無線遙控系統(tǒng)在閘門啟閉系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

李秉哲+鄭凱

摘 要：引黃水閘承擔(dān)著引退水的重任，閘門啟閉系統(tǒng)是水閘工程中重要的一部分，本文介紹了無線遙控系統(tǒng)在閘門啟閉系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：無線；遙控；啟閉機(jī)；系統(tǒng)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.24.123

黃河是濟(jì)南市重要的水源，承擔(dān)著農(nóng)業(yè)用水、居民生活用水、生態(tài)用水的供水任務(wù)，尤其是進(jìn)入21世紀(jì)，黃河為保護(hù)泉城特色、改善生態(tài)環(huán)境、提升人民生活水平提供了巨大的資源保障，成為了濟(jì)南經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的生命之水、重要基礎(chǔ)支撐。引黃水閘承擔(dān)著引黃供水的重任，閘門啟閉系統(tǒng)是水閘工程中重要的一部分，為了保證工程安全運(yùn)行，降低勞動強(qiáng)度，同時提高工作效率，結(jié)合水利部和黃河水利委員會有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，開發(fā)了應(yīng)用于閘門啟閉系統(tǒng)中的無線遙控系統(tǒng)。

1 無線遙控系統(tǒng)研究背景

目前引黃閘門的啟閉升降，仍然延續(xù)80年代的啟閉方式，利用電源開關(guān)控制運(yùn)行，即由工作人員手工控制開啟和降落開關(guān)，調(diào)節(jié)閘門的開啟高度和穩(wěn)定閘后水流。在電源開關(guān)控制運(yùn)行狀態(tài)上，設(shè)備簡陋、技術(shù)落后。尤其是調(diào)水調(diào)沙期間，大河水位不穩(wěn)，為確保閘后水位平穩(wěn)，需隨時調(diào)整啟閉高度，勞動強(qiáng)大非常大。以楊莊閘為例，每提升一次閘門，管理人員都要走近百米的路途、上下坡32級臺階和打開三道門鎖，才能進(jìn)入閘室進(jìn)行操作。而且對閘門的啟閉高度難以控制，每次閘門運(yùn)行3個人用時40多分鐘4次調(diào)整才能完成達(dá)到要求的閘后流量和水深。水閘啟閉人工操作勞動強(qiáng)度大、工作效率低、一次啟閉多次調(diào)整等問題突出。

2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

無線遙控系統(tǒng)主要針對人工操作勞動強(qiáng)度大、工作效率低、一次啟閉多次調(diào)整等為研究對象而設(shè)計(jì)的。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用無線遙控、閘門開度顯示、限位控制等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)水閘啟閉控制遙控自動化。

該系統(tǒng)設(shè)計(jì)由無線遙控發(fā)射器、接收器和機(jī)電三部分組成。管理人員可手持無線遙控發(fā)射器，可根據(jù)需要按閘門升降鍵，信息將傳遞給閘室內(nèi)的接收器；接收器按照遙控發(fā)射器發(fā)出的指令，通過控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)來控制閘門升降；機(jī)電部分是通過接收控制器傳遞的指令進(jìn)行電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)控制，并通過安裝在電機(jī)一端的三個傳感器（NPN常開型，一個轉(zhuǎn)速傳感器和兩個轉(zhuǎn)向鑒別傳感器），測試出電機(jī)的轉(zhuǎn)向和傳動軸的轉(zhuǎn)數(shù)等信息傳遞給接收器，經(jīng)過單片機(jī)（STC12LE5A16AD）推算出閘門升降高度信息發(fā)送給遙控器，遙控器顯示屏顯示閘門開度、運(yùn)行狀態(tài)等；管理人員可根據(jù)情況進(jìn)行閘門的升降調(diào)整，直到符合條件為止。系統(tǒng)還設(shè)置了閘門開高限位（可根據(jù)需要設(shè)定范圍），閘門開度達(dá)到限位時電機(jī)將自動斷電停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

3 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)主要有遙控器、無線接收器、控制柜3部分組成。

針對啟閉機(jī)升降存在的問題進(jìn)行分析，尋找解決現(xiàn)場實(shí)際操作應(yīng)用的方法和方式，經(jīng)過反復(fù)的觀察、思考、研究，根據(jù)發(fā)射和接受裝置系統(tǒng)來控制原有配置的升降開關(guān)器、急停器的運(yùn)行，解決了升降問題。

3.1 遙控裝置

遙控器上設(shè)有LED顯示器，發(fā)射功率為10kw，電壓為3v。電源鍵接通后，按下提升按鈕時，遙控器發(fā)出指令，接收器接通上升線路，經(jīng)控制柜使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)滾筒纏繞油絲繩上升，達(dá)到提升閘門的目的。按遙控器下降按鈕時，接收器就會按照指令接通下降線路，通過控制柜使啟閉機(jī)反轉(zhuǎn)，滾筒反向使油絲繩下滑，閘門下降。當(dāng)管理人員松開按鈕時，由于按鈕連接急停鍵，就會自動停止啟閉機(jī)運(yùn)行。為防止按鈕的失靈和誤操作等因素，對遙控器電源安裝了開關(guān)裝置，接收器接收到升降信號后即可啟動運(yùn)行，升降連接線連接到配電急停按鈕鍵，起到了斷信號后即停止運(yùn)行的目的，從而增強(qiáng)了啟閉調(diào)節(jié)的安全性能。

