無線遙控系統在閘門啟閉系統中的設計與應用

李秉哲+鄭凱

摘 要：引黃水閘承擔著引退水的重任，閘門啟閉系統是水閘工程中重要的一部分，本文介紹了無線遙控系統在閘門啟閉系統中的設計、實現和應用。

關鍵詞：無線；遙控；啟閉機；系統

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

黃河是濟南市重要的水源，承擔著農業用水、居民生活用水、生態用水的供水任務，尤其是進入21世紀，黃河為保護泉城特色、改善生態環境、提升人民生活水平提供了巨大的資源保障，成為了濟南經濟社會發展的生命之水、重要基礎支撐。引黃水閘承擔著引黃供水的重任，閘門啟閉系統是水閘工程中重要的一部分，為了保證工程安全運行，降低勞動強度，同時提高工作效率，結合水利部和黃河水利委員會有關標準和規范，開發了應用于閘門啟閉系統中的無線遙控系統。

1 無線遙控系統研究背景

目前引黃閘門的啟閉升降，仍然延續80年代的啟閉方式，利用電源開關控制運行，即由工作人員手工控制開啟和降落開關，調節閘門的開啟高度和穩定閘后水流。在電源開關控制運行狀態上，設備簡陋、技術落后。尤其是調水調沙期間，大河水位不穩，為確保閘后水位平穩，需隨時調整啟閉高度，勞動強大非常大。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，才能進入閘室進行操作。而且對閘門的啟閉高度難以控制，每次閘門運行3個人用時40多分鐘4次調整才能完成達到要求的閘后流量和水深。水閘啟閉人工操作勞動強度大、工作效率低、一次啟閉多次調整等問題突出。

2 系統方案設計

無線遙控系統主要針對人工操作勞動強度大、工作效率低、一次啟閉多次調整等為研究對象而設計的。該系統設計采用無線遙控、閘門開度顯示、限位控制等技術，實現水閘啟閉控制遙控自動化。

該系統設計由無線遙控發射器、接收器和機電三部分組成。管理人員可手持無線遙控發射器，可根據需要按閘門升降鍵，信息將傳遞給閘室內的接收器；接收器按照遙控發射器發出的指令，通過控制電機運轉來控制閘門升降；機電部分是通過接收控制器傳遞的指令進行電機運轉控制，并通過安裝在電機一端的三個傳感器（NPN常開型，一個轉速傳感器和兩個轉向鑒別傳感器），測試出電機的轉向和傳動軸的轉數等信息傳遞給接收器，經過單片機（STC12LE5A16AD）推算出閘門升降高度信息發送給遙控器，遙控器顯示屏顯示閘門開度、運行狀態等；管理人員可根據情況進行閘門的升降調整，直到符合條件為止。系統還設置了閘門開高限位（可根據需要設定范圍），閘門開度達到限位時電機將自動斷電停止運轉。

3 系統的實現

系統主要有遙控器、無線接收器、控制柜3部分組成。

針對啟閉機升降存在的問題進行分析，尋找解決現場實際操作應用的方法和方式，經過反復的觀察、思考、研究，根據發射和接受裝置系統來控制原有配置的升降開關器、急停器的運行，解決了升降問題。

3.1 遙控裝置

遙控器上設有LED顯示器，發射功率為10kw，電壓為3v。電源鍵接通后，按下提升按鈕時，遙控器發出指令，接收器接通上升線路，經控制柜使電機運轉滾筒纏繞油絲繩上升，達到提升閘門的目的。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反轉，滾筒反向使油絲繩下滑，閘門下降。當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運行。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裝置，接收器接收到升降信號后即可啟動運行，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行的目的，從而增強了啟閉調節的安全性能。

3.2 接收器的實現

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、測閘門升降數據線二組（二啟閉機各一組，內含5根芯線：電源2根、轉子方向2根和轉速1根）、歸零鍵（關閉電源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，各啟閉機一組）。遙控器上實現閘門高度數據顯示器，分為上下兩組，各啟閉機一組。

3.3 閘門控制的實現

在啟閉機動力電機上安裝了三個測速傳感器，一個測量電機轉動圈數，另外兩個識別電機提升還是下降，將信息傳遞到接收器，根據電機轉動方向，計算高度，將高度信息發送到無線遙控器顯示。閘門高度增加限位裝置，當閘門達到限制高度時會自動停止運行，從而達到安全運行的目的。

通過多次測試和比對，計算出電機轉速和閘門升降高度的關系，即JZ242-8型電機轉一圈（轉），閘門升降高度為1.7mm，計算公式為：閘門升降高度=電機轉速×1.7mm。經過安裝在電機一端的轉速測試裝置（一個測速傳感器）和兩個轉向測試器，測試出電機的轉向和傳動軸的轉數，傳送到接收器，通過單片機（微電腦）進行給定的方位和轉速分辨和上升遞增或下落遞減的累計，計算出閘門現有升降的高度，將數據信息傳送給遙控器，供管理人員參考使用。

4 系統的應用

無線遙控系統采用無線遙控等技術，實現了水閘啟閉作業的遠程無線遙控和運行狀態的實時再現，結構簡單、操作方便，效率、精度高，客服了以往啟閉機閘門需要多人協同操作、反復調整、頻繁啟閉帶來的勞動強度大、工作效率低、設備磨損嚴重等問題。

（1）實現了閘門啟閉操作無線遠程控制。無線遙控閘門操作的實現，使原來的人工操作向數字化、現代化控制操作邁進了一大步，實現了新的突破。應用該系統調控水閘閘門啟閉，實現了200m范圍內（范圍可根據需要定制）調控閘門開度之目的，減少了人工，降低了勞動強度，縮短了啟閉時間，提高了工作效率。

（2） 實現了閘門運行狀態的實時再現。在啟閉機動力電機上安裝的三個NPN傳感器，通過將運行數據傳遞到接收器上，單片機計算出升降信息，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，實現了運行狀態的實時再現。同時，閘門啟閉高度限位區間的設置，提高了閘門運行的安全性。

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

5 結束語

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