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一种闸门和启闭机实时在线监测及运行安全管理系统及其实现方法与流程
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【摘要】：
本文涉及一种闸门和启闭机实时在线监测及运行安全管理系统及其实现方法，属于水利水电基础建设工程技术领域。
背景技术：
我国目前水利水电工程闸门和启闭机运行使用管理存在较大缺陷，主要维护方法是通过定期组织人力巡查，国内外由于闸门和启闭机失事造成水利水电工程重大事故的案例层出不穷。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种闸门和启闭机实时在线监测及运行安全管理系统及其实现方法，主要解决现有闸门和启闭机维护麻烦、不到位而造成的水利水电工程重大事故的问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种闸门和启闭机实时在线监测及运行安全管理系统，包括采集系统、主控系统和服务系统；所述采集系统包括多个类型的传感器和启闭机PLC控制信号采集器，所述主控系统包括处理采集系统输出信号的信号处理模块，与信号处理模块连接的存储模块，与存储模块连接的CPU控制器，以及与CPU控制器实现信息交互的软件平台；所述服务系统包括与软件平台实现信息交互的云端服务器，和分别与云端服务器连接的远程客户端和移动终端。
具体地，所述主控系统还包括与CPU控制器连接的显示模块。
进一步地，所述主控系统还包括与CPU控制器连接的报警模块。
一种闸门和启闭机实时在线监测及运行安全管理系统的实现方法，包括如下步骤：
S1、确定闸门和启闭机可能存在的危险结构点及位置，将采集系统设置在可能存在危险点的位置，并建立危险结构点及位置的预警数据库；
S2、采集系统实时在线采集闸门和启闭机的运行使用状态数据，并发送至主控系统；
S3、主控系统接收数据，建立实时在线监测数据库，然后根据预警数据库，对闸门和启闭机的运行现状及其安全可靠性作出综合评估,线监测数据库包括通过采集系统实时采集的数据，预警数据库包括通过理论计算得出的预警阈值；
综合评估包括比较实时采集的数据和预警阈值，通过时域、频域的波形状态分析，评估其运行状态及安全性。
S4、主控系统根据综合评估结果，得出运行安全管理数据和指令，并连同在实时在线监测数据一起发送至服务系统；
S5、服务系统接收数据和指令，通过云端服务器，实现远程客户端控制和移动终端查询。
具体地，所述步骤S1中，可能的危险结构点及位置的确定方法是：采用理论模型对闸门和启闭机进行结构应力、动态特性和变形的数值分析来得到。
进一步地，所述步骤S2中，采集的数据主要包括应力应变、振动响应、运行姿态、运行水位、门槽内水流速、通气孔和启闭机室风速、运行水位、行程/启闭力/温度/油压和现场视频。
再进一步地，所述应力应变数据采集采用应变传感器；
所述振动响应数据采集采用振动传感器；
所述运行姿态数据采集采用倾角传感器；
所述运行水位数据采集采用水位传感器；
所述门槽内水流速数据采集采用流速传感器；
所述通气孔和启闭机室风速数据采集采用风速传感器；
所述行程/启闭力/温度/油压数据采集采用PLC控制信号采集器；
所述现场视频数据采集采用视频传感器，获取现场的监控视频数据。
进一步地，所述步骤S3中，主控系统在作出综合评估之前，通过信号处理模块和软件平台，并根据实时在线监测数据库和预警数据库，建立一个可视化的闸门和启闭机实时在线监测及安全运行管理系统。
进一步地，所述评估结果若为存在危险结构点，则得出的运行安全管理数据为危险结构点名称/代号及其位置；若评估结果不存在危险结构点，则得出的运行安全管理数据为空。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明将传感技术、通信技术和网络技术应用于闸门和启闭机实时在线监测及运行安全管理当中，建立实时在线监测系统，进行自动化、智能化和科学化的实时在线监测和安全评估，实现“无人值班、少人值守”的运营模式，成为提高目前水利水电工程运营管理水平和技术创新的发展趋势，是防止失效和避免事故的有效方法。
