本發(fā)明涉及船閘控制設(shè)備領(lǐng)域，特別涉及一種船閘自動(dòng)控制系統(tǒng)及控制方法。

背景技術(shù)：

船閘的工作閘門作為船閘的咽喉，與閥門、啟閉機(jī)、輸水系統(tǒng)共同作用，克服上下游水位差，使船舶順利過閘。而啟閉機(jī)作為控制船閘工作閘門運(yùn)行的關(guān)鍵設(shè)備，對(duì)確保船閘運(yùn)行的安全性起著重要的作用。我們知道，船閘承擔(dān)了相當(dāng)繁重的水運(yùn)任務(wù)，有些船閘每口平均開放50閘次以上，閘門運(yùn)行如此頻繁，一旦啟閉設(shè)備發(fā)生故障，就會(huì)直接影響到船閘的正常運(yùn)行，造成過閘船舶受阻，航道堵塞。

船閘的開閉操作按照規(guī)定，在擱門器擱好后才能開綠燈放船，閘門擱門器的作用是在閘門開啟時(shí)能夠支撐住閘門，從而使液壓系統(tǒng)和鋼絲繩不必長期受到載荷，延長了液壓系統(tǒng)和鋼絲繩的使用壽命，提高了閘門使用的安全性。但是閘門擱門操作需要經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)，取得操作證，并且結(jié)合現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)，閘門啟閉時(shí)必須兩人上崗。一人操作閘門運(yùn)行，一人觀察、瞭望，在閘門運(yùn)行過程中不得擅自離開操作室，以防發(fā)生機(jī)電故障時(shí)采取必要的措施。站點(diǎn)操作人員還需要二人，效率不高，而且還需要非常有經(jīng)驗(yàn)的操作人員，否則容易操作出錯(cuò)，發(fā)生安全事故，特別是在晚上時(shí)候，光線還不好，也會(huì)對(duì)現(xiàn)場操作人員不利。

現(xiàn)有技術(shù)中的船閘自動(dòng)控制系統(tǒng)只具有閘門及擱門器的自動(dòng)控制，沒有相關(guān)的監(jiān)測系統(tǒng)，也沒有辦法對(duì)閘門的開閉情況進(jìn)行實(shí)施監(jiān)控，導(dǎo)致閘門的開閉過程緩慢，延長了船只通行的時(shí)間?，F(xiàn)有技術(shù)中通常會(huì)在閘門前設(shè)置一定的安全區(qū)域，船只需要在安全區(qū)域外等待閘門開啟后，才能通行，這樣就導(dǎo)致船只需要先在船閘外停船，申請(qǐng)通過船閘，并等候一定的時(shí)間再重新啟動(dòng)航行，這樣也延緩了船只通行的時(shí)間，閘門前 的安全區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)固定的區(qū)域，難以適應(yīng)不同種類的船只，例如對(duì)于一些重型船只，需要的安全區(qū)域較大，而如果該航道通行的重型船只較少，則安全區(qū)域會(huì)導(dǎo)致航道沒有有效的利用起來。

現(xiàn)有技術(shù)中為了防止船只或船閘出現(xiàn)故障導(dǎo)致的船只與船閘相撞的事故，都安裝有防撞預(yù)警系統(tǒng)，但是該預(yù)警系統(tǒng)只起到提醒的作用，例如船只在失控情況下，雖然聽到了預(yù)警信號(hào)，但是仍然難以避免撞向船閘，有的船閘在閘門上設(shè)置安全氣囊，但是對(duì)于航速較高、噸位較大的船只來說安全氣囊也不能完全夠保護(hù)船只和閘門，缺少一種減緩船只速度的安全保護(hù)裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述問題，本發(fā)明目的是提供一種安全性高，自動(dòng)化程度高的一種船閘自動(dòng)控制系統(tǒng)及控制方法。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種船閘自動(dòng)控制系統(tǒng),所述的控制系統(tǒng)包括包括設(shè)置在航道相應(yīng)位置的閘首、閘首內(nèi)設(shè)置閘門，閘門與閘首之間通過閘門控制機(jī)構(gòu)連接；所述的閘門控制機(jī)構(gòu)與設(shè)置在船閘監(jiān)控室內(nèi)的現(xiàn)場控制單元連接；

