水闸监控系统的设计与应用研究

论文摘要

随着信息化在水利行业的大力推广,作为水利信息化的重要组成部分的水闸监控系统也日益受到重视。利用先进的计算机网络技术、自动控制技术、通信技术和传感器技术建立水闸监控系统,实现水闸的集中控制和管理,对防治水害、加强水资源统一管理、降低运行成本、保障水利持续发展具有十分深远的意义。首先对系统总体框架进行了研究与设计。介绍了系统设计原则,分析了系统功能特点,讨论了系统通信方式,分析了分布式闸门控制和集中式闸门控制两种系统结构,在此基础上结合现场监控系统的实际情况提出了以工业以太网为主要通信平台的分层分布式结构的设计方案,并对其硬件组成、软件方案和系统保护措施进行了介绍。对于闸门启闭控制,为了减小启动时对电动机的冲击电流、热冲击负荷及对电网的影响,研究了软启动原理、特性、类型,设计了软启动控制电气原理图,并详细介绍了电机软启动的工作流程,实现了对闸门启闭电机的软启动控制、运行监视和保护。闸门升降控制采用具有体积小、起重量大、负载刚性大、自动化程度高、安全可靠性好等特点的液压启闭机控制闸门升降,介绍了液压控制系统工作原理和控制要求,同时针对液压启闭过程中同步策略进行了研究,给出了一种解决方案,实现了闸门的可靠升降控制。在上述研究的基础上,进行了现控层和集控层控制的软硬件设计,包括现场数据的采集、逻辑控制单元、系统通信网络的构建,监控组态软件的应用和设计等,给出了一个完整的水闸监控系统的设计和实现过程。最后,本文通过将模糊控制与PLC相结合,设计了一种水位模糊控制器,利用PLC实现模糊控制,既提高了系统的自动化水平,又提高了控制系统的智能化程度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究目的与意义
• 1.2 国内外研究概况及发展趋势
• 1.2.1 水电利自动化发展历程
• 1.2.2 水闸监控系统发展概况
• 1.3 论文的主要研究内容
• 第2章 闸门监控系统总体设计
• 2.1 系统设计原则
• 2.2 系统功能分析
• 2.2.1 现地监控站功能分析
• 2.2.2 中心监控站功能分析
• 2.3 系统总体框架设计
• 2.3.1 系统网络通讯方式确定
• 2.3.2 系统结构分析与确定
• 2.3.3 系统硬件组成
• 2.3.4 系统软件方案研究
• 2.4 系统保护措施研究
• 2.5 本章小结
• 第3章 闸门的液压启闭控制
• 3.1 液压启闭系统介绍
• 3.2 液压系统工作原理
• 3.3 液压启闭控制要求
• 3.4 液压启闭机同步方案与策略研究
• 3.4.1 同步控制策略研究
• 3.4.2 纠偏原理与控制流程图
• 3.5 本章小结
