一种水利闸门荷重保护方法及装置与流程

1.本发明涉及水利工程领域，具体而言，涉及一种水利闸门荷重保护方法及装置。


背景技术：

2.水利闸门在开合过程中，常常受到障碍物如石块、水草等的阻碍，导致闸门门叶上升和下降时载荷过大，缩短了使用寿命，情节严重，还会使使闸门和动力电机遭到破坏，因此，有必要对闸门载荷过大的情况进行监测和保护。
3.传统水利闸门荷重保护仪使用荷重传感器对闸门进行监测，荷重传感器安装于螺杆闸门启闭机底座，以形变的方式测量闸门系统的受力情况，当形变量体现的荷重吨位发生变化时，以传感器信号传输结合闸门控制软件处理的方式对水利闸门进行荷重保护，当达到控制软件中预先设置荷重时，对闸门进行关停保护。传统水利闸门荷重仪具有诸多缺陷，首先，该方式依赖网络信号传输，在偏远地区信号不稳定时易失灵；使用的荷重传感器成本高，且安装于螺杆启闭机底板下，长时间受闸门和启闭机的压力，产生固定的形变量，影响测量精度；一直处于通电待机状态，高耗能，使用寿命较短。
4.因此，如何提供一种无需安装荷重传感器且安全可靠的水利闸门荷重保护装置是水利工程领域技术人员亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供了一种水利闸门荷重保护方法，通过检测电机电流来实现闸门荷重保护。
6.本发明的另一目的在于提供一种水利闸门荷重保护装置，应用了本发明提供的水利闸门荷重保护方法，其造价低廉，安全可靠，使用寿命较长。
7.本发明是这样实现的：一种水利闸门荷重保护方法，包括以下步骤：步骤s1：获取设定的比较电压值；步骤s2：获取水利闸门电机的工作电流值；步骤s3：将工作电流值转换为工作电压值；步骤s4：进行延迟比较，比较工作电压值和比较电压值大小；步骤s5：若工作电压值大于比较电压值，则关停电机。
8.进一步，步骤s5还包括：步骤s51：若工作电压值小于比较电压值，则处于休眠状态。
9.一种水利闸门荷重保护装置，包括：检测单元和转换单元，检测单元与转换单元电连接，检测单元被配置为：获取水利闸门电机的工作电流值，转换单元被配置为：将工作电流值转换为工作电压值；设置单元，与比较单元电连接，被配置为：获取设定的限流值，根据限流值分配不同的比较电压值；比较单元，与转换单元电连接，用于比较工作电压值与比较电压值并输出
比较结果；控制单元，与比较单元电连接，用于控制水利闸门电机的通断电。
10.进一步，比较单元包括：比较输出单元，比较输出单元与控制单元电连接，比较输出单元被配置为：比较工作电压值与比较电压值的大小；当工作电压值大于比较电压值时，输出低状态；当工作电压值小于比较电压值时，输出高状态。
11.进一步，比较单元还包括：延时单元，延时单元与转换单元、设置单元、比较输出单元电连接，延时单元被配置为：在延迟一定时间后，将工作电压值与比较电压值输入到比较输出单元。
12.进一步，控制单元包括：维持单元，维持单元与比较单元电连接，维持单元被配置为：接收比较单元的输出结果；当比较单元输出高状态时则休眠；当比较单元输出低状态时则启动。
13.进一步，控制单元包括：驱动单元，驱动单元与维持单元电连接，驱动单元被配置为：当维持单元休眠时则休眠，当维持单元启动时则启动并关停电机。
14.进一步，检测单元与霍尔传感器电连接。
15.进一步，设置单元包括拨码开关。
16.进一步，还包括供电单元，供电单元与检测单元、转换单元、比较单元、设置单元以及控制单元电连接。
17.本发明提供的技术方案的有益效果包括：与现有技术相比，本发明提供的一种水利闸门荷重保护方法及装置。，至少具有以下有益效果：1、该荷重保护方法通过检测水利闸门驱动电机的电流，对闸门系统进行停机保护，从而无需安装荷重传感器；对电机电压进行延时比较，防止误判。