(2)本发明可以获得更加完整的闸门和启闭机运行使用数据，并同时对闸门和启闭机进行了安全预警和可靠性综合评估；通过在线安全监测系统，开启了闸门和启闭机运行大数据云服务，实现了远程客户端控制和移动终端查询。
(3)本发明采用理论模型对闸门和启闭机进行结构应力、动态特性、变形等数值分析，确定可能的危险结构点位置，研究闸门和启闭机在不同工况下的运行特性，并指导相应传感器选型和布置，并建立预警数据库，使用闸门和启闭机运行大数据云服务，实现了远程客户端控制和移动终端查询。
具体实施方式：
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。
一种闸门和启闭机实时在线监测及运行安全管理系统，包括采集系统100、主控系统200、服务系统300；采集系统包括多个类型的传感器和启闭机PLC控制信号采集器，主控系统包括处理采集系统输出信号的信号处理模块212，与信号处理模块连接的存储模块213，与存储模块连接的CPU控制器211，以及与CPU控制器实现信息交互的软件平台214；服务系统包括与软件平台实现信息交互的云端服务器311，和分别与云端服务器连接的远程客户端321和移动终端322。主控系统还包括与CPU控制器连接的显示模块221。主控系统还包括与CPU控制器连接的报警模块222。
一种闸门和启闭机实时在线监测及运行安全管理系统的实现方法，包括如下步骤：
S1、确定闸门和启闭机可能存在的危险结构点及位置，将采集系统设置在可能存在危险点的位置，并建立危险结构点及位置的预警数据库；
S2、采集系统实时在线采集闸门和启闭机的运行使用状态数据，并发送至主控系统；
S3、主控系统接收数据，建立实时在线监测数据库，然后根据预警数据库，对闸门和启闭机的运行现状及其安全可靠性作出综合评估,线监测数据库包括通过采集系统实时采集的数据，预警数据库包括通过理论计算得出的预警阈值；
综合评估包括比较实时采集的数据和预警阈值，通过时域和频域的波形状态分析，评估其运行状态及安全性；
S4、主控系统根据综合评估结果，得出运行安全管理数据和指令，并连同在实时在线监测数据一起发送至服务系统；
S5、服务系统接收数据和指令，通过云端服务器，实现远程客户端控制和移动终端查询。
本实施例中，步骤S1中，可能的危险结构点及位置的确定方法是：采用理论模型对闸门和启闭机进行结构应力、动态特性和变形的数值分析来得到。
本实施例中，步骤S2中，采集的数据主要包括应力应变、振动响应、运行姿态、运行水位、门槽内水流速、通气孔和启闭机室风速、运行水位、行程/启闭力/温度/油压和现场视频。
本实施例中，应力应变数据采集采用应变传感器111；振动响应数据采集采用振动传感器112；运行姿态数据采集采用倾角传感器113；运行水位数据采集采用水位传感器114；门槽内水流速数据采集采用流速传感器115；通气孔和启闭机室风速数据采集采用风速传感器116；行程/启闭力/温度/油压数据采集采用PLC控制信号采集器117；现场视频数据采集采用视频传感器118获取现场的监控视频数据。
本实施例中，步骤S3中，主控系统在作出综合评估之前，通过信号处理模块和软件平台，并根据实时在线监测数据库和预警数据库，建立一个可视化的闸门和启闭机实时在线监测及安全运行管理系统。
本实施例中，评估结果若为存在危险结构点，则得出的运行安全管理数据为危险结构点名称/代号及其位置；若评估结果不存在危险结构点，则得出的运行安全管理数据为空。
按照上述实施例，便可很好地实现本发明。值得说明的是，基于上述结构设计的前提下，为解决同样的技术问题，即使在本发明上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用的技术方案的实质仍然与本发明一样，故其也应当在本发明的保护范围内。
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