[发明专利]基于液位差的恒流量船闸控制系统和方法

权利要求书

1.一种基于液位差的恒流量船闸控制系统，其特征在于系统由船闸上游液位检测装置(100)、船闸上闸首(1)、船闸上闸首开度仪(3)、船闸上闸首注水泵(5)、船闸闸室液位检测装置(200)、船闸下闸首泄水泵(6)、船闸下闸首开度仪(4)、船闸下闸首(2)、船闸下游液位检测装置(300)，下位机中央控制器PLC(7)、船闸闸首启闭机控制柜(8)、上位机监控PC(9)组成；

船闸上游液位检测装置(100)、船闸闸室液位检测装置(200)和船闸下游液位检测装置(300)分别位于船闸上游、闸室和下游的左右两岸，船闸上闸首注水泵(5)就近安装在船闸上闸首(1)、船闸下闸首泄水泵(6)就近安装在船闸下闸首(2)，船闸上闸首注水泵(5)和船闸下闸首泄水泵(6)通过注/泄水管从上/下游取/排水；船闸上闸首(1)和船闸下闸首(2)的闸门分别对应配置检测闸门开度的船闸上闸首开度仪(3)和船闸下闸首开度仪(4)，船闸上/下闸首开度仪型号为倍加福AVM58；上位机监控PC(9)与下位机中央控制器PLC(7)相连，下位机中央控制器PLC(7)借助船闸闸首启闭机控制柜(8)驱动船闸上闸首(1)和船闸下闸首(2)的升降，在船闸上闸首注水泵(5)和船闸下闸首泄水泵(6)协助下、执行基于液位差的恒流量船闸控制；船闸上游液位检测装置(100)、船闸闸室液位检测装置(200)和船闸下游液位检测装置(300)的液位信号输入至下位机中央控制器PLC(7)，船闸上闸首开度仪(3)和船闸下闸首开度仪(4)的开度信号输入至下位机中央控制器PLC(7)；液位检测装置均按“二乘二取二”的结构设计，下位机中央控制器PLC(7)采用“二乘二取二”祘法处理液位检测装置输入的液位模拟信号。

2.根据权利要求1所述的一种基于液位差的恒流量船闸控制系统，其特征在于所述的船闸上游液位检测装置(100)包括船闸上游左岸液位检测装置(110)和船闸上游右岸液位检测装置(120),左/右两岸的液位检测装置相同，船闸上游左岸液位检测装置(110)位于船闸上游的左岸，船闸上游右岸液位检测装置(120)位于船闸上游的右岸；船闸闸室液位检测装置(200)和船闸下游液位检测装置(300)与船闸上游液位检测装置(100)类同；

船闸上游左岸液位检测装置(110)由船闸上游左岸测井(111)、船闸上游左岸消波网(112)、船闸上游左岸激光反射板(113)、船闸上游左岸第1激光测距仪(114)和船闸上游左岸第2激光测距仪(115)组成；船闸上游左岸第1激光测距仪(114)和船闸上游左岸第2激光测距仪(115)安装于船闸上游左岸测井(111)顶部，船闸上游左岸消波网(112)安装于船闸上游左岸测井(111)下端，船闸上游左岸激光反射板(113)悬浮与船闸上游左岸测井(111)水面，并与船闸上游左岸第1激光测距仪(114)、船闸上游左岸第2激光测距仪(115)配套；船闸上游液位检测装置(100)配置4台激光测距仪、左/右岸液位检测装置各配2台，通过RS485与下位机中央控制器PLC(7)的485口相连；4台激光测距仪构成经典的、“二乘二取二”液位检测架构，液位信号则采用“二乘二取二”的祘法处理；在基于液位差的恒流量船闸控制系统中，共计配备6座测井：船闸上游左岸测井(111)、船闸上游右岸测井(121)，船闸闸室左岸测井、船闸闸室右岸测井，船闸下游左岸测井、船闸下游右岸测井，12台激光测距仪：船闸上游左岸第1激光测距仪(114)、船闸上游左岸第2激光测距仪(115)、船闸上游右岸第1激光测距仪(124)、船闸上游右岸第2激光测距仪(125)，船闸闸室左岸第1激光测距仪、船闸闸室左岸第2激光测距仪、船闸闸室右岸第1激光测距仪、船闸闸室右岸第2激光测距仪，船闸下游左岸第1激光测距仪、船闸下游左岸第2激光测距仪、船闸下游右岸第1激光测距仪、船闸下游右岸第2激光测距仪；变量check100＝110或120、check200＝210或220、check300＝310或320分别表征船闸上游左/右岸液位检测装置、船闸闸室左/右岸液位检测装置、船闸下游左/右岸液位检测装置处于检测/备用或备用/检测状态；

船闸上游液位检测装置“二乘二取二”水位计液位检测的流程如下：

0.ESP＝0.05m，check100＝110

1.检测状态的激光测距仪采样

1-1.check100＝110

船闸上游左岸第1激光测距仪(114)和船闸上游左岸第2激光测距仪(115)分别采样4次液位、通过RS48上传至下位机中央控制器PLC(7)

1-2.check100＝120

船闸上游右岸第1激光测距仪(124)和船闸上游右岸第2激光测距仪(125)分别采样4次液位、通过RS48上传至下位机中央控制器PLC(7)

2.激光测距仪液位数据的中位均值滤波

2-1.check100＝110

船闸上游左岸第1激光测距仪(114)液位数据的中位均值滤波，即

D114Average={Σi=14D114[i]-min(D114[1],D114[2],D114[3],D114[4])-max(D114[1],D114[2],D114[3],D114[4])}/2]]>

第2激光测距仪(115)液位数据亦中位均值滤波得D115_Average

D110＝(D114_Average+D115_Average)/2

2-2.check100＝120

船闸上游右岸第1激光测距仪(124)液位数据的中位均值滤波，即

D124Average={Σi=14D124[i]-min(D124[1],D124[2],D124[3],D124[4])-max(D124[1],D124[2],D124[3],D124[4])}/2]]>

第2激光测距仪(125)液位数据亦中位均值滤波得D125_Average

D120＝(D124_Average+D125_Average)/2

3.“二乘二取二”祘法处理

3-1.check100＝110

3-1-1.|D114Average-D115Average|<ESP

D100＝D110

返回“1”

3-1-2.|D114Average-D115Average|≥ESP

check100＝120、故障报警

返回“1”

3-2.check100＝120

3-2-1.|D124Average-D125Average|<ESP

D100＝D120

返回“1”

3-2-2.|D124Average-D125Average|≥ESP

check100＝110、故障报警

返回“1”

船闸闸室液位检测装置(200)、船闸下游液位检测装置(300)的“二乘二取二”水位计液位检测流程，与船闸上游液位检测装置(100)类同；激光测距仪型号为DISTO D8；

船闸上游左岸液位检测装置(110)和船闸上游右岸液位检测装置(120)互为备份，由主备检测切換变量check100控制切換；check100＝110时，船闸上游左岸液位检测装置的两支激光测距仪检测上游液位、液位数据中位均值滤波、二乘二取二表决，若两支激光测距仪的检测数据偏差<ESP、输出检测的液位，反之check100＝120、船闸上游右岸液位检测装置(120)转为检测状态、故障报警；check100＝120时，流程与check100＝110类同；船闸闸室液位检测装置(200)、船闸下游液位检测装置(300)的“二乘二取二”水位计液位检测原理，与船闸上游液位检测装置(100)类同。