所述的現(xiàn)場控制單元包括cpu模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、監(jiān)測模塊、網(wǎng)絡(luò)通信模塊、報(bào)警模塊、交通信號(hào)燈模塊、照明模塊；所述的網(wǎng)絡(luò)通信模塊包括模擬信號(hào)接口、數(shù)字信號(hào)接口、無線信號(hào)接口、多媒體接口、信號(hào)發(fā)送裝置；

所述的監(jiān)測模塊包括設(shè)置在閘門控制裝置上的閘門啟閉傳感器、設(shè)置在船閘附近的水位傳感器、閘門開度傳感器、設(shè)置在船閘兩側(cè)的水流速度傳感器、設(shè)置在船閘附近用于觀察閘門啟閉情況的第一攝像頭、設(shè)置在船閘兩側(cè)的測距傳感器、設(shè)置在船閘附近用于觀察船閘兩側(cè)船只的第二攝像頭，設(shè)置在船閘兩側(cè)河道內(nèi)的船只吃水深度傳感器，設(shè)置在擱門器上的擱門器傳感器；所述閘門控制裝置包括閘門啟閉機(jī)構(gòu)、閘門安全保護(hù)機(jī)構(gòu)。

優(yōu)選的，所述的閘門為一字型或人字型。

優(yōu)選的，所述的閘門啟閉機(jī)構(gòu)包括設(shè)置在閘首上的液壓活塞機(jī)構(gòu)，液壓活塞機(jī)構(gòu)的活塞桿與拉索的一端連接，所述拉索的另一端與閘門的一側(cè)連接，所述閘首上相應(yīng)位置設(shè)置用于阻止閘門移動(dòng)的擱門器。

優(yōu)選的，所述的閘門安全保護(hù)機(jī)構(gòu)包括設(shè)置在閘首上的安全保護(hù)引水槽，引水槽的一端通過安全閥門與安全蓄水池內(nèi)的水泵連接，另一端與閘首兩側(cè)的河道連通。

優(yōu)選的，所述的閘門安全保護(hù)機(jī)構(gòu)還包括設(shè)置在閘門上的安全氣囊。

根據(jù)上述任意一種船閘自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于：所述的控制方法包括順序進(jìn)行的以下步驟：船只請(qǐng)求通行、閘門開啟、船只通過、閘門關(guān)閉；

所述的船只請(qǐng)求通行步驟為：沒有船只通行時(shí)，船閘為關(guān)閉狀態(tài)，設(shè)置在船閘兩側(cè)的測距傳感器不間斷監(jiān)視航道，此時(shí)交通信號(hào)燈模塊上的紅色交通燈打開；當(dāng)測距傳感器監(jiān)測到有船只駛向船閘并與船閘之間的距離小于設(shè)定值l0時(shí)，信號(hào)發(fā)送裝置向船只的通信系統(tǒng)發(fā)送信號(hào)，詢問是否需要通航，當(dāng)?shù)玫叫枰ê酱饛?fù)后，進(jìn)入閘門開啟步驟；

所述的閘門開啟步驟為：液壓活塞機(jī)構(gòu)動(dòng)作，通過拉索驅(qū)動(dòng)閘門打開，閘門打開一定角度后，打開擱門器，使閘門被擱門器擋住，然后擱門器傳感器向現(xiàn)場控制單元發(fā)送閘門開啟安全信號(hào)；現(xiàn)場控制單元將交通信號(hào)燈模塊上的紅色交通燈轉(zhuǎn)換為綠色交通燈，指示船只通過船閘；

所述的閘門關(guān)閉步驟為：當(dāng)船只通過船閘后，測距傳感器監(jiān)測到船只與船閘的距離大于閘門的關(guān)閉安全距離后，交通信號(hào)燈模塊上的綠色交通燈轉(zhuǎn)換為紅色交通燈；擱門器復(fù)位，液壓活塞機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)閘門關(guān)閉。

