水库远程自动控制计量闸门控制系统设计
面向灌区调水工程的远程自动计量闸门研究
第8 期
张从鹏 等： 面向灌区调水工程的远程自动计量闸门研究
173
2 水位 v0 / （ 2 g） ， 用 H 代替 H0 。 采用闸门进行测流时， 需根据不同流态采用不
m0 — — —流速系数 a— — —堰高， 闸门安装后 a 为一个确定值
［5 － 12 ］ ， 国内、 外学者对此开展了深入的研究 证 明在不同安装及流态条件下， 明渠闸门的流量计算
槡
(
)
2 M = 4 μ2 0e
ht － hc ht hc
闸下底孔出流时， φ 的取值范 式中， φ 为流速系数， 0. 95 ～ 1. 00 。 围为 堰流出流状态下的流量为
［4 ］ /2 Q = σm0 b 槡 2 gh3 a 3
2
2. 1
自动计量闸门设计
机械结构设计
（ 9） （ 10 ） （ 11 ）
控制系统总体方案远程自动计量分水闸门的控制系统硬件组成如所示主控模块采用armcortexm4系列的主控芯片包括数据采集接口无线通信接口电动机驱动接口限位开关接口lcd模块和数据存储模控制系统结构figcontrolsystemstructure测量系统设计根据明渠测流理论通过闸门计量流量至少要测量闸前水位h闸后水位所示水位传感器选用水压型水位传感器选用单圈14位分辨率的绝对值旋转编码器作为闸门开度传感器通过测量电动机的旋转位置实现对闸门开度的测量
2
h c = eε ε = 0. 615 9 － 0. 034 3 式中 e + 0. 192 3 H
（ 4）
— hc — —收缩断面水深 — F2 —收缩断面的佛氏数 rc — — —垂向收缩系数 ε— 闸孔自由出流状态的流量为
［4 ］
式中
钢铁制水闸门的自动化控制系统设计
钢铁制水闸门的自动化控制系统设计随着工业的发展和技术的进步，钢铁制水闸门在水利工程中的应用越来越广泛。
为了提高水闸门的操作和控制效率，保证水闸门的安全稳定运行，自动化控制系统的设计变得非常重要。
本文将从控制系统的整体设计、硬件选型、软件开发以及系统的优化等方面进行详细介绍。
一、控制系统的整体设计钢铁制水闸门的自动化控制系统设计需要考虑到实际工程的要求和现有技术的可行性。
首先，应根据闸门的尺寸、工作环境和操作要求确定控制系统的整体方案。
一般来说，控制系统可以分为三个层次：传感器和执行器层、控制层和监控层。
在传感器和执行器层，需要选择合适的传感器和执行器来实现对闸门位置、速度、力度等参数的测量和控制。
常用的传感器包括位移传感器、速度传感器和力传感器等，执行器则可以选择液压或电动驱动等。
在控制层，需要设计合适的控制算法和控制器来实现对闸门运动的控制。
控制算法可以分为位置控制、速度控制和力控制等。
控制器可以选择PLC（可编程逻辑控制器）或微控制器等。
在监控层，需要设计出人机界面和数据采集系统来实现对闸门状态和运行情况的监控。
人机界面可以选择触摸屏或键盘显示器等，数据采集系统可以选择数据采集卡或通信模块等。
二、硬件选型在硬件选型方面，需要根据实际工程的要求选择合适的设备和元件。
首先，需要根据传感器和执行器的种类和数量来选购合适的设备。
其次，需要根据控制算法的复杂度和计算要求来选购合适的控制器。
最后，需要根据监控系统的功能和通信要求来选购合适的人机界面和数据采集系统。
在硬件选型过程中，需要注意设备的可靠性和兼容性，以及供应商的信誉和售后服务等因素。
同时，还需要考虑设备的成本和功耗等因素，以保证整体控制系统的性价比和可持续发展。
三、软件开发钢铁制水闸门的自动化控制系统设计的软件开发需要包括控制算法的实现、界面设计和数据处理等方面。
在控制算法的实现方面，需要根据闸门的工作特点和控制要求来编写相应的程序。
根据需要，可以选择使用 ladder diagram（梯形图）、structured text（结构化文本）或 C/C++ 等编程语言来实现控制算法。
