一种输水渠道远程自动化控制系统技术方案

本发明专利技术涉及一种输水渠道远程自动化控制系统。所述系统，包括：一条长距离自流形输水明渠，明渠设置有多个闸门，各级闸门上游附近设有分水口，闸门启闭机构与闸门各自的控制单元连接，控制单元通过使用ＴＣＰ／ＩＰ协议的明渠数据传输网络连接；控制单元包括：水位传感器、流量传感器、开度传感器，各传感器依次与低通滤波器、Ａ／Ｄ转换器、数据采集器、ＰＬＣ连接，ＰＬＣ与闸门启闭机构连接；ＰＬＣ与明渠数据通讯网络连接。本发明专利技术用明渠数据传输网络将各控制器连接为一个整体，实现了长距离的远距离输水渠道的整体控制。由于通过ＴＣＰ／ＩＰ协议，使网络传输标准化，降低了成本。由于采用“水位平均值”，可以精确的测量水位，使输水渠道控制平稳精确。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种输水渠道远程自动化控制系统，一种应用于水工设施的自动控制 系统和方法，是一种对输水渠道进行自动化控制的系统和方法。
技术介绍
输水渠道远程自动化装置的目的是为了优化输水管理，满足用户按计划或随机取 水的要求。传统的渠道输水管理方法对于按需供水方式工作的输水渠道的管理很难实现平 稳供水。现在，由于水资源的短缺，渠道自动化由于可以节约用水和减少弃水而变得日益重 要，因此输水渠道远程自动化控制系统成为实现渠道自动化输水的关键环节。公知的渠道输水自动控制系统的数据测试和闸门动作的控制都是通过普通电缆 和数据采集卡或RS486总线来采集数据。这种方式的传输距离有限，例如采集卡的数据传 输距离一般不超过20米，而RS485总线的传输距离也仅仅是1千米左右。对于长距离输水 工程一两千米的数据传输距离是无法满足需要的，因为类似南水北调工程这样大型渠道输 水工程的一个渠池的距离远远大于1千米。西班牙里斯本技术大学研究的渠道模型自动化 控制装置，构建了一个PLC (可编程逻辑控制)网络，主PLC和子PLC之间通过RS485总线， MODBUS协议进行连接，这种组网模式使得控制数据的传输距离受到了限制，RS485的最长 传输距离是1200米。在实际输水渠道中，一个控制渠池的长度在很多情况下是几公里到几 十公里，远远大于RS485总线的最大传输距离。西班牙加泰罗尼亚理工学院研究的渠道模 型自动化控制装置，基于并行水槽，使得闸门控制装置距离PC上位机的距离大大缩短，所 以也没有涉及远程控制的问题。国际上类似我国南水北调工程这样远距离明渠输水的工程 没有先例。如果使用现有的短距离通讯方式，简单的增加线缆的长度和增设放大中继站虽 然也可以解决问题，但经济成本是无法接受的。如何用最低成本，实现数百公里甚至上千公 里明渠自动化控制所需要的数据通信成为瓶颈。所以，采取一种经济、有效的长距离明渠自 动控制的数据信号传输方式，使传输的明渠自动控制数据信号不会受到空间传输距离的限 制是一个必须解决的问题。
技术实现思路
为了克服现有技术的问题，本专利技术提出了一种输水渠道远程自动化控制系统，所 述的系统使用计算机网络传输数据，所述的计算机网络使用光纤通讯，使传输的距离大大 增加，实现了低成本的数百公里甚至上千公里明渠数据传输和自动控制。本专利技术的目的是这样实现的一种输水渠道远程自动化控制系统，包括一条长 距离自流形输水明渠，所述的明渠设置有多个将明渠分割为多段的各级闸门，所述的各级 闸门上游附近设有分水口，所述的各级闸门的闸门启闭机构与各个闸门各自的控制单元连 接，所述的各个闸门的控制单元通过使用TCP/IP协议的明渠数据传输网络连接；所述的控 制单元包括测量该控制单元所控制的间门上游附近水位的水位传感器、测量该控制单元 所控制闸门的流量的流量传感器、测量该控制单元所控制的闸门开度的闸门开度传感器，所述的水位传感器、流量传感器、间门开度传感器与低通滤波器连接，所述的低通滤波器与 A/D转换器连接，所述的A/D转换器与数据采集器连接，所述的数据采集器通过485数据线 与PLC连接，所述的PLC与闸门启闭机构连接；所述的PLC带有C0M5网络通讯模块，所述的 C0M5网络通讯模块与所述明渠数据通讯网络连接。一种使用上述系统的输水渠道远程自动化控制方法，所述方法的步骤如下 测量的步骤用于各级闸门的水位传感器、流量传感器、开度传感器将反映本级闸门的水位、流量、开度的物理量转换为4 20mA的标准电信号；滤波和转换的步骤用于将所述标准电信号经滤波后由A/D转换器转换为数字信号； 采集和传输的步骤用于将数字信号按时间步长采集时间点的参数数据，并按照 MODBUS通讯协议，通过485数据线将数据传输至PLC ；计算水位的步骤用于PLC将接收的数据进行分解，将其中的水位参数进行与以前采 集的水位累计值与采集间隔时间的比值进行比较，得到当前水位的平均值，同时PLC通过 C0M5通讯模块连接的明渠数据传输网络，按照TCP/IP通讯协议向其他各级闸门的控制单 元传输本级间门控制单元采集的数据；判断的步骤用于通过明渠数据传输网络获取上、下游闸门水位参数计算本级闸门的 水位设定值，将当前水位平均值与设定水位值比较，判断是否超出允许范围，如果没有超出 允许范围则回到“采集和传输的步骤”，如果超出允许范围则进入下一步骤；计算间门开度的步骤用于当前水位平均值与设定水位值进行比例积分，计算得到本 级闸门的调节量；调节闸门的步骤用于根据本级闸门的当前位置参数，按照调节量通过闸门启闭机构 对闸门进行调节，并回到“采集和传输的步骤”。