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　基于PLC的水库闸门控制系统设计

一、选题的依据和意义、国内外有关动态：

1、背景及意义

随着国民经济的迅速发展,汤河水库特别是“引兰入汤”工程的竣工及下一步“引细入汤”工程的启动,必将在社会经济发展中起着越来越重要的作用。但是,汤河水库现行的工程管理方法还是传统的人工管理模式,特别是闸门启闭均采用现地控制,故障率高。这种人工管理模式严重地制约着水库自身的发展和国家建设对水利工程的总体要求。因此,建设汤河水库的闸门远程控制系统,实现水库大坝的安全管理、闸门及防洪调度等方面的自动化是非常必要的。

闸门控制系统主要应用于污水处理厂、水电厂、水库、河道和洪水渠等，担任了汛期水库泄洪等任务。其动作是否正常，直接影响到群众的生命财产安全，因此对闸门进行实时监控成为闸门控制系统的关键。

2、研究现状

当前我国水利设施控制系统的技术水平参差不齐，有极少部分计算机网络化的、联合各种高效工控设备的全自动化控制系统，也有部分比较注重系统成本、采用一般高效而可靠的有性价比的工控装置实现闸门控制，比如采用PLC、单片机等等。大部分设备的维修方式落后，电气控制元件配置落后。

传统闸门控制系统没有实时的流量数据记录，也没有很精确的水位数据计量工具，不能根据水位的细微变化在第一时间内预防险情（比如洪水来临时）的发生，往往是在水位已经在安全范围外时才采取控制措施，系统响应迟钝，预防及抵抗灾情的能力较弱。

常规的控制方式导致人员臃肿，分工过于繁密、复杂。工作效率低，在浪费了大量人力与物力的同时又不能充分发挥每个人的效能，因此迫切需要进行闸门自动化控制系统改造。

因此本论文以实现PLC在闸门启闭机的现代化管理和控制为背景，设计了利用PLC 根据各种传感器的采集信号，自动去控制闸门的运行，去调节水位流量等信息。

3、文献综述

   （1）建设闸门远程控制系统的必要性

    随着国民经济的迅速发展,汤河水库特别是“引兰入汤”工程的竣工及下一步“引细入汤”工程的启动,必将在社会经济发展中起着越来越重要的作用。但是,汤河水库现行的工程管理方法还是传统的人工管理模式,特别是闸门启闭均采用现地控制,故障率高。这种人工管理模式严重地制约着水库自身的发展和国家建设对水利工程的总体要求。因此,建设汤河水库的闸门远程控制系统,实现水库大坝的安全管理、闸门及防洪调度等方面的自动化是非常必要的。　　

  （2）闸门控制系统的功能实现

水库的运行管理在大坝与调度楼之间架设一条多芯光缆,传输大坝运行的全部数据、图像,实现远程电视监控,这样既满足数据传输的要求又可避免雷击。除电视监控外,闸门启闭运行、管道供水计量、雨量遥测、水文水情、大坝及电站运行状况等的数据均可通过该线路得到高保真传输,并可通过已经建成的微波通讯系统将信息传至辽阳办事处的办公楼,使办事处工作人员能随时掌握水库的运行状况,进行科学管理和调度。

闸门运行自动控制系统溢洪道及输水洞闸门启闭设计成分布式控制,经现地电测传感器采集信号并输出,实现闸门启闭现地与远程控制,闸门开度自动测量,闸门启闭限位保护。必要时,管理局控制中心能够实现实时监控坝上设备的运行,并可由预留接口实现与上级管理机的互连。闸门开度是决定下泄流量的重要参数之一,也是实际工程中靠人工方法难以精确定位的现场操作。按当前闸门启闭的要求安装闸门开度的自动测量传感器,启闭闸门时,由传感器获取的数据传入计算机系统进行数据处理,完成开度的测量、显示与远程传输;开度数据可在现场显示,同时进入网络传给远端的计算机;启闭闸门时可以实时地观察到闸门的开度,闸门运行到上、下极限位置时由计算机自动发出限位命令,控制闸门启闭机停机,防止发生越位事故。启闭闸门时可按预置的开度自动运行到位后停机。