優(yōu)選的，所述的船只請(qǐng)求通行步驟中，信號(hào)發(fā)送裝置收到船只需要通航答復(fù)后，測距傳感器采集船只的速度v1、船只與閘門的距離l，水流速度傳感器測量船只與閘門之間河道的水流速度v2，第二攝像頭開啟 并采集船只的航行角度a1，吃水深度傳感器采集船只的吃水深度h1；現(xiàn)場控制單元根據(jù)v1、v2、l、a1、h1，計(jì)算出閘門的開啟速度v3；所述的閘門開啟步驟中，液壓活塞機(jī)構(gòu)根據(jù)v3的大小調(diào)整其液壓力的大小。

優(yōu)選的，所述的船只請(qǐng)求通行步驟中，當(dāng)船只與船閘之間的距離小于設(shè)定值l0，且在一定時(shí)間t內(nèi)沒有得到船只的答復(fù)，則現(xiàn)場控制單元啟動(dòng)報(bào)警模塊向船閘監(jiān)控室內(nèi)的安保人員發(fā)出報(bào)警信號(hào)，同時(shí)啟動(dòng)水泵，打開安全閥門，將安全蓄水池內(nèi)的水通過引水槽從閘門一側(cè)的河道內(nèi)排出，以改變v2的數(shù)值，同時(shí)打開安全氣囊。

優(yōu)選的，所述的l0的計(jì)算方法為：閘門以最大開啟速度v3max開啟，船只以其最大航道限速vmax速度下運(yùn)動(dòng)，根據(jù)v2、l、a1、h1數(shù)據(jù)綜合計(jì)算出的船只與閘門之間不發(fā)生碰撞的最小距離lmin再加上一個(gè)安全距離la。

優(yōu)選的，所述的船只請(qǐng)求通行步驟中，信號(hào)發(fā)送裝置收到船只需要通航答復(fù)后，所述的第一攝像頭啟動(dòng)，采集的閘門啟閉情況，并將視屏數(shù)據(jù)通過信號(hào)發(fā)送裝置、多媒體接口分別傳送至通行船只的通信系統(tǒng)、船閘監(jiān)控室內(nèi)的現(xiàn)場控制單元；所述的閘門關(guān)閉步驟中，測距傳感器監(jiān)測到船只與船閘的距離大于閘門的關(guān)閉安全距離后，第一攝像頭內(nèi)的數(shù)據(jù)停止傳送給船只的通信系統(tǒng)，當(dāng)閘門完全關(guān)閉后，第一攝像頭關(guān)閉。

本發(fā)明具有以下有益效果：船閘開啟、船只通行、船閘關(guān)閉的整個(gè)過程都由現(xiàn)場控制單元自動(dòng)控制完成，且全過程都可以實(shí)時(shí)監(jiān)控，提高了船閘操作效率和安全性，對(duì)于不同噸位、速度的船只可以實(shí)現(xiàn)不減速通過船閘，提高船只通過船閘的效率，設(shè)置閘門安全保護(hù)裝置，可以有效的放置船只與閘門碰撞事故，且在船只失控后可以對(duì)船只進(jìn)行一定的減速，以減小碰撞能量。

附圖說明

圖1為船閘自動(dòng)控制系統(tǒng)正視圖；

圖2為船閘自動(dòng)控制系統(tǒng)俯視圖；

圖3為現(xiàn)場控制單元結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為監(jiān)測模塊結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為網(wǎng)絡(luò)通信模塊結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1-圖5所示的一種船閘自動(dòng)控制系統(tǒng)，所述的控制系統(tǒng)包括包括設(shè)置在航道相應(yīng)位置的閘首001、閘首001內(nèi)設(shè)置閘門002，閘門002與閘首001之間通過閘門控制機(jī)構(gòu)2連接；所述的閘門002的結(jié)構(gòu)為一字型或人字型。所述的閘門控制機(jī)構(gòu)2與設(shè)置在船閘監(jiān)控室內(nèi)的現(xiàn)場控制單元1連接。

所述的現(xiàn)場控制單元1包括cpu模塊11、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊12、監(jiān)測模塊13、網(wǎng)絡(luò)通信模塊14、報(bào)警模塊15、交通信號(hào)燈模塊16、照明模塊17；

