一种闸门启闭机智能控制系统的制作方法

1.本发明属于自动化控制领域，涉及闸门启闭机智能控制技术，具体是一种闸门启闭机智能控制系统。


背景技术：

2.水闸是水利枢纽中常用的一种挡水兼泄水的水利工程建筑，依靠可以升降启闭的闸门控制水位、调节泄流量，从而达到挡水或者泄水的目的，其广泛应用于防洪、灌溉、排水、航运等水利工程中。
3.现有技术(公开号为cn110554655a的发明专利)公开了一种智能型液压防洪闸门及其控制系统，根据上游实际监测水位和下游排洪的实际监测水流对防洪闸门进行分级控制，实时调整防洪闸门的开启高度及状态。现有技术在闸门控制过程中，没有考虑到闸门的工作环境，且无法实现与周围环境的联动控制，导致闸门控制效率低下；因此，亟须一种闸门启闭机智能控制系统。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一；为此，本发明提出了一种闸门启闭机智能控制系统，用于解决现有技术在闸门控制过程中，没有考虑到闸门的工作环境，且无法实现与周围环境的联动控制，导致闸门控制效率低下的技术问题。
5.本发明通过云平台建立闸门分布图，对闸门分布图中目标区域的环境数据进行分析获取环境标签，将环境标签和水位数据结合生成智能调节策略，智能终端对智能调节策略核验之后，通过闸门控制器对驱动电机进行控制，实现闸门的智能控制，降低工作人员压力的同时提高了闸门的控制效率。
6.为实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种闸门启闭机智能控制系统，包括云平台，以及与之相连接的闸门控制器和智能终端，且所述闸门控制器与供电模块、驱动电机和采集传感器相连接；
7.云平台：根据监测区域的地理数据建立闸门分布图，获取所述闸门分布图中目标区域的环境数据，对所述环境数据进行分析生成环境标签；以及
8.将所述环境标签和水位数据相结合，生成智能调节策略，将所述智能调节策略发送至所述智能终端；
9.闸门控制器：与所述驱动电机一一对应连接；通过所述采集传感器实时采集闸门的所述水位数据，并上传至所述云平台；以及
10.结合所述智能调节策略和所述智能终端的控制指令对所述驱动电机进行控制，实现闸门的上升或者下降。
11.优选的，所述云平台分别与所述闸门控制器和所述智能终端通信和/或电气连接；其中，所述智能终端包括电脑和智能手机；
12.所述闸门控制器分别与所述驱动电机、所述供电模块、所述采集传感器通信和/或
电气连接；其中，所述采集传感器包括水位传感器和测距传感器。
13.优选的，所述供电模块包括常规供电单元和光伏供电单元；
14.所述常规供电单元通过变压器控制所述闸门控制器运行；
15.所述光伏供电单元包括太阳能电池板、太阳能控制器、电池组和逆变器，所述电池组通过所述逆变器与所述闸门控制器相连接。
16.优选的，所述光伏供电单元和所述常规供电单元协作运行，且所述光伏供电单元优先供电；
17.在所述光伏供电单元和所述常规供电单元中任意一个工作时，实时检测另外一个的状态，并及时反馈至智能终端。
18.优选的，通过所述云平台建立所述闸门分布图，并确定所述闸门分布图中所述目标区域对应的所述环境标签，包括：
19.确定所述监测区域，以及所述监测区域中若干所述闸门对应的所述地理数据；
20.根据若干所述地理数据建立所述闸门分布图；
21.根据所述闸门分布图中的若干闸门确定所述目标区域；其中，所述目标区域至少包括一个所述闸门；
22.对所述目标区域中的所述环境数据进行分析，生成并设置对应的所述环境标签。
23.优选的，为所述目标区域设置所述环境标签通过专家经验设定，或者通过环境评估模型设定；其中，所述环境评估模型基于人工智能模型建立。
24.优选的，所述闸门控制器实时或者定时收集所述采集传感器采集的水位数据，将所述水位数据打包上传至所述云平台，同时对所述水位数据进行临时存储；其中，所述水位数据包括闸门上游水位和闸门下游水位。
25.优选的，所述云平台将所述环境数据和所述水位数据相结合，确定所述智能调节策略，包括：
26.基于所述环境数据预测所述闸门在设定周期内的承水量；其中，所述设定周期包括六小时、二十四小时或者四十八小时；
27.将所述承水量和所述水位数据进行对比分析，确定所述智能调节策略；
28.将所述智能调节策略发送至所述智能终端。
29.优选的，将所述承水量和所述水位数据对比，获取所述智能调节策略，包括：
30.将所述承水量与所述闸门上游水位结合，确定设定周期内闸门的上游预测水位；
31.根据所述上游预测水位和所述闸门下游水位确定二者的水位差值；
32.根据所述水位差值获取所述智能调节策略；其中，所述智能调节策略包括闸门调节高度和闸门调节时限。
33.优选的，所述智能终端接收到所述智能调节策略之后，对所述智能调节策略进行核验调整，生成所述控制指令；
34.所述闸门控制器根据核验调整之后的所述智能调节策略和所述控制指令对所述驱动电机进行控制。