【课件】闸门自动控制系统ppt
12022/3/22
南河闸坝闸门控制系统示意图（现）
1号闸门的光 电编码器1和2
2号闸门的光 电编码器1和2
3号闸门的光 电编码器1和2
4号闸门的光 电编码器1和2
左右
1号闸门开度 上下下 限 限 滑 24V
3号闸门开度 智能控制仪
4号闸门开度 智能控制仪
开关电源1 开关电源2
机 柜
电机及抱刹 热继电器 接触器 接触器
空气开关
72022/3/22
紧急停止 控制方式选择 按钮指示灯
开关电源
光电编码器
逻 闸门开度仪
辑 图 A/D转换 PLC可编程控制器
水位计
DI AI DO 通讯 高压
中间继电器 上限位 下限位
380V
监控 中心 主机
485
通讯模块
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项目研制过程简述
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项目的实施内容及其实现
1. 现地控制单元 2. 上位机管理软件
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02022/3/22
现地控制单元
现地控制单元采用PLC完成对闸门的逻辑控制，PLC首先从闸门现有的参 数，如闸位、机械上/下限位、电子上/下限位、按钮输入、闸门是否有运行 机械故障报警等判断现有的工况，然后通过控制指令和逻辑运算使闸门完成 操作，在软件上考虑闸门上升、下降时的逻辑互锁和反向延时以防止闸、阀 的机械和电气冲击，上升、下降时左右的闸位高度是否达到纠偏要求，是否 超差等，所有这一切都通过PLC内的梯形图软件编程来实现。闸门测控仪根据 从安装在闸门两端的光电闸门开度传感器传来的闸位信号，判断闸门现在的 实际位置与状态，如是否已到指定位置、左右是否超偏、闸门上/下限位置、 是否正在运行等。然后，根据面板操作设定及按钮操作或监控中心闸门监控 计算机运行指示给PLC发出运行、到位、停止、自动纠偏和限位停车等指令。 PLC这些功能由硬件和程序软件来实现。所有PLC通过RS-485总线通讯接口与 监控中心闸门监控计算机构成一主多从结构的通讯系统，完成上位机发出的 采集和控制指令。监控中心计算机通过应用软件直接监控，监测闸、阀的状 态、并控制闸、阀到设定开度；现地控制柜中的测控仪和PLC直接控制闸阀， 并响应上位机的控制命令、采集命令，组成分布式系统，共同完成闸门的监 控。
基于PLC的水库闸门远程监控系统
０ 弓言 ｌ
置分别 如下 ：
主站 为 ＳＭ ＴＣ Ｓ ３ ０系列 Ｃ Ｕ３ ５— Ｄ 。 Ｉ Ａ Ｉ ７— ０ Ｐ １ ２ Ｐ
目前 国内现有水 库绝 大多数 长期 以来 停 留在 人工 现 场操 作状 态 ， 大多靠 人工 观 测 收 集数 据 、 告 运行 、 据 报 根 调度命 令进 行现 场操作 。因而数 据受人 为 因素影 响误 差 较大 ， 而且运 行 维护劳 动强度 大 。数握采 集周期 长 ， 以 难 全面 、 时地 了解 水库 闸 门工作 情 况 ， 适 水库 现状 已远 远 不 能满足 实 际要求 。
适 的范围 内闸 门才执行 开 启 和关闭 的动作 。闸 门要 上升 和下 降就必 须 判断 闸 门上 升 和 下 降 的预 备 条 件 （ ： 如 电
刘 俊 伟
（ 陕西理工 学院 ， 陕西 汉中 ７ ３０ ） ２ ０ ３
摘 要： 为了更好的提高水库 闸门的数字化水平 ， 实现对水库闸 门的远程监控 至关重要 ， 本文简要介绍 了水库闸门远程 监控 系统的 Ｐ Ｃ控制配置 ， Ｌ 重
点介绍 了系统软硬件没计方案。在 Ｐ Ｃ基础上 ， Ｌ 编制了水库 闸门控制程序 ， 实现 了水库闸门远程监控 目的。
