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【6h】

涵闸现场参数自动监测系统硬件设计及实现

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山东黄河共有引黄涵闸63座，大多为涵洞式结构，设计引水能力2423m3/s，设计灌溉面积3493万亩。黄河作为山东省的最大客水资源，已成为保障山东省国民经济增长和社会发展稳定的重要支柱。但由于黄河水资源短缺，社会和经济发展用水量的急剧增加，加之缺乏有效的管理手段等因素，造成黄河下游河段断流愈演愈烈。为了改变黄河水资源使用现状，国家提出“数字黄河”工程，加强对黄河水资源的科学管理。而“引黄涵闸远程监控系统”作为“数字黄河”的基础工程，是黄河水利调度和工程信息化管理系统建设的重要组成部分和核心技术手段。“涵闸现场自动监测系统硬件部分”是整个‘引黄涵闸远程监控系统’的底层核心，其作用是完成对引黄涵闸现场启闭机的启闭状态及现场环境的实时监测，使上级水调部门能够及时掌握水情，做出快速合理的水调决策，实施远程水资源调度。因此，有必要对涵闸现场自动监测系统的硬件设计及实现展开研究工作。 根据引黄涵闸远程监控系统建设的需要，论文主要完成了以下研究工作： (1)阐述了引黄涵闸的工作任务以及建设引黄涵闸远程监控系统的重要意义，根据引黄涵闸远程监控系统的建设目标以及引黄涵闸现场的现状，分析指出了开展引黄涵闸现场自动监测系统研究的必要性，提出了本课题的研究任务。 (2)介绍引黄涵闸整体结构及现场环境，对涵闸现场卷扬式启闭机和螺杆式启闭机工作原理进行深入分析，针对引黄涵闸远程监控系统的功能要求以及涵闸启闭机工作时可能出现的故障问题，提出现场监测系统所必须采集的被检参数。在此基础上提出基于PLC的监测系统硬件实现总体设计方案，以实现对闸门开度，启闭机荷载，闸前、闸后水位，现场温湿度，电气设备状态等参数的采集、传输。 (3)针对各监测参数进行传感器选型设计，完成各传感器安装机构的硬件设计及实现。主要工作包括：选择绝对编码器监测闸门开度，并设计编码器安装机构；分别使用荷重传感器和拉力传感器监测启闭机荷载情况，并设计拉力传感器安装机构；选择超声波水位计实现闸前、闸后水位监测。 (4)分析传感器数据处理算法。 (5)通过实验确定了各涵闸不同闸门的荷重保护值。对现场自动监测系统进行现地调试和远程联合调试，对参数采集的测量精度、测量量程、动态测量实时性进行测试和验证。 实验结果说明，整套涵闸现场自动监测系统能够正常工作，完成涵闸现场所需参数的测量，采集和远程传输工作，实现了预期的功能。

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