35.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
36.1、本发明对闸门分布图中目标区域的环境数据进行分析获取环境标签，将环境标签和水位数据结合生成智能调节策略，智能终端对智能调节策略核验之后，通过闸门控制
器对驱动电机进行控制，实现闸门的智能控制，降低工作人员压力的同时提高了闸门的控制效率。
37.2、本发明通过云平台建立闸门分布图，将闸门分布图中各闸门的相关数据及时展示在闸门分布图中，同时针对设定的预警情况进行及时预警，方便工作人员远程监控各闸门状态，减少了大量的巡视工作，提高了安全性。
附图说明
38.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
39.图1为本发明的工作步骤示意图。
具体实施方式
40.下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
41.现有技术(公开号为cn110554655a的发明专利)公开了一种智能型液压防洪闸门及其控制系统，根据上游实际监测水位和下游排洪的实际监测水流对防洪闸门进行分级控制，实时调整防洪闸门的开启高度及状态。现有技术在闸门控制过程中，没有考虑到闸门的工作环境，且无法实现与周围环境的联动控制，导致闸门控制效率低下。
42.现有技术无法准确判断恶劣天气对闸门的影响，且现有的小型水利网络较多，巡视人员和值班人员是一个庞大的组织，使得问题发现不及时以及不能及时上报，闸门的控制效率不高，导致灾害的发生。
43.本发明通过云平台建立闸门分布图，对闸门分布图中目标区域的环境数据进行分析获取环境标签，将环境标签和水位数据结合生成智能调节策略，智能终端对智能调节策略核验之后，通过闸门控制器对驱动电机进行控制，实现闸门的智能控制，降低工作人员压力的同时提高了闸门的控制效率。
44.请参阅图1，本技术第一方面实施例提供了一种闸门启闭机智能控制系统，包括云平台，以及与之相连接的闸门控制器和智能终端，且闸门控制器与供电模块、驱动电机和采集传感器相连接；
45.云平台：根据监测区域的地理数据建立闸门分布图，获取闸门分布图中目标区域的环境数据，对环境数据进行分析生成环境标签；以及将环境标签和水位数据相结合，生成智能调节策略，将智能调节策略发送至智能终端；
46.闸门控制器：与驱动电机一一对应连接；通过采集传感器实时采集闸门的水位数据，并上传至云平台；以及结合智能调节策略和智能终端的控制指令对驱动电机进行控制，实现闸门的上升或者下降。
47.本技术中主要包括云平台、闸门控制器和智能终端。云平台用于对水位数据和环
境数据进行处理，并生成智能调节策略，还用于智能终端和闸门控制器之间的数据交互。闸门控制器主要用于通过驱动电机控制闸门的上升或者下降，还用于采集闸门两侧的水位数据。智能终端则是工作人员对闸门进行监控的基础。
48.本技术中云平台分别与闸门控制器和智能终端通信和/或电气连接；闸门控制器分别与驱动电机、供电模块、采集传感器通信和/或电气连接。
49.智能终端包括电脑、智能手机等智能交互设备。采集传感器包括水位传感器、测距传感器等闸门控制必备传感器，测距传感器主要用于测量闸门的位置，在另外一些优选的实施例中，测距传感器可以用位移传感器代替。
50.本技术中的供电模块包括常规供电单元和光伏供电单元。常规供电单元通过变压器控制闸门控制器运行；光伏供电单元包括太阳能电池板、太阳能控制器、电池组和逆变器，电池组通过逆变器与闸门控制器相连接。
51.供电模块为闸门控制器以及其他有关设备进行供电。考虑到闸门的设置环境一般较为偏远，电力供应比较困难，因此采用常规供电单元和光伏供电单元相结合的方式进行供电。常规供电单元通过变压器等为电池组和闸门控制器提供电源；光伏供电单元则是利用太阳能为电池组进行充电，进而为闸门控制器进行供电。
52.光伏供电单元中，太阳能电池板通过太阳能控制器与电池组相连接，电池组再通过逆变器与闸门控制器相连接。
53.在一个优选的实施例中，光伏供电单元和常规供电单元协作运行，且光伏供电单元优先供电；在光伏供电单元和常规供电单元中任意一个工作时，实时检测另外一个的状态，并及时反馈至智能终端。
54.本实施例中光伏供电单元和常规供电单元共用一个电池组。光伏供电单元优先供电，当供电条件不足(光照不足、太阳能电池板故障等)时，则切换成常规供电单元供电。值得注意的是，在光伏供电单元供电过程中，要实时监测常规供电单元的状态，避免供电模块整体瘫痪。
55.在常规供电单元供电过程中，一旦光伏供电单元恢复供电能力，则切换至光伏供电单元进行供电。
56.本技术中通过云平台建立闸门分布图，并确定闸门分布图中目标区域对应的环境标签，包括：
57.确定监测区域，以及监测区域中若干闸门对应的地理数据；
58.根据若干地理数据建立闸门分布图；