图如 图 １所示 。
３ １ 库水位 检测 ．
水 位检 测要 求精 度较 高 ， 目前 常 用 精 度高 和稳 定性
好 的超声 波水 位计 或 浮子 式 水 位计 作 为检 测装 置 ， 是 但 超声 波水 位计 对 观测井 直 径 要 求要 足够 大 ， 温 度 影响 受 较大， 不适 合水 库野外 现 场条件 ， 以选用 浮子式 水 位计 所
闸门远程控制技术要求
闸门远程控制技术要求随着科技的不断发展，人们对于生活和工作的便利性提出了更高的要求。
在很多场景下，如水利工程、交通管理、工业生产等，闸门的远程控制技术成为一种必不可少的需求。
本文将从硬件、软件和通信方面介绍闸门远程控制技术的要求。
一、硬件要求闸门远程控制技术的硬件要求包括控制器、传感器和执行机构。
1. 控制器：控制器是实现闸门远程控制的核心设备，具备可靠的运行和通信能力。
它应具备高性能的处理器，稳定的工作温度范围，以及良好的防护等级，以应对各种恶劣环境。
2. 传感器：传感器用于收集与闸门运行相关的信息，如水位、液压、温度等数据。
传感器应具备高精度、高灵敏度和快速响应的特点，以确保远程控制的准确性和实时性。
3. 执行机构：执行机构是实现闸门开闭的设备，一般包括电动机、液压缸等。
执行机构应具备足够的承载能力、快速响应能力和可靠性，以确保远程控制的安全性和稳定性。
二、软件要求闸门远程控制技术的软件要求主要包括控制算法和监控系统。
1. 控制算法：控制算法是实现闸门远程控制的核心内容，它应采用先进的控制策略，如PID控制、模糊控制、遗传算法等，以确保闸门的准确控制和稳定运行。
2. 监控系统：监控系统是对闸门远程控制过程进行实时监测和管理的软件系统。
它应具备友好的用户界面、强大的数据处理能力和可靠的通信能力，以实现对闸门状态的实时监控、故障诊断和远程操作。
三、通信要求闸门远程控制技术的通信要求主要包括通信网络和通信协议。
1. 通信网络：通信网络是实现闸门远程控制的基础设施，可以采用有线网络或无线网络。
有线网络应具备高速、稳定和安全的特点，而无线网络则应具备广覆盖、抗干扰和高可靠性的特点，以满足不同环境下的通信需求。
2. 通信协议：通信协议是实现闸门远程控制的规范和约定，可以采用现有的标准协议，如TCP/IP、Modbus等，也可以根据具体需求设计专用协议。
通信协议应具备高效、可靠和安全的特点，以确保远程控制的稳定性和可靠性。
南盘江上游河道闸门远程控制系统设计
安装 ３ 道 ８ｍ × ５ ２ｍ 弧形钢闸门ꎬ ３ 台固定卷
水渠的闸门控制ꎬ 以分散控制与集中控制相结合ꎬ
型号为 ＪＺ２１￣ ６ꎬ 功率各为 ５ ５ｋＷ 的电动机ꎬ 总功
式ꎬ 将现场视频监控、 河道数据采集单元、 现场地
压器ꎻ
成水位、 流量、 视频监控数据、 闸控数据等ꎬ 在监
扬式启闭机ꎬ 启闭机型号无ꎬ 一机一闸ꎬ 配套 ３ 台
及辅助设备状态ꎬ 全面快速地掌握整个系统的运行
性ꎬ 对闸门系统的运行状态和现场设备的工作状态
工况ꎬ 以及操控闸门运行ꎬ 及时有效地做出决策ꎬ
进行实时监测ꎬ 在异常情况发生时能够及时处理ꎻ
指导现场工作ꎮ
２ ２ 必要性分析
作为重要的水利工程设施ꎬ 闸门系统在水资源
(２) 系统在硬件设计时留有一定的余地ꎬ 使系
了保证ꎬ 同时也提高了水闸现化化管理水平ꎬ 提高
村委会、 灌溉农田 ４ ５１ 万亩ꎮ 里程 ４２ ＋ ７６３ )
了水闸的工作效率ꎮ
恭家坝闸: 控制径流面积 １４７７ ３ｋｍ２ ꎬ 设计灌
１ 基本情况
溉面积 ２ ４１ 万亩ꎬ 设计标准为 ２０ 年一遇ꎬ Ｑ 设 ＝
根据 ＳＬ １７１—９６ « 堤 防 工 程 管 理 设 计 规 范» 、
收闸: 丰收闸控制迳流面积 １０１６ ８ｋｍ２ ꎬ 设计标准为
制系统已进入一个全新的时代ꎮ 采用新技术、 新设
