一种闸门启闭用的快装式启闭机及其控制方法和系统与流程

本发明涉及闸门启闭，具体涉及一种闸门启闭用的快装式启闭机及其控制方法和系统。

背景技术：

1、闸门启闭机是水利灌溉、市政排水工程中的核心配套设备，主要用于控制螺杆式闸门的升降开合，实现水体截留、引流与配水作业，广泛应用于基层灌区、中小型水利设施，是保障农田轮灌、区域排水有序开展的关键装置；

2、目前基层灌区针对中小型螺杆闸门主要采用两种启闭作业模式，其一为一机一配固定式安装，将动力单元永久装配在单台启闭机上，设备购置与前期投入成本高，动力设备无法周转复用，且设备安装、移位均需要多名工作人员协同作业，人力消耗大，其二为纯手动操控启闭机，依靠人工完成闸门开合，作业效率低下，无法满足现代化灌区的灌溉管理需求；

3、现有启闭设备的控制方法与配套系统在使用时，固定式启闭机的控制系统多与单台动力单元深度绑定，控制硬件随设备固定布设，无法随可周转的动力单元复用，若要实现多闸口智能化管控需为每处闸口独立配置全套控制模块，进一步推高了建设与运维成本，传统控制方式多为简单的点位启停与人工开度调节，依赖运维人员现场经验判断过流状态，缺乏基于实时流量数据的闭环调节机制，配水精度差、水资源利用率低，难以满足精细化灌溉的配水要求；此外多数基层闸门缺少远程交互与集中管控能力，流量调整、闸门启停均需人员到场操作，管理响应速度慢，运维效率低，无法适配现代化灌区的管理需求；

4、因此需要提供一种闸门启闭用的快装式启闭机，该设备打破传统的一机一配的使用模式，实现动力组件一机多用，同时优化装配结构，可完成单人快速拆装，有效降低设备投入与人工成本，控制层面采用流量闭环调节方法，配套可随动力组件周转复用的控制系统，实现精准定流量配水与远程集中管控，有效降低设备投入与人工成本，提升灌区配水管理的精细化水平。

技术实现思路

1、针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了一种闸门启闭用的快装式启闭机及其控制方法和系统，能够有效地解决上述背景技术中的问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

3、本发明提供一种闸门启闭用的快装式启闭机控制方法，包括以下步骤：

4、s1、通过参数接收模块接收目标流量参数，作为闸门配水控制的设定基准；

5、s2、通过流量采集模块，按预设采样周期实时采集闸口下游的实际过闸流量数据；

6、s3、通过偏差运算模块，将目标流量参数与当前实际流量数据做差值运算，得到当前时刻的流量偏差；

7、s4、通过增量式pid调节模块结合当前流量偏差以及前两个采样时刻的历史流量偏差，计算动力电机的转速调节增量，再结合上一时刻动力电机的目标转速得到当前时刻的目标转速；

8、s5、通过驱动控制模块，根据流量偏差的方向确定动力电机的运转转向，将当前目标转速转化为对应占空比的pwm控制信号输出，驱动动力电机经传动机构带动升降闸门升降以调节过流开度，使实际流量逐步趋近目标流量，直至流量偏差收敛至预设允许偏差范围内；

9、s6、通过位置保护模块，实时获取升降闸门的当前位置信息，将其与预设的全开极限位置、全关极限位置分别比对，若检测到升降闸门到达任一极限位置，则生成停止信号，控制动力电机停止运转；

10、s7、通过通信交互模块，按预设通信周期向远程终端上传升降闸门运行状态数据，同时实时接收远程终端下发的控制指令，根据指令更新目标流量参数或执行升降闸门启停动作。

11、本发明提供一种闸门启闭用的快装式启闭机控制系统，用于实现权利要求1所述的闸门启闭用的快装式启闭机控制方法，包括参数接收模块、流量采集模块、偏差运算模块、增量式pid调节模块、驱动控制模块、位置保护模块、通信交互模块和主控单元，各功能模块均与主控单元电连接：