18.2、该荷重保护装置通过设置单元、检测单元、比较单元识别电机荷重越限，通过控制单元关停电机，以纯硬件的方式对水利闸门进行荷重保护，从而无需传输网络信号，稳定安全。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
20.图1是本发明提供的水利闸门荷重保护方法一种可选实施方式的流程图；图2是本发明实施方式提供的水利闸门荷重保护装置一种可选实施方式的原理框图；图3是本发明提供的水利闸门荷重保护装置一种可选实施方式的结构示意图；图4是本发明提供的水利闸门荷重保护装置一种可选实施方式的结构示意图；图5是本发明提供的水利闸门荷重保护装置另一种可选实施方式的结构示意图；图6是本发明提供的水利闸门荷重保护装置另一种可选实施方式的零件结构示意图；图7是本发明提供的水利闸门荷重保护装置另一种可选实施方式的结构示意图；
图8是本发明提供的水利闸门荷重保护装置另一种可选实施方式的结构示意图；图9是本发明提供的水利闸门荷重保护装置另一种可选实施方式的结构示意图。
21.图标：1、拨码开关；11、延时设置12、限流设置；2、固定扣；21、通孔；3、基座；31、卡槽；32、限位槽；33、限位条；34、连接扣；4、接线端口；41、电流传感器端口；42、电源端口；5、标签盖板；6、壳体；61、连接孔；7、电解电容；8、继电器；9、pcb板。
具体实施方式
22.为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
23.在本发明的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
24.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
25.实施例1：请参考图1，图1是本发明提供的水利闸门荷重保护方法一种可选实施方式的流程图，本实施例提供了一种水利闸门荷重保护方法，包括以下步骤：步骤s1：获取设定的比较电压值；步骤s2：获取水利闸门电机的工作电流值；步骤s3：将工作电流值转换为工作电压值；步骤s4：进行延迟比较，比较工作电压值和比较电压值大小；步骤s5：若工作电压值大于比较电压值，则关停电机。在一些可选的实施方式中，步骤s5还包括：步骤s51：若工作电压值小于比较电压值，则处于休眠状态，减少了执行冗余。
26.闸门荷重保护仪器是用于对闸门的工作情况进行调度和检测的设备，荷重保护既包含对闸门荷重情况的实时检测，又包含对闸门荷重极限值的控制，针对小型螺杆闸，目前的自动化水利闸门中，将荷重传感器安装于启闭机下方，用过形变量测试启闭机压力，从而获得实时荷重数据。
27.目前的自动化水利闸门通过互联网接入水利闸门自动化控制系统，该控制系统以闸门为监控对象，采用plc系统采集各水利闸门的运行状态信息，利用通讯服务器与各plc之间通讯，将数据通过光纤通道或运营商网络等有线通讯方式送到调度中心。这种方式易发生通讯服务器自身出现故障而造成全站数据通讯中断，且水利闸门一般建立在偏僻的山区，路途遥远，尤其在汛期雨季期间发生自然地质灾害对有线通讯方式的影响和破坏造成无法对闸门进行有效的荷重保护，而此时更是防洪的关键时期，必须保证闸门的合理控制，才能有效的控制洪水，保证人民群众生命、财产的安全。
28.发明人在水利闸门技术领域长期的一线调试工作中发现，当电机正常工作时，电
机的工作电流能反映电机驱动系统的整体载荷状态，因此电机的工作电流能代表闸门系统的工作状态，进而体现闸门系统的荷重状态。通过分析闸门荷重与电机电流的关系，发明人得到了不同规格和类型的闸门，在不同闸门荷重状态下，电机工作电流的变化规律，进而创造性地提出了一种以检测闸门电机工作电流，比较闸门电机工作电压的方式，对水利闸门进行荷重保护的方法。