更新现有的启闭设备,实现闸门启闭的手动与自动控制,现地与远程控制,闸门开度的自动测量与指示,配合闸门的开度测量和对库水位的检测与数据处理。控制系统由逻辑功能器件、指令操作器件、控制器件、测量指示仪表、指示仪表、控制箱和控制软件等构成。数据采集系统由电测传感器、闸门开度、一次仪表、二次仪表、数据采集卡、计算机及其软件构成。通讯系统包括计算机终端、调制解调器、通讯线路和计算机软件等。防雷保护系统是自动化对全部的传感器、通讯端口和动力电源加装防雷隔离器,保护设备,减少雷击的损失。输水洞工作闸门液压启闭机电气控制系统对液压主回路、动力油缸回路电磁换向阀等进行集中控制。　　软件实现的功能:人机对话输入开度后控制闸门启闭到预置值,实时监测、指示闸门开度状态,具有完善的报表制作功能,布完善的系统配置、安全保密等系统关联功能。

本系统改变了传统的继电器控制模式,采用了固态预编程控制模组结构,固态程序不易丢失,一旦出现故障,直接更换模组,提高了控制系统的可靠性。

远程电视监控系统系统组成:本系统能够全面不间断地监视溢洪道闸门的运行状况,控制中心设在管理局调度楼内,距汤河水库大坝约2 km,采用光纤传输视频信号和控制电信号到调度楼监控中心,再由微波信号无线传输到辽阳办事处办公楼,管理人员通过传输过来的数据和图像进行分析之后再下发指令。汤河水库调度楼与辽阳办事处办公楼之间的微波信号无线传输设备具有两级控制的闭路电视监控系统。　

A、信号的传输方式和监控中心的组成。监控中心接收水库大坝端通过光缆传输系统传送过来的各路摄像机视频信号,视频信号和控制电信号通过光端机变成光信号进行传输,再经过另一端的光端机变成电信号进行处理,经过处理还原成图像。监控中心主控设备由主控制台、监视器、长时间录像机、系统控制计算机、视频矩阵/切换控制器、视频分配器、控制码分配器、光端机和系统电源组成。　

B、前端设备。前端设备包括全天候摄像机、室外解码器、光端机和电源等设备。全天候摄像机由彩色摄像机、三可变镜头、电动云台和防护罩组成。全天候摄像机安装在大坝左右岸、溢洪道上、下游侧和电站内等重要部位,用于监视库区、大坝、闸门、电站发电机组等实时运行情况。通过该系统管理人员能够实时、直观地了解和掌握水库库区、大坝、电站和坝下的现场情况,为水库的工程管理提供了可靠保证。　

计算机网络系统

A、系统构成和软件配置。汤河水库计算机网络系统由汤河和辽阳办事处两个局域网(LANa和LANb),再经过微波通信线路连接构成。整个网络系统基于企业内部互联网(Internet),在速率为10OMbps的高速信息交换环境下的企业管理信息系统下工作。网络操作系统为Win-dows200O Server,数据库管理系统为Microsoft SQL Server,用户环境网上浏览支持WWW,电子邮件支持E-mail,网络域名管理支持DNS域名解析,客户机平台为Windows98、Windows ME等中文操作系统。

B、设备配置。LANa和LANb两个局域网均配置两台服务器,一台网络服务器,一台数据交换机代替路由器,设14个终端;还配置了用于网络服务和支持网络运行的网卡、扫描仪、网络激光打印机和稳压电源等。　　

   水库闸门远程监控系统采用了当前国际上先进的自动化管理技术,成为水库兴利减灾、防洪调度的重要技术手段。所选设备具有技术性能优良、功能完善、性能稳定、系统维护方便、软件功能工程管理论文实用等特点。同时,整个系统采用模块化开放式结构,留有与其他系统的接口,在需要时可以随时扩展。该系统在汤河水库建成运行后,效果良好,通过对闸门进行实时监控,水库工程管理部门能够及时、准确地掌握相关资料,对水库的防洪调度、科学管理等都提供了可靠保证,也为领导正确决策提供了科学依据。

（4）参考文献

[1]李树雄.PLC原理与应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，2006.