3.2 接收器的實(shí)現(xiàn)

接收器里包括升降連接線、電源連接線和信號接收線。電源開關(guān)、測閘門升降數(shù)據(jù)線二組（二啟閉機(jī)各一組，內(nèi)含5根芯線：電源2根、轉(zhuǎn)子方向2根和轉(zhuǎn)速1根）、歸零鍵（關(guān)閉電源30秒后，按此鍵送電2秒后送開，遙控器顯示閘門高度為零）、急停連線（二組，各啟閉機(jī)一組）。遙控器上實(shí)現(xiàn)閘門高度數(shù)據(jù)顯示器，分為上下兩組，各啟閉機(jī)一組。

3.3 閘門控制的實(shí)現(xiàn)

在啟閉機(jī)動力電機(jī)上安裝了三個測速傳感器，一個測量電機(jī)轉(zhuǎn)動圈數(shù)，另外兩個識別電機(jī)提升還是下降，將信息傳遞到接收器，根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)動方向，計(jì)算高度，將高度信息發(fā)送到無線遙控器顯示。閘門高度增加限位裝置，當(dāng)閘門達(dá)到限制高度時會自動停止運(yùn)行，從而達(dá)到安全運(yùn)行的目的。

通過多次測試和比對，計(jì)算出電機(jī)轉(zhuǎn)速和閘門升降高度的關(guān)系，即JZ242-8型電機(jī)轉(zhuǎn)一圈（轉(zhuǎn)），閘門升降高度為1.7mm，計(jì)算公式為：閘門升降高度=電機(jī)轉(zhuǎn)速×1.7mm。經(jīng)過安裝在電機(jī)一端的轉(zhuǎn)速測試裝置（一個測速傳感器）和兩個轉(zhuǎn)向測試器，測試出電機(jī)的轉(zhuǎn)向和傳動軸的轉(zhuǎn)數(shù)，傳送到接收器，通過單片機(jī)（微電腦）進(jìn)行給定的方位和轉(zhuǎn)速分辨和上升遞增或下落遞減的累計(jì)，計(jì)算出閘門現(xiàn)有升降的高度，將數(shù)據(jù)信息傳送給遙控器，供管理人員參考使用。

4 系統(tǒng)的應(yīng)用

無線遙控系統(tǒng)采用無線遙控等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了水閘啟閉作業(yè)的遠(yuǎn)程無線遙控和運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時再現(xiàn)，結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，效率、精度高，客服了以往啟閉機(jī)閘門需要多人協(xié)同操作、反復(fù)調(diào)整、頻繁啟閉帶來的勞動強(qiáng)度大、工作效率低、設(shè)備磨損嚴(yán)重等問題。

（1）實(shí)現(xiàn)了閘門啟閉操作無線遠(yuǎn)程控制。無線遙控閘門操作的實(shí)現(xiàn)，使原來的人工操作向數(shù)字化、現(xiàn)代化控制操作邁進(jìn)了一大步，實(shí)現(xiàn)了新的突破。應(yīng)用該系統(tǒng)調(diào)控水閘閘門啟閉，實(shí)現(xiàn)了200m范圍內(nèi)（范圍可根據(jù)需要定制）調(diào)控閘門開度之目的，減少了人工，降低了勞動強(qiáng)度，縮短了啟閉時間，提高了工作效率。

（2） 實(shí)現(xiàn)了閘門運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時再現(xiàn)。在啟閉機(jī)動力電機(jī)上安裝的三個NPN傳感器，通過將運(yùn)行數(shù)據(jù)傳遞到接收器上，單片機(jī)計(jì)算出升降信息，將信息反饋到無線遙控器上，遙控器接受信息并在其屏幕上顯示，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時再現(xiàn)。同時，閘門啟閉高度限位區(qū)間的設(shè)置，提高了閘門運(yùn)行的安全性。

（3）減少了設(shè)備運(yùn)行頻率，延長了設(shè)備使用壽命。該系統(tǒng)可一次精準(zhǔn)的操控閘門啟閉高度，以達(dá)到控制閘門泄量的目的。大大減少了閘門啟閉頻率、次數(shù)，降低了運(yùn)行設(shè)備的磨損率，延長了設(shè)備的使用壽命。

5 結(jié)束語

本系統(tǒng)已經(jīng)在楊莊引黃水閘投入使用，具有功能全、實(shí)用性強(qiáng)、操作方便、效率高等特點(diǎn)，取得了良好效果，適用于在同類水閘中推廣。