì)劃執(zhí)行操作，同時(shí)管理員擁有修改此計(jì)劃?rùn)?quán)限，對(duì)其用水計(jì)劃進(jìn)行合理修改。

(2)供水狀態(tài)監(jiān)視

有供水任務(wù)時(shí)，用戶可實(shí)時(shí)監(jiān)視閘門運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)用戶可根據(jù)實(shí)時(shí)供水情況，選擇立即關(guān)閉閘門，也可以延時(shí)關(guān)閉閘門。

(3)供水信息查詢

為用戶提供實(shí)時(shí)、歷史供水?dāng)?shù)據(jù)查詢功能，用戶可自定義時(shí)段、灌區(qū)查詢，并以圖表形式展示，能夠有效統(tǒng)計(jì)已完成或未完成供水情況。

本發(fā)明技術(shù)先進(jìn)，穩(wěn)定可靠，閘門定位精度高，避免了人為誤操作等可能造成的設(shè)備損壞，增強(qiáng)了系統(tǒng)運(yùn)行的安全性，可以保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠地運(yùn)行；實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。plc控制器在水閘啟閉系統(tǒng)中，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程中央計(jì)算機(jī)的監(jiān)控；采用的現(xiàn)場(chǎng)總線是國(guó)際通用的具有開放協(xié)議的現(xiàn)場(chǎng)總線和接口，同時(shí)各控制站均留有plc的i/o余量，以便于以后系統(tǒng)的改造和擴(kuò)展；基于一體化板閘的有效控制，從田間農(nóng)作物需水開始，用戶按需提出需水要求，也可制定未來(lái)的一個(gè)用水計(jì)劃，自動(dòng)根據(jù)既渠道輸送系統(tǒng)是否有容量及調(diào)水限制判斷用戶用水量是否合適，確定后才將需求信息發(fā)送到所需槽閘，達(dá)到逐級(jí)向上實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的按需供水；閘門開啟開始供水時(shí)，會(huì)引起渠道水位下降，上游閘門會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)、補(bǔ)充水量，直到達(dá)到設(shè)定值，來(lái)保證供水的穩(wěn)定性；具有防人為破壞功能，當(dāng)有人破壞信號(hào)通訊線路、采用繞線控制閘門盜用、采用強(qiáng)磁破壞控制、非法強(qiáng)力打開控制柜、水壓過(guò)大，不適應(yīng)打開閘門等時(shí)，本系統(tǒng)具有防盜、防破壞應(yīng)對(duì)功能，自動(dòng)鎖死閘體，從而無(wú)法進(jìn)行閘門控制操作，同時(shí)實(shí)時(shí)向集控中心報(bào)警。

本發(fā)明將渠道流量演算與各閘門前后水位、閘門的控制結(jié)合為一體，通過(guò)對(duì)灌區(qū)內(nèi)各個(gè)閘門的精確、有效控制來(lái)保證供水的穩(wěn)定性；建立按需供水、定水網(wǎng)絡(luò)化，用戶可根據(jù)當(dāng)前灌區(qū)情況，采用手機(jī)app或電腦客戶端提出用水計(jì)劃需求，自動(dòng)檢查用戶用水量是否合適，既渠道輸送系統(tǒng)是否有容量及調(diào)水限制，確定后才將需求信息發(fā)送到所需槽閘；同時(shí)系統(tǒng)可通過(guò)上游渠道容量、水源量來(lái)預(yù)計(jì)下游槽閘需求量，采用前饋控制上游槽閘，隨著實(shí)時(shí)流量和水位信息的調(diào)整，來(lái)維持下游所需水位。當(dāng)下游需水時(shí)，上游各個(gè)閘門調(diào)整到最佳狀態(tài)，保證精確計(jì)算水量，為灌區(qū)農(nóng)作物提供最佳需水量，達(dá)到減少渠道退水和水流失，提高水的利用率與節(jié)水目的。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。