29.步骤s1中的比较电压值即为技术人员根据不同类型的水利闸门预先设定的极限值。具体的，工作人员可通过设定电流的极限值，即限流值，来间接限定电压值。在一些可选的实施方式中，如针对普通水利闸门，其配置的电流传感器规格为80a/4v，则可选的设定极限电流，即限流值为7.2a-79.6a，更加具体的，限制可设定的极限电流为7.2a、13.0a、21.1a、30.1a、39.7a、44.7a、49.8a、64.8a、74.7a、79.6a等。在一些可选的实施方式中，如针对普通小农口水利闸门，其配置的电流传感器的规格为30a/4v，则可设定其极限电流，即限流值为2.7a-29.9a，更加具体的，限制可设定的极限电流为2.7a、4.9a、7.9a、13.1a、18.7a、22.4a、26.2a、29.9a等。在一些可选的实施方式中，如针对自动化太阳能闸门，其配置的电流传感器的规格为100a/4v，则可选的设定极限电流，即限流值为9a-99.5a，更加具体的，限制可设定的极限电流为9a、12.6a、21.4a、26.3a、37.6a、49.6a、55.9a、68.4a、87.2a、99.5a等。
30.本实施例中各步骤的编号仅用于区分具体的执行方式而不代表对执行顺序的限定，可选的，步骤s1和步骤s2可以由不同的执行单元同时进行，或步骤s2先于步骤s1执行，本实施例对此不做具体限制。
31.步骤s4中，在获取到比较电压值和工作电压值后，进行延迟比较；即延迟一定时间对两个数值进行比较，可以防止对闸门状态的误判，如只在某一瞬间闸门电机的电流值较高，超过极限值，而并非是荷重异常的状态，延迟比较能够避免将闸门错误的关停，从而影响正常的控水管水。例如，在电机启动时，启动过程中会产生电流冲击，启动电流值可达到正常状态下工作电流值的3-5倍，延迟比较能够避免检测到启动电流，得到错误的比较结果从而关停电机。对于延迟时间，本实施例预设的延迟时间为1s-15s，当然也可由闸门管理人员根据具体的闸门类型，并结合自己的专业经验提前设定。
32.实施例2：以下从更进一步具体和细化的荷重保护装置中来阐述本发明技术效果的实现，请结合参考图2和图3，图2是本发明提供的水利闸门荷重保护装置一种可选实施方式的原理框图；图3是本发明提供的水利闸门荷重保护装置一种可选实施方式的结构示意图。本实施例提供了一种水利闸门荷重保护装置，包括：检测单元和转换单元，检测单元与转换单元电连接，检测单元被配置为：获取水利闸门电机的工作电流值，转换单元被配置为：将工作电流值转换为工作电压值；设置单元，与比较单元电连接，被配置为：获取设定的限流值，根据限流值分配不同的比较电压值；比较单元，与转换单元电连接，用于比较工作电压值与比较电压值并输出比较结果；控制单元，与比较单元电连接，用于控制水利闸门电机的通断电。
33.请结合参考图2-图6，检测单元、转换单元、控制单元和比较单元是设置在pcb板9上的各类电路和电子元件。本实施例提供的水利闸门荷重保护装置包括接线端口4，接线端口4包括电源端口42和电流传感器端口41电流传感器端口41用于外接电流传感器，检测单元通过电流传感器端口41与外部的电流传感器电连接，可选的，电流传感器端口41接入霍
尔传感器，检测单元与霍尔传感器电连接，由此实时获取闸门电机的工作电流值。电源端口42用于接入外部电流为该荷重保护装置整体提供电源，可以是市政供电也可以是太阳能电池。