所述的監(jiān)測模塊13包括設(shè)置在閘門控制裝置2上的閘門啟閉傳感器131、設(shè)置在船閘附近的水位傳感器132、閘門開度傳感器133、設(shè)置在船閘兩側(cè)的水流速度傳感器134、設(shè)置在船閘附近用于觀察閘門002啟閉情況的第一攝像頭135、設(shè)置在船閘兩側(cè)的測距傳感器136、設(shè)置在船閘附近用于觀察船閘兩側(cè)船只的第二攝像頭137，設(shè)置在船閘兩側(cè)河道內(nèi)的船只吃水深度傳感器138，設(shè)置在擱門器273上的擱門器傳感器139；

所述的網(wǎng)絡(luò)通信模塊14包括用于接收監(jiān)測模塊13中各傳感器信號(hào)的模擬信號(hào)接口141、數(shù)字信號(hào)接口142，用于接收船只通信設(shè)備信號(hào)的無線信號(hào)接口143，與船閘監(jiān)控室內(nèi)監(jiān)控設(shè)備連接的多媒體接口144、向船只和閘門控制裝置發(fā)送相關(guān)信號(hào)的信號(hào)發(fā)送裝置145。所述的報(bào)警模塊15分別與船閘附近設(shè)置的聲光報(bào)警器、船閘監(jiān)控室內(nèi)設(shè)置的聲光報(bào)警器連接。所述的交通信號(hào)燈模塊包括設(shè)置在船閘附近相應(yīng)位置的紅色、黃色、綠色信號(hào)燈。照明模塊17包括設(shè)置在閘門002附近的閘門 照明燈以及設(shè)置在船閘附近的航道照明燈。

所述的閘門控制裝置2包括閘門啟閉機(jī)構(gòu)、閘門安全保護(hù)機(jī)構(gòu)；所述的閘門啟閉機(jī)構(gòu)包括設(shè)置在閘首001上的液壓活塞機(jī)構(gòu)271，液壓活塞機(jī)構(gòu)271的活塞桿與拉索272的一端連接，所述拉索272的另一端與閘門002的一側(cè)連接，所述閘首001上相應(yīng)位置設(shè)置用于阻止閘門002移動(dòng)的擱門器273。

所述的閘門安全保護(hù)機(jī)構(gòu)包括設(shè)置在閘首001上的安全保護(hù)引水槽281，引水槽281的一端通過安全閥門282與安全蓄水池283內(nèi)的水泵284連接，另一端與閘首001兩側(cè)的河道連通。

所述的閘門安全保護(hù)機(jī)構(gòu)還包括設(shè)置在閘門001上的安全氣囊285。

對(duì)上述任意一種船閘自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行控制的控制方法，包括順序進(jìn)行的以下步驟：船只請(qǐng)求通行、閘門開啟、船只通過、閘門關(guān)閉；

所述的船只請(qǐng)求通行步驟為：沒有船只通行時(shí)，船閘為關(guān)閉狀態(tài)，閘門啟閉傳感器131監(jiān)測閘門002的狀態(tài)，測距傳感器136不間斷監(jiān)視航道，此時(shí)交通信號(hào)燈模塊16上的紅色交通燈打開；當(dāng)測距傳感器136監(jiān)測到有船只駛向船閘并與船閘之間的距離小于設(shè)定值l0時(shí)，信號(hào)發(fā)送裝置145向船只的通信系統(tǒng)發(fā)送信號(hào)，詢問是否需要通航，當(dāng)?shù)玫叫枰ê酱饛?fù)后，進(jìn)入閘門開啟步驟；可以通過提前開啟閘門002，減少船只在船閘外等待的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)船只在不減速的情況下通過船閘。

所述的閘門開啟步驟為：液壓活塞機(jī)構(gòu)271動(dòng)作，通過拉索272驅(qū)動(dòng)閘門002打開，閘門002打開一定程度后，擱門器273打開，使閘門002被擱門器273擋住，可以是在閘門002上設(shè)置凹槽，當(dāng)閘門打開一定程度后，擱門器273動(dòng)作并卡入閘門002的凹槽內(nèi)。擱門器273打開并擋住閘門002后，擱門器傳感器139向現(xiàn)場控制單元1發(fā)送閘門002開啟安全信號(hào)；現(xiàn)場控制單元1將交通信號(hào)燈模塊16上的紅色交通燈轉(zhuǎn)換為綠色交通燈，指示船只通過船閘；