12、参数接收模块，用于接收固定闸口的流量参数并传输至主控单元；

13、流量采集模块，用于按预设采样周期采集固定闸口下游的实际过闸流量数据并回传至主控单元；

14、偏差运算模块，集成于主控单元内部，用于将目标流量参数与当前实际流量数据做差值运算，输出当前时刻的流量偏差，运算公式为：

15、

16、式中，为第个采样时刻的流量偏差，为目标流量参数，为第个采样时刻的实际过闸流量；增量式pid调节模块，集成于主控单元内部，用于结合当前流量偏差与历史流量偏差计算动力电机的转速调节增量，叠加得到当前时刻的电机目标转速，转速调节增量公式为：

17、

18、目标转速公式为：

19、

20、式中，为第个时刻动力电机的转速调节增量，为比例调节系数，为积分调节系数，为微分调节系数，、分别为第、个采样时刻的历史流量偏差，为第个时刻的电机目标转速，为第个时刻的电机目标转速；

21、驱动控制模块用于接收主控单元的控制指令，根据流量偏差方向确定动力电机转向，将目标转速转化为对应占空比的pwm信号输出，驱动动力电机经闸口升降组件带动升降闸门升降调节过流开度；

22、位置保护模块，用于实时采集升降闸门的当前位置信息并上传主控单元，由主控单元比对位置与极限位置后生成停机保护指令；

23、通信交互模块，用于向远程终端上传运行状态数据，并接收远程终端下发的控制指令传输至主控单元；

24、供电模块，与主控单元及所有功能模块电连接，用于为整套系统提供稳定工作电力。

25、本发明提供一种闸门启闭用的快装式启闭机，其特征在于，包括固定闸口、启闭控制组件、闸口升降组件、支撑组件、活动组件、动力组件和插接组件；其中，

26、所述固定闸口用于截断水流进行蓄水；

27、所述启闭控制组件固定安装在固定闸口上表面，所述启闭控制组件接收所述动力组件的动力从而驱动所述闸口升降组件进行升降；

28、所述闸口升降组件活动安装在固定闸口内侧，所述闸口升降组件通过升降来操控所述固定闸口的蓄水量；

29、所述支撑组件固定安装在固定闸口上表面，所述支撑组件对动力组件提供支撑;

30、所述活动组件活动安装在支撑组件上表面，所述活动组件通过和支撑组件挤压产生弹力进行存储，当工作人员进行启闭控制组件上动力组件的拆除时，活动组件释放弹力将动力组件向远离启闭控制组件的方向推动；

31、所述插接组件和启闭控制组件抵接时能够自主旋转调整连接角度，使工作人员无需精确对齐即可将动力组件和启闭控制组件连接。

32、还包括，所述固定闸口包括固定约束块、支撑连接柱、分隔固定墙、分隔连接柱、横向安装板和隔水挡板，所述固定约束块上表面固定安装有支撑连接柱，所述分隔固定墙设置在两个固定约束块之间，所述分隔固定墙上表面固定设有分隔连接柱，所述支撑连接柱和分隔连接柱上表面固定设有横向安装板，所述支撑连接柱和分隔连接柱之间固定设有隔水挡板。

33、还包括，所述启闭控制组件包括启闭机壳体、固定安装座、传动固定槽、动力输入口、从动伞齿轮、转动伞齿轮、转动连接杆和转动限位块，所述启闭机壳体一端固定设有固定安装座，所述固定安装座下表面和横向安装板上表面固定连接，所述启闭机壳体侧面固定设有动力输入口，所述启闭机壳体内侧开设传动固定槽。

34、还包括，所述传动固定槽内侧活动设有从动伞齿轮和转动伞齿轮，所述从动伞齿轮和转动伞齿轮啮合连接，所述从动伞齿轮内侧开设内螺纹，所述转动伞齿轮上固定设有转动连接杆，所述转动连接杆远离转动伞齿轮的一端固定设有转动限位块，所述转动限位块活动设于动力输入口内侧。