34.请结合参考图3-图6，在一些可选的实施方式中，设置单元包括拨码开关1。可选的，拨码开关1包括限流设置12。用户通过限流设置12端口设置不同的限流值，用户按照拨码开关1分配的不同电流限定值进行预先设置。可选的，拨码开关1可设有1-16个限流设置开关，每个限流设置开关有0和1两种状态，则可配置2-17个设定档，每个档次代表不同的限流值，用户可根据需求设定不同的限流值。
35.在一些可选的实施方式中，如针对普通水利闸门，其配置的电流传感器规格为80a/4v，则可选的设定极限电流为7.2a-79.6a，更加具体的，限流值可以为7.2a、13.0a、21.1a、30.1a、39.7a、44.7a、49.8a、64.8a、74.7a、79.6a。本实施方式中，每个限流值对应不同的档次，从右往左依次为sw1
ꢀ‑
sw16，如7.2a对应1设定档，则16个限流设置开关均为1状态；如30.1a对应7设定档，则10个限流设置开关为1状态，6个限流设置开关为0状态；如79.6a对应17设定档，则16个限流设置开关均为0状态。限流值与档位的具体对应如下表：在一些可选的实施方式中，如针对普通小农口水利闸门，其配置的电流传感器的规格为30a/4v，则可设定其极限电流为2.7a-29.9a，更加具体的，限制可设定的极限电流为2.7a、4.9a、7.9a、13.1a、18.7a、22.4a、26.2a、29.9a等。上述每个限流值对应不同的档次，从右往左依次为sw1
ꢀ‑
sw16，如2.7a对应1设定档，则16个限流设置开关均为1状态；如4.9a对应3设定档，则14个限流设置开关为1状态，2个限流设置开关为0状态；如29.9a对应17设定档，则16个限流设置开关均为0状态。限流值与档位的具体对应如下表：
在一些可选的实施方式中，如针对自动化太阳能闸门，其配置的电流传感器的规格为100a/4v，则可选的设定极限电流为9a-99.5a，更加具体的，限制可设定的极限电流为9a、12.6a、21.4a、26.3a、37.6a、49.6a、55.9a、68.4a、87.2a、99.5a等。上述每个限流值对应不同的档次，如9a对应1设定档，则16个限流设置开关均为1状态；从右往左依次为sw1
ꢀ‑
sw16，如26.3a对应5设定档，则12个限流设置开关为1状态，4个限流设置开关为0状态；如99.5a对应17设定档，则16个限流设置开关均为0状态。限流值与档位的具体对应如下表：
以上实施方式均以16个限流设置开关为例说明拨码开关1的对电机限流值的分配，间接实现对比较电压值的分配，本实施例并不限定限流设置开关的具体的个数，在其他实施方式中，还可以为4个、8个、12个等，可根据具体情况选择不同的数量。
36.请继续参考图1，在一些可选的实施方式中，比较单元包括：比较输出单元，比较输出单元与控制单元电连接，比较输出单元被配置为：在接收到电机工作电压值与比较电压值后，比较工作电压值与比较电压值的大小；当工作电压值大于比较电压值时，输出低状态；当工作电压值小于比较电压值时，输出高状态。本实施方式中，通过拨码开关1分配的不同限流值确定不同的比较电压值，比较输出单元输出高状态即为输出12v电压，输出低状态则为输出0v电压。可选的，当工作电压值等于比较电压值时，比较输出单元也输出高状态，即输出12v电压。比较输出单元通过简单地比较电机的工作电压值，实现对闸门荷重状态的监控，其结构简单，且响应速度快。
37.在一些可选的实施方式中，比较单元还包括：延时单元，延时单元与转换单元、设置单元、比较输出单元电连接，延时单元被配置为：在延迟一定时间后，将工作电压值与比较电压值输入到比较输出单元。可选的，拨码开关1还包括延时设置11，延时单元与延时设置11电连接，用于获取预设的延迟时间，可根据不同的用户需求来设定不同的延长时间。可选的，可设置多不延时档次供用户选择设置，提高了产品通用性能。