所述的閘門關(guān)閉步驟為：當(dāng)船只通過船閘后，測距傳感器136監(jiān)測 到船只與船閘的距離大于閘門002的關(guān)閉安全距離后，交通信號(hào)燈模塊16上的綠色交通燈轉(zhuǎn)換為紅色交通燈；擱門器139復(fù)位，液壓活塞機(jī)構(gòu)271驅(qū)動(dòng)閘門002關(guān)閉。

由于不同船只的速度、航行角度、吃水深度不同，因此對(duì)于不同的船只來說，其l0的值也不同，因此更好的實(shí)施方式是，所述的船只請(qǐng)求通行步驟中，信號(hào)發(fā)送裝置145收到船只需要通航答復(fù)后，測距傳感器136采集船只的速度v1、船只與閘門的距離l，水流速度傳感器134測量船只與閘門之間河道的水流速度v2，第二攝像頭26開啟并采集船只的航行角度a1，吃水深度傳感器137采集船只的吃水深度h1；現(xiàn)場控制單元1根據(jù)v1、v2、l、a1、h1，計(jì)算出閘門的開啟速度v3；所述的閘門開啟步驟中，液壓活塞機(jī)構(gòu)271根據(jù)v3的大小調(diào)整其液壓力的大小，這樣可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于不同的船只在不同速度的情況下，都可以不減速通過船閘，且液壓活塞機(jī)構(gòu)271的壓力可以根據(jù)l0的不同進(jìn)行調(diào)整，以減小能耗。

所述的l0的計(jì)算方法為：閘門以最大開啟速度v3max開啟，船只以其最大航道限速vmax速度下運(yùn)動(dòng)，根據(jù)vmax、v3max、v2、l、a1、h1的數(shù)值綜合計(jì)算出船只與閘門之間不發(fā)生碰撞的最小距離lmin再加上一個(gè)安全距離la，即l0＝lmin+la。

當(dāng)遇到船只發(fā)生故障無法停船，或者夜晚航行時(shí)船只沒有看到船閘，且通信系統(tǒng)損壞時(shí)，則需要采取相應(yīng)的安全措施，因此更好的實(shí)施方式是：所述的船只請(qǐng)求通行步驟中，當(dāng)船只與船閘之間的距離小于設(shè)定值l0，且在一定時(shí)間t內(nèi)沒有得到船只的答復(fù)，則現(xiàn)場控制單元1啟動(dòng)報(bào)警模塊15向船閘監(jiān)控室內(nèi)的安保人員發(fā)出報(bào)警信號(hào)，同時(shí)啟動(dòng)水泵284，打開安全閥門282，將安全蓄水池283內(nèi)的水通過引水槽281從閘門002一側(cè)的河道內(nèi)排出，這樣可以改變水流速度v2的數(shù)值，從而對(duì)船只起到減速的作用，同時(shí)安全氣囊285打開，船只在行駛在閘門002前受到了水流的減速效果，再通過安全氣囊285，即可對(duì)船只和閘 門002提供安全保護(hù)。

為了讓船只和船閘控制室內(nèi)的人員都可以監(jiān)測閘門的開閉情況，更好的實(shí)施方式是：所述的船只請(qǐng)求通行步驟中，信號(hào)發(fā)送裝置145收到船只需要通航答復(fù)后，所述的第一攝像頭135、閘門開度傳感器133啟動(dòng)，采集的閘門的開啟程度數(shù)據(jù)和視頻信號(hào)，并將信號(hào)通過信號(hào)發(fā)送裝置145、多媒體接口144分別傳送至通行船只的通信系統(tǒng)、船閘監(jiān)控室內(nèi)的現(xiàn)場控制單元1；所述的閘門關(guān)閉步驟中，測距傳感器136監(jiān)測到船只與船閘的距離大于閘門002的關(guān)閉安全距離后，第一攝像頭135內(nèi)的數(shù)據(jù)停止傳送給船只的通信系統(tǒng)，當(dāng)閘門002完全關(guān)閉后，第一攝像頭135關(guān)閉。