35、还包括，所述闸口升降组件包括升降闸门、闸门连接板、柱状连接器、升降固定柱和升降螺杆，所述升降螺杆通过螺纹啮合安装在从动伞齿轮内侧，所述升降螺杆下表面固定设有升降固定柱，所述固定约束块和分隔固定墙之间活动设有升降闸门，所述升降闸门上表面固定设有闸门连接板，所述闸门连接板上表面固定设有柱状连接器，所述升降固定柱固定插接在柱状连接器内侧，所述闸门连接板一侧和隔水挡板相贴合。

36、还包括，所述支撑组件包括横向支撑板、限位支撑板、导向插接槽、复位约束槽、导向套筒和支撑支架，所述横向支撑板下表面固定设有支撑支架，所述支撑支架远离横向支撑板的一端和横向安装板固定连接，所述横向支撑板上靠近启闭机壳体的一端固定设有限位支撑板，所述限位支撑板上远离启闭机壳体的一端固定设有导向套筒，所述横向支撑板上靠近限位支撑板的一端开设复位约束槽和导向插接槽，所述导向套筒固定设于复位约束槽正上方。

37、还包括，所述活动组件包括活动安装板、活动插接块、导向支撑柱和复位弹簧，所述活动安装板活动安装在横向支撑板正上方，所述活动安装板上靠近限位支撑板的一侧固定设有活动插接块和导向支撑柱，每个所述活动插接块活动插接在相对应的导向插接槽内侧，所述导向支撑柱一端活动插接在相对应的导向套筒内侧，所述复位弹簧活动设置在复位约束槽内侧，所述复位弹簧活动套接在相对应的限位支撑板上。

38、还包括，所述动力组件包括动力电机、减速器、动力输出套筒、动力输出柱、旋转弯折柱和限位连接板，所述动力电机一侧固定设有减速器，所述减速器上远离动力电机的一端固定设有动力输出套筒和动力输出柱，所述动力输出柱固定设置在动力输出套筒的轴心上，所述动力输出柱上固定设有多个旋转弯折柱，所述动力输出套筒内壁上固定设有限位连接板。

39、还包括，所述插接组件包括插接套筒、限位固定槽、旋转弯折槽、定位约束块和活动弹簧，所述插接套筒内侧开设限位固定槽和旋转弯折槽，所述插接套筒外表面固定设有定位约束块，所述插接套筒活动套接在动力输出柱上，所述旋转弯折柱活动插接在旋转弯折槽内侧。

40、还包括，所述转动限位块活动插接在限位固定槽内侧，所述定位约束块和减速器之间活动设有活动弹簧，所述活动弹簧活动套接在插接套筒上，所述定位约束块活动设置在限位连接板和减速器之间。

41、本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

42、1、本发明针对传统启闭机动力单元固定安装、无法周转复用、设备购置成本高、闲置利用率低的问题，采用分体式结构设计，将动力组件独立设置并搭配标准化对接结构，可在多组启闭设备之间灵活转移复用，实现一机多用，大幅提升设备利用率，避免单闸独立配置动力单元造成的资源闲置，有效降低设备购置与前期投入成本；

43、2、本发明针对传统设备安装、移位需多名工作人员协同作业、人力消耗大的问题，配套支撑组件与活动组件形成一体化支撑与辅助拆装结构，整体结构轻便，配合可自适应对位的插接组件，装配流程简便，单人即可完成动力组件的拆装与移位作业，有效减少人力投入；

44、3、本发明针对传统控制系统与单台动力单元深度绑定、无法随动力单元复用、多闸口智能化管控需独立配置全套控制模块、建设运维成本高的问题，将控制系统核心单元集成于动力组件内部，可随动力组件同步周转复用，每处闸口仅需配置流量计与位置传感器即可实现智能化管控，无需为单闸独立配置全套控制硬件，大幅降低多闸口智能化改造的建设与运维成本，适配动力组件一机多用的使用模式；

45、4、本发明针对传统控制方式依赖人工经验调节开度、缺乏实时流量闭环调节机制、配水精度差、水资源利用率低的问题，采用基于增量式pid的流量闭环控制方法，以实时采集的过闸流量数据为反馈，自动计算并调节动力电机转速与闸门开度，使过流流量稳定收敛至目标值，摆脱对人工经验的依赖，显著提升配水精度，提高水资源利用率，满足精细化灌溉的配水需求。