38.请参考图3-图6，例如，延时设置开关有1-4个，则可选择的延时档次为2-5个。当延时设置开关有4个时，可选的延时档次为1-5档，具体的，可设置延迟比较时间分别为1s、4s、7s、10s、15s，可根据不同的情况选择延时档次，设置不同的延迟比较时间。可以理解的是，在一些其他的实施防方式中，延迟设置开关还可以为2个或5个，本实施方式对延迟设置开关的数量不作具体限制，并且对延迟时间的分配值也不做具体限制。本实施方式设置了延时单元，将获取到比较电压值与电机的工作电压值和延迟一定时间后才输入到比较输出单
元，能够有效的防止电机瞬时电流冲击造成的闸门荷重状态误判，荷重保护更加精准。
39.在一些可选的实施方式中，控制单元包括：维持单元，维持单元与比较单元电连接，维持单元被配置为：接收比较单元的输出结果；当比较单元输出高状态时则休眠；当比较单元输出低状态时则启动。通过设置维持单元，可减少执行冗余，更加稳定安全。更加具体的，控制单元还包括：驱动单元，驱动单元与维持单元电连接，驱动单元被配置为：当维持单元休眠时则休眠，当维持单元启动时则启动并关停电机。本实施方式中，驱动单元与电机电路相连接，具体的，请参考图3和图4，驱动单元包括继电器8，驱动单元处于休眠状态时，驱动单元的常闭合回路使外部电机正反转控制回路联通，电机可以正常正反转控制；反之，驱动单元在启动状态下，其常闭合回路断开，则断开外部电机正反转控制信号，电机正反转控制回路也断开，此时电机停机，从而实现对水利闸门的荷重保护。
40.请继续参考图3和图6，在一些可选的实施方式中，本实施例提供的水利闸门荷重保护装置还包括供电单元，供电单元与检测单元、转换单元、比较单元、设置单元以及控制单元电连接。供电单元包括多个电解电容7，用于为检测单元、转换单元、比较单元、设置单元以及控制单元提供电源，可提供内部各电子元件需要的+12vdc电压、-12vdc电源。
41.请结合参考图5至图9，在一些可选的实施方式中，本实施例提供的水利闸门荷重保护装置还包括pcb板9和基座3，检测单元、转换单元、比较单元、设置单元以及控制单元是设置在pcb板9上的各类电路和电子元件。pcb板9与基座3固定连接，具体的，基座3设有卡槽31，pcb板9嵌入到卡槽31中，可采用螺栓将pcb板9固定在基座3上。可选的，在基座3上远离pcb板9的另一面还设有限位槽32，限位槽32的边缘还设有限位条33，用于安装于导轨上时的限位，防止其上下滑移。在基座3上还设有固定扣2，固定扣2开有通孔21，用于安装在导轨上时，固定其位置，具体的，可将固定扣2挂在导轨上，导轨上的固定柱穿过通孔21，用于防止荷重保护装置左右滑移，安装或拆卸更加方便。
42.请继续参考图5至图9，在一些可选的实施方式中，本实施例提供的水利闸门荷重保护装置还包括壳体6，壳体6与基座3可拆卸连接，具体的，壳体6开有连接孔61，基座3设有连接扣34，连接扣34与连接孔61的位置相适配。组装时，将壳体6盖在底座3上，连接扣34则卡在连接孔61中，在拆卸时按下连接扣34即可将壳体6与底座3分离，调试更加方便。可选的，图6中，壳体6是阶梯型结构，其体积较小，节约了占用空间，且造型独特，兼具功能性和艺术性。可选的，壳体6上还设有透明的标签盖板5，盖板5与壳体6活动连接，与壳体6一侧构成独立空间用于存放标签，产品结构设计更加人性化。
43.通过上述实施例可知，本发明提供的水利闸门荷重保护装置，整体实现了如下的有益效果：1、采用电子硬件检测电机工作电流，不用安装荷重传感器，不依赖软件控制和网络信号，降低设备成本,更加安全可靠。
44.2、可安装于导轨上或用固定扣固定，其安装不受其他设备规格的影响，维护简单方便。
45.3、该荷重保护装置的检测单元和控制单元都连接在电机电路上，只有在电机工作时才工作，省电节能，延长了使用寿命。

