无线遥控系统在闸门启闭系统中的设计与应用

李秉哲+郑凯

摘 要：引黄水闸承担着引退水的重任，闸门启闭系统是水闸工程中重要的一部分，本文介绍了无线遥控系统在闸门启闭系统中的设计、实现和应用。

关键词：无线；遥控；启闭机；系统

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

黄河是济南市重要的水源，承担着农业用水、居民生活用水、生态用水的供水任务，尤其是进入21世纪，黄河为保护泉城特色、改善生态环境、提升人民生活水平提供了巨大的资源保障，成为了济南经济社会发展的生命之水、重要基础支撑。引黄水闸承担着引黄供水的重任，闸门启闭系统是水闸工程中重要的一部分，为了保证工程安全运行，降低劳动强度，同时提高工作效率，结合水利部和黄河水利委员会有关标准和规范，开发了应用于闸门启闭系统中的无线遥控系统。

1 无线遥控系统研究背景

目前引黄闸门的启闭升降，仍然延续80年代的启闭方式，利用电源开关控制运行，即由工作人员手工控制开启和降落开关，调节闸门的开启高度和稳定闸后水流。在电源开关控制运行状态上，设备简陋、技术落后。尤其是调水调沙期间，大河水位不稳，为确保闸后水位平稳，需随时调整启闭高度，劳动强大非常大。以杨庄闸为例，每提升一次闸门，管理人员都要走近百米的路途、上下坡32级台阶和打开三道门锁，才能进入闸室进行操作。而且对闸门的启闭高度难以控制，每次闸门运行3个人用时40多分钟4次调整才能完成达到要求的闸后流量和水深。水闸启闭人工操作劳动强度大、工作效率低、一次启闭多次调整等问题突出。

2 系统方案设计

无线遥控系统主要针对人工操作劳动强度大、工作效率低、一次启闭多次调整等为研究对象而设计的。该系统设计采用无线遥控、闸门开度显示、限位控制等技术，实现水闸启闭控制遥控自动化。

该系统设计由无线遥控发射器、接收器和机电三部分组成。管理人员可手持无线遥控发射器，可根据需要按闸门升降键，信息将传递给闸室内的接收器；接收器按照遥控发射器发出的指令，通过控制电机运转来控制闸门升降；机电部分是通过接收控制器传递的指令进行电机运转控制，并通过安装在电机一端的三个传感器（NPN常开型，一个转速传感器和两个转向鉴别传感器），测试出电机的转向和传动轴的转数等信息传递给接收器，经过单片机（STC12LE5A16AD）推算出闸门升降高度信息发送给遥控器，遥控器显示屏显示闸门开度、运行状态等；管理人员可根据情况进行闸门的升降调整，直到符合条件为止。系统还设置了闸门开高限位（可根据需要设定范围），闸门开度达到限位时电机将自动断电停止运转。

3 系统的实现

系统主要有遥控器、无线接收器、控制柜3部分组成。

针对启闭机升降存在的问题进行分析，寻找解决现场实际操作应用的方法和方式，经过反复的观察、思考、研究，根据发射和接受装置系统来控制原有配置的升降开关器、急停器的运行，解决了升降问题。

3.1 遥控装置

遥控器上设有LED显示器，发射功率为10kw，电压为3v。电源键接通后，按下提升按钮时，遥控器发出指令，接收器接通上升线路，经控制柜使电机运转滚筒缠绕油丝绳上升，达到提升闸门的目的。按遥控器下降按钮时，接收器就会按照指令接通下降线路，通过控制柜使启闭机反转，滚筒反向使油丝绳下滑，闸门下降。当管理人员松开按钮时，由于按钮连接急停键，就会自动停止启闭机运行。为防止按钮的失灵和误操作等因素，对遥控器电源安装了开关装置，接收器接收到升降信号后即可启动运行，升降连接线连接到配电急停按钮键，起到了断信号后即停止运行的目的，从而增强了启闭调节的安全性能。

3.2 接收器的实现

接收器里包括升降连接线、电源连接线和信号接收线。电源开关、测闸门升降数据线二组（二启闭机各一组，内含5根芯线：电源2根、转子方向2根和转速1根）、归零键（关闭电源30秒后，按此键送电2秒后送开，遥控器显示闸门高度为零）、急停连线（二组，各启闭机一组）。遥控器上实现闸门高度数据显示器，分为上下两组，各启闭机一组。

3.3 闸门控制的实现

在启闭机动力电机上安装了三个测速传感器，一个测量电机转动圈数，另外两个识别电机提升还是下降，将信息传递到接收器，根据电机转动方向，计算高度，将高度信息发送到无线遥控器显示。闸门高度增加限位装置，当闸门达到限制高度时会自动停止运行，从而达到安全运行的目的。

通过多次测试和比对，计算出电机转速和闸门升降高度的关系，即JZ242-8型电机转一圈（转），闸门升降高度为1.7mm，计算公式为：闸门升降高度=电机转速×1.7mm。经过安装在电机一端的转速测试装置（一个测速传感器）和两个转向测试器，测试出电机的转向和传动轴的转数，传送到接收器，通过单片机（微电脑）进行给定的方位和转速分辨和上升递增或下落递减的累计，计算出闸门现有升降的高度，将数据信息传送给遥控器，供管理人员参考使用。

4 系统的应用

无线遥控系统采用无线遥控等技术，实现了水闸启闭作业的远程无线遥控和运行状态的实时再现，结构简单、操作方便，效率、精度高，客服了以往启闭机闸门需要多人协同操作、反复调整、频繁启闭带来的劳动强度大、工作效率低、设备磨损严重等问题。

（1）实现了闸门启闭操作无线远程控制。无线遥控闸门操作的实现，使原来的人工操作向数字化、现代化控制操作迈进了一大步，实现了新的突破。应用该系统调控水闸闸门启闭，实现了200m范围内（范围可根据需要定制）调控闸门开度之目的，减少了人工，降低了劳动强度，缩短了启闭时间，提高了工作效率。

（2） 实现了闸门运行状态的实时再现。在启闭机动力电机上安装的三个NPN传感器，通过将运行数据传递到接收器上，单片机计算出升降信息，将信息反馈到无线遥控器上，遥控器接受信息并在其屏幕上显示，实现了运行状态的实时再现。同时，闸门启闭高度限位区间的设置，提高了闸门运行的安全性。

（3）减少了设备运行频率，延长了设备使用寿命。该系统可一次精准的操控闸门启闭高度，以达到控制闸门泄量的目的。大大减少了闸门启闭频率、次数，降低了运行设备的磨损率，延长了设备的使用寿命。

5 结束语

本系统已经在杨庄引黄水闸投入使用，具有功能全、实用性强、操作方便、效率高等特点，取得了良好效果，适用于在同类水闸中推广。