[2]徐昌荣.PLC工程应用实例解析[M].北京：中国电力出版社，2007.

[3]方承远，张振国.工厂电气控制技术[M].北京：机械工业出版社，2006.

[4]祁文钊.CS/CJ系列PLC应用基础及方案[M].北京：机械工业出版社，2006.

[5]罗强,栾俊亮,李忠国・自动化安全监测系统在太平湖水库工程中的应用[J]・水利科技

  与经济,2002,8(1):50-51・

二、论文的基本内容和预期目标：

在充分了解PLC控制闸门的国内外的先进方式和广泛搜集各种资料的基础上，考虑到成本等方面需选用价格低和性能好的元器件。综合上述闸门的控制现状和缺点，因此闸门自动控制的具体任务和目标如下：

具体任务：

    1、根据题目要求，查阅相关科技文献，PLC结构及工作原理；

2、根据设计任务要求，查阅相关资料，设计硬件电路；

3、程序设计；

4、软件编程、调试，及完成相应组态软件的功能；

5、撰写毕业论文；

6、完成指定内容的外文资料翻译。

预期目标：

  1、数据部分：

（1）.数据采集：要求系统有接收各地监控单元发送的操作和事件数据，存入实时数据库，用于画面更新，控制调节，趋势分析，打印记录。

（2）.数据处理：监控应用软件的数据处理功能包括计算各闸门流量并进行统计，水位-流量-开度的相关计算：进行数据编码，校验传输误差及数据传输错差控制，生成数据库，显示，打印。

 2.显示监控

（1）监视：现地监视主机能通过界面和菜单选择，对闸站主要运行参数，检测量，统计量，故障，状态，以及文字，图形，曲线等形式进行动态显示

（2）运行人员应能通过CRT，键盘，鼠标等，对被控对象进行调节和控制。

 3.通信功能：系统应具有与现地监控单元通信，向现地监控单元发送指令，并接受各地现地监控单元上送的信息；

 4.闸站运行管理：闸站监控主机应具有累计闸组开停次数，本次开机运行时数，累计开闸运行时数。

三、拟解决的主要问题、研究方法：

1、首先阅读大量的资料，得出研究思路。

2、根据思路有逻辑的去研究本课题，其中包括在实验室做实验，用仿真软件进行仿真。

3、遇到问题，首先要独立思考，如果自己解决不了就请教指导老师。

四、主要参考文献：

[1]李树雄.PLC原理与应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，2006.

[2]徐昌荣.PLC工程应用实例解析[M].北京：中国电力出版社，2007.

[3]方承远，张振国.工厂电气控制技术[M].北京：机械工业出版社，2006.

[4]祁文钊.CS/CJ系列PLC应用基础及方案[M].北京：机械工业出版社，2006.

[5]罗强,栾俊亮,李忠国・自动化安全监测系统在太平湖水库工程中的应用[J]・水利科技

  与经济,2002,8(1):50-51・

[6]牛广文，边玉国，PLC与组态软件在闸门监控系统中的应用[J]。智能电器及计算机的应

  用，2007，（13）：24-26.

[7]方承远，张振国。工厂电气控制技术[M]。北京：机械工业出版社，2006。

[8]王树东。基于PLC和GSM 的水监测系统设计与实现[J]。工业仪表与自动化装置，2007，

  （4）：17-19。

[9]单长考。PLC在西河闸监控系统中的应用[J]。工矿自动化，2005，（6）：79-80。

[10]王定一。水电厂计算机监视与控制[M]。北京：中国电力出版社，2001。

[11]李树雄。PLC原理与应用[M]。北京：北京航空航天大学出版社，2006。

写作进度及具体时间安排

起止日期

主要研究内容

2012.3.1-2012.3.10

开题报告、写作提纲初稿、写作提纲定稿

2012.3.11-2012.3.25

毕业论文初稿、毕业论文二稿、毕业论文定稿

2012.3.26-2012.3.27

准备答辩

指导教师对开题报告的意见

指导教师签名：

  年    月     日