技术特征：
1.一种水利闸门荷重保护方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤s1：获取设定的比较电压值；步骤s2：获取水利闸门电机的工作电流值；步骤s3：将所述工作电流值转换为工作电压值；步骤s4：进行延迟比较，比较所述工作电压值和所述比较电压值大小；步骤s5：若所述工作电压值大于所述比较电压值，则关停电机。2.根据权利要求1所述的一种水利闸门荷重保护方法，其特征在于，所述步骤s5还包括：步骤s51：若所述工作电压值小于所述比较电压值，则处于休眠状态。3.一种水利闸门荷重保护装置，其特征在于，包括：检测单元和转换单元，所述检测单元与所述转换单元电连接，所述检测单元被配置为：获取水利闸门电机的工作电流值，所述转换单元被配置为：将所述工作电流值转换为工作电压值；设置单元，与所述比较单元电连接，被配置为：获取设定的限流值，根据所述限流值分配不同的比较电压值；比较单元，与所述转换单元电连接，用于比较所述工作电压值与所述比较电压值并输出比较结果；控制单元，与所述比较单元电连接，用于控制水利闸门电机的通断电。4.根据权利要求3所述的一种水利闸门荷重保护装置，其特征在于，所述比较单元包括：比较输出单元，所述比较输出单元与控制单元电连接，所述比较输出单元被配置为：比较所述工作电压值与所述比较电压值的大小；当所述工作电压值大于所述比较电压值时，输出低状态；当所述工作电压值小于所述比较电压值时，输出高状态。5.根据权利要求4所述的一种水利闸门荷重保护装置，其特征在于，所述比较单元还包括：延时单元，所述延时单元与所述转换单元、设置单元、比较输出单元电连接，所述延时单元被配置为：在延迟一定时间后，将所述工作电压值与所述比较电压值输入到比较输出单元。6.根据权利要求3所述的一种水利闸门荷重保护装置，其特征在于，所述控制单元包括：维持单元，所述维持单元与所述比较单元电连接，所述维持单元被配置为：接收所述比较单元的输出结果；当所述比较单元输出高状态时则休眠；当所述比较单元输出低状态时则启动。7.根据权利要求6所述的一种水利闸门荷重保护装置，其特征在于，所述控制单元包括：驱动单元，所述驱动单元与所述维持单元电连接，所述驱动单元被配置为：当所述维持单元休眠时则休眠，当所述维持单元启动时则启动并关停电机。8.根据权利要求3所述的一种水利闸门荷重保护装置，其特征在于，所述检测单元与霍尔传感器电连接。9.根据权利要求3所述的一种水利闸门荷重保护装置，其特征在于，所述设置单元包括拨码开关。10.根据权利要求3-9任意一项所述的一种水利闸门荷重保护装置，其特征在于，还包括供电单元，所述供电单元与所述检测单元、转换单元、比较单元、设置单元以及控制单元电连接。

技术总结
本发明提供了一种水利闸门荷重保护方法及装置，该方法包括：获取设定的比较电压值；获取水利闸门电机的工作电流值；将工作电流值转换为工作电压值；延迟一定时间后，比较工作电压值和比较电压值大小；若工作电压值大于比较电压值，关停电机。该装置包括检测单元和转换单元，检测单元被配置为：获取电机的工作电流值，转换单元被配置为：将工作电流值转换为工作电压值；设置单元，与比较单元电连接，被配置为：获取限流值，根据限流值分配不同的比较电压值；比较单元，用于比较所述工作电压值与所述比较电压值并输出比较结果；控制单元，用于控制电机的通断电。上述方法和装置通过检测电机电流来实现荷重保护，更加安全可靠。更加安全可靠。更加安全可靠。


技术研发人员：林正鑫 张杰 罗强 刘刚 袁仁杰
受保护的技术使用者：成都万江智控科技有限公司
技术研发日：2022.01.05
技术公布日：2022/3/8