59.根据闸门分布图中的若干闸门确定目标区域；
60.对目标区域中的环境数据进行分析，生成并设置对应的环境标签。
61.本技术中的监测区域是指需要对闸门进行智能控制的区域，该监测区域中至少包括一个闸门。可以理解的是，如果监测区域中仅有一个闸门，则该监测区域中只有一个目标区域。
62.获取监测区域中的若干闸门，以闸门为中心划定能够对该闸门上下游水量产生影响的区域，则划定的区域即为目标区域。可以理解的是，当两个闸门距离较近时，则可以将两个闸门划定在同一个目标区域中。
63.基于设定周期获取目标区域的环境数据。环境数据既包括目标区域本身的地理数
据，如海拔、植被、气候类型等，也包括目标区域设定周期内的气候数据，如温度、湿度、降水量等。
64.本技术可以通过专家对目标区域的环境数据进行分析，进而设置对应的环境标签；也可以将环境数据处理之后结合环境评估模型来获取对应的环境标签。
65.可以理解的是，环境评估模型基于标准训练数据和人工智能模型训练生成。标准训练数据通过实验室生成或者基于历史数据总结获取，包括环境数据以及对应的环境标签；人工智能模型包括深度卷积神经网络模型或者rbf神经网络模型。
66.本技术中闸门控制器实时或者定时收集采集传感器采集的水位数据，将水位数据打包上传至云平台，同时对水位数据进行临时存储；水位数据包括闸门上游水位和闸门下游水位。
67.在灾害频发季节需实时采集水位数据，在其他时候可以定时采集水位数据。收集到水位数据之后，打包发送至云平台，云平台则将水位数据进行转发，以便智能终端可以及时收到水位数据。可以理解的是，水位数据会临时存储在闸门控制器中，以免通讯故障造成水位数据的丢失。
68.在一个优选的实施例中，云平台将环境数据和水位数据相结合，确定智能调节策略，包括：
69.基于环境数据预测闸门在设定周期内的承水量；
70.将承水量和水位数据进行对比分析，确定智能调节策略；
71.将智能调节策略发送至智能终端。
72.本技术以及本实施例中的设定周期包括六小时、二十四小时或者四十八小时；根据设定周期内的环境数据来获取承水量，如：
73.目标区域未来六个小时的雨水总量为100，将海拔、气候类型等环境参数和历史经验结合起来，确定该目标区域的比例系数为α(0《α《1)，则目标区域中唯一的闸门(或者说水闸)的承水量为100α；如果目标区域中有两个闸门(或者说两个水闸)，根据历史经验确定各自的承水系数α1和α2(0《α1+α2《1)，则各自的承水量为100α1和100α2。
74.确定承水量后，将承水量和水位数据对比，获取智能调节策略，包括：
75.将承水量与闸门上游水位结合，确定设定周期内闸门的上游预测水位；
76.根据上游预测水位和闸门下游水位确定二者的水位差值；
77.根据水位差值获取智能调节策略。
78.本实施例将闸门上游水位和承水量结合，确定上游预测水位，与闸门下游水位进行比较，可以获取闸门上游和下游的水位差值，根据水位差值自动设置智能调节策略。
79.本实施例中智能调节策略包括闸门调节高度、闸门调节时限等，如需要在多长时间内将闸门调节至某一高度。可以理解的是，闸门调节实现是为了保证闸门调整效率，以及给下游提供准备时间，如在一个小时，匀速将闸门调高1米，在不耽误闸门工作的同时，可以为下游提供一个小时的缓冲时间。
80.当水位差值小于差值阈值时，则表示水位差值达不到闸门的预警值，不需要对闸门进行调节；当水位差值大于等于差值阈值时，则说明水位差值已经达到了闸门的预警值，需要对闸门进行调节。
81.本技术在智能调节策略生成之后，发送至智能终端，工作人员通过智能终端对智
能调节策略进行核验，核验没问题的话，发送控制指令至云平台，则闸门控制器根据控制指令和智能调节策略对闸门进行调节；如果在核验过程中，工作人员对智能调节策略进行了修改，则按照修改之后的智能调节策略对闸门进行调节，同时将修改前后的智能调节策略存储在云平台中，以备查验。
82.上述公式中的部分数据均是去除量纲取其数值计算，公式是由采集的大量数据经过软件模拟得到最接近真实情况的一个公式；公式中的预设参数和预设阈值由本领域的技术人员根据实际情况设定或者通过大量数据模拟获得。
83.本发明的工作原理：
84.闸门控制器通过采集传感器实时采集闸门的水位数据，并上传至云平台。
85.云平台获取闸门分布图中目标区域的环境数据，对环境数据进行分析生成环境标签。
86.云平台将环境标签和水位数据相结合，生成智能调节策略，将智能调节策略发送至智能终端。
87.智能终端在智能调节策略核验之后，生成控制指令；闸门控制器根据控制指令和智能调节策略控制驱动电机，完成闸门的升降控制。
88.以上实施例仅用以说明本发明的技术方法而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方法进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方法的精神和范围。