本专利技术产生的有益效果是本专利技术采用的明渠数据传输网络将级闸门的控制器连 接为一个整体，实现了长距离的远距离输水渠道的整体控制。由于通过TCP/IP协议，使网 络传输标准化，简化了结构，降低了成本。由于采用“水位参数进行与以前采集的水位累计 值与采集间隔时间的比值进行比较，得到当前水位的平均值”，可以精确的测量水位，使输 水渠道控制平稳精确。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。图1是本专利技术的实施例一所述系统的结构原理示意图； 图2是本专利技术的实施例一、二所述系统连接示意图3是本专利技术的实施例一所述控制单元原理示意图； 图4是本专利技术的实施例四所述方法的流程图。具体实施例方式实施例一本实施例是一种输水渠道远程自动化控制系统，如图1所示。本实施例包括一条长距 离自流形输水明渠1，明渠设置有多个将明渠分割为多段的各级闸门4，各级闸门上游附近 设有分水口 2，各级闸门各自的闸门启闭机构8与各个闸门各自的控制单元7连接，各个闸门的控制单元通过明渠数据传输网络9连接。 本实施例所述的长距离自流形输水明渠，是一种利用重力使水由高水位向低水位 自然流动的供水明渠，水流除重力外不受其他的压力。明渠由多个闸门分为多段。将明渠用 闸门分为多段的目的在于分水或补水，即通过在该段明渠中设立分水口，将明渠中一部分 水分出他用，或从其他地方向明渠中补充水。分水口通常设置在一个闸门的上游附近。明渠 中的各个闸门的启闭机构可以是通常的由电动机带动丝杠传递上下位移动作的闸门，也可 以是其他形式的闸门。每一个闸门都有自己的控制单元。例如一段明渠有十个闸门，则配 备十个控制单元，十个控制单元通过明渠数据传输网络连接在一起，进行互相的数据通信。明渠数据传输网络可以看作是一个特殊的局域网，有其特殊性。一般的局域网在 物理地域上范围不大，各个节点之间的距离有限，相对于广域网而言节点的数量较少。而本 实施例所述的明渠数据传输网络在节点数量上与普通局域网相同，节点数量较少，但在物 理地域上却十分的广大，节点之间距离少则几千米，多则十几千米，整个网络绵延数百千米 甚至上千千米。对于这样的特殊的网络，可以有多种连接方式。可以采用简单的星形网，即 所有的作为闸门的节点都连接在一个中心服务器上，进行集中数据采集、存储、分析，并集 中发出控制指令。这种连接方法的优点是任何一个节点损坏对其他节点没有任何影响， 并且十分容易诊断。但缺点也是明显的，由于节点之间的距离巨大，渠道的距离更加巨大， 需要大量的网线连接各个节点与中心服务器，经济上完全不划算。由于单个闸门控制只是 与上下游的闸门相关因本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种输水渠道远程自动化控制系统，包括：一条长距离自流形输水明渠，所述的明渠设置有多个将明渠分割为多段的各级闸门，所述的各级闸门上游附近设有分水口，所述的各级闸门的闸门启闭机构与各个闸门各自的控制单元连接，其特征在于，所述的各个闸门的控制单元通过明渠数据传输网络连接；所述的控制单元包括：测量该控制单元所控制的闸门上游附近水位的水位传感器、测量该控制单元所控制闸门的流量的流量传感器、测量该控制单元所控制的闸门开度的闸门开度传感器，所述的水位传感器、流量传感器、闸门开度传感器与低通滤波器连接，所述的低通滤波器与Ａ／Ｄ转换器连接，所述的Ａ／Ｄ转换器与数据采集器连接，所述的数据采集器通过４８５数据线与ＰＬＣ连接，所述的ＰＬＣ与闸门启闭机构连接；所述的ＰＬＣ带有ＣＯＭ５网络通讯模块，所述的ＣＯＭ５网络通讯模块与所述明渠数据通讯网络连接。

【技术特征摘要】
一种输水渠道远程自动化控制系统，包括一条长距离自流形输水明渠，所述的明渠设置有多个将明渠分割为多段的各级闸门，所述的各级闸门上游附近设有分水口，所述的各级闸门的闸门启闭机构与各个闸门各自的控制单元连接，其特征在于，所述的各个闸门的控制单元通过明渠数据传输网络连接；所述的控制单元包括测量该控制单元所控制的闸门上游附近水位的水位传感器、测量该控制单元所控制闸门的流量的流量传感器、测量该控制单元所控制的闸门开度的闸门开度传感器，所述的水位传感器、流量传感器、闸门开度传感器与低通滤波器连接，所述的低通滤波器与A/D转换器连接，所述的A/D转换器与数据采集器连接，所述的数据采集器通过485数据线与PLC连接，所述的PLC与闸门启闭机构连接；所述的PLC带有COM5网络通讯模块，所述的COM5网络通讯模块与所述明渠数据通讯网络连接。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的明渠数据通讯网络包括3-5个控 制单元分别与一个路由器连接，形成星形连接的子网，所述的子网与总线型网络的主网连 接；所述的主网连接至少与一个作为数据集中采集和控制中心的工控计算机。3.一种使用权利要求1所述系统的输水渠道远程自动化控制方法，所述方法的步骤如下测量的步骤用...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭晓晨，陈文学，刘之平，吴一红，崔巍，穆祥鹏，白音包力皋，王晓松，王秀英，王琦，许凤冉，陈兴茹，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]