一种单片机闸门控制系统的设计-2017年陕西省水利科技

一种单片机闸门控制系统的设计-2017年陕西省水利科技
采用51单片机开发一套控制器，用于控制设备正反转运行，测量设备正反向受力、设备运
行距离，3项外围硬接点保护（热继电器过流、正向限位、反向限位），3项软保护（正向
力过大、反向力过大，运行到位）
二、启闭机受力测量和保护方法的设计
螺杆闸门启闭机受力保护测量一般采用电机侧动态扭矩测量并换算到闸门受力，这种方法在
启闭机传力系数发生变化时不能正常反应闸门受力，容易产生保护动作不及时，损坏闸门螺
杆的情况（这种情况很多）。

本此设计采用直接测量法，即采用拉压力传感器直接测量启闭机与闸房基础之间的拉力和压力，并设置启闭机拉力最大值和压力最大值，保证设备安全。

三、闸门开度测量和保护方法的设计
闸门开度目前最常用的方法是自收缆式或齿轮式闸位计，这种闸位计均采用绝对编码器实现
测量，这种设备结构复杂，机械基础方法并不友好，特别是闸门启闭机的扭曲会严重影响测
量结果
本次设计采用激光测距的方案，采用0-5米激光雷达测距模块，该模块测距频率高，较为准确，采用TTL电平与单片机连接方便，可直接通讯读取测量值。

并方便设置上下限位值（软
保护）但不论测量结果如何，机械上下限位绝对要保留，以防止极限情况的发生。

四、输入输出信号及系统结构设计：
1、输入：一路TTL串口输入（激光测距传感器），一路正负mV极电压输入（拉压力传感器），3路无源开关量输入（3项保护，均为常闭），四个按钮分别是设置（按钮1）、正向
运行（按钮2）、反向运行（按钮3）、停止（按钮4）。

2、输出：一个1602A液晶（人机对话）、两路继电器输出（输出端380V，3A，用于控制外
围接触器控制设备正反运行）。

五、系统功能设计
1、设置：按设置（按钮1）超过2秒，设备进入设置状态，分别设置拉压力量程、正向最
大力（+正值最大）、反向最大力（-负值最大）、0点（设备自身有重量，需要经过设置后
减掉设备自身重量）、激光测距0点（安装原因），运行最远距离。

设置完成后，退出设置
并保存。

2、运行：正向运行（按钮2）控制继电器1为设备正向运行，反向运行（按钮3）控制继电
器2为设备反向运行，停止（按钮4）为停止设备运行。

运行中正反向运行互锁，必须先停
止设备，再向另一个方向运行。

3、保护：热继电器保护动作（常闭打开），屏幕显示“过电流故障”，，设备停止，不能运行，直到复位（常闭恢复）后才能操作；
正向限位保护动作（常闭打开），设备停止，屏幕显示“上限位动作”，设备只能向反向运行，直到复位（常闭恢复）后才能正向操作；
反向限位保护动作（常闭打开），设备停止，屏幕显示“下限位动作”，设备只能向正向运行，直到复位（常闭恢复）后才能反向操作。

正向力大于正向最大力设置（超出范围），设备停止，屏幕显示“压力过大”，按设置（按钮1）1秒后恢复，设备可重新操作；
反向力小于反向最大力设置（为负值，超出范围），设备停止，屏幕显示“拉力过大”，按设置（按钮1）1秒后恢复，设备可重新操作。

当距离测量值为0时，停止设备，提示“下限到位”，设备只能正向运行；当距离测量值大于设置最远距离值时，停止设备，提示“上限到位”，设备只能反向运行。

总结
本系统设计简洁，对闸位和闸门受力直接测量，保护和控制思路合理。