２０ 年一遇ꎬ Ｑ 设 ＝ ２７１ｍ３ / ｓꎻ 校核标准为 ５０ 年一遇ꎬ
备对水利水闸设备进行现代化改造和智能化建设是
Ｑ 校 ＝ ３９１ｍ３ / ｓꎮ 工程规模为中型ꎬ 闸室为桥闸结合
历史发展的必须趋势ꎮ 水利现代化和智能化建设是
全、 稳定、 可靠为原则ꎬ 符合“ 无人值班ꎬ 少人值
社上水库工情、水情及闸门监控一体化系统设计
２ ０ ２ ） 江 西 省 安 福 县 社 上 水 库 管 理 局 安 福 １０ ９ （
３３０ ） ４ ２ ０
依 据有关 技术 规范对 社上水 库 １ 坝 、 变 形 、 流 及 环 境 量 等 工 情 监 测 项 目 、 情 遥 测 预 报 以及 闸 门 监 控 一 ２坝 渗 水
体 化 系 统 进 行 了 总体 设 计 和 系 统 、 测 仪 器 选 型 的 探 讨 ， 时 按 照 经 济 合 理 、 进 可 靠 的 原 则 设 计 了 水 库 工 情 监 测 、 监 同 先 水 情 预 报 及 闸 门 监 控 系 统 的 测 点 布 置 。最 后 ， 三 位 一 体 自动 化 系 统 预 期 目标 进 行 了 研 究 。 对 关 键 词 一 体 化 系 统 设 计 仪 器 选 型 工 情 中 图 分 类 号 ：Ｔ ２ ２ Ｖ ２． ２ 文 献 标 识 码 ：Ｂ 水情 闸门监控 文 章 编 号 ： １０ － ３ ８ ２ ０ ）５ ０ ２ — ４ ０ ４ ７ ２ （０ ２ ０ － ０ ４ ０
１ 坝 为 斜 心 墙 土 坝 ， 顶 高 程 １ ９０ ｍ ， 大 坝 坝 ７ ．０ 最
门控 制 于一 体 的 自动 化 系统 进 行研 究 设 计 。
１ 监 测 项 目和 测 点 布 置
根 据 有 关 规 范 的 设 计 原 则 ，通 过 对 国 内 数 十 窿 水 库 的工 情 、 情 或 闸 门 自动 化 系 统 的 调 查 分 析 ， 水 并
结 合 社 上 水 库 现 有 工 情 、水 情 监 测 设 施 及 工 程 的 实
际 情 况 ， 水 ຫໍສະໝຸດ 大 坝安 全 监 测 系统 、 情 预 报 系 统 和 对 水 闸 门 监 控 系 统 进 行 监 测 项 目和 测 点 布置 的设 计 ：
《闸门自动控制系统》课件
传感器
1 功能
传感器用于感知和监测闸门操作过程中的各种参数，如位置、速度、压力等。
2 常见类型
常见的传感器类型包括位置传感器、压力传感器和光电传感器等。
3 使用注意事项
在选择和安装传感器时需要考虑环境条件和性能要求，以确保准确可靠的数据采集。
控制模块
功能
控制模块用于接收传感器信号并 进行逻辑处理，控制闸门的运行 和停止。
自动控制系统的实现过程
1
控制过程简介
自动控制系统通过传感器、控制模块和执行机构等组件，实现对闸门的自动化控 制。
2
实现步骤
实现自动控制系统的步骤包括需求分析、系统设计、硬件和软件配置、系统调试 和运行等。
应用范围和前景
应用领域介绍 经济效益分析 技术发展前景展望
闸门自动控制系统广泛应用于水利工程、环境工 程和工业生产等领域。
常见类型
常见的控制模块包括可编程逻辑 控制器（PLC）和单片机控制器 等。
使用注意事项
在安装和编程控制模块时，需要 仔细阅读说明书并按照要求进行 操作。
执行机构
功能
执行机构用于实际控制和操作 闸门的打开、关闭和停止等动 作。
常见类型
常见的执行机构包括电机、液 压缸和气动执行器等。
使用注意事项
在选择和安装执行机构时需要 考虑闸门的大小、重量以及所 需动作的力量和速度等因素。
《闸门自动控制系统》PPT课 件
在这个PPT课件中，我们将介绍闸门自动控制系统的定义、系统组成部分，以 及传感器、控制模块、执行机构等关键组成部分。我们还会介绍实现过程、 应用范围和技术前景。
系统概述
闸门自动控制系统的定义
闸门自动控制系统是一种用于自动控制和管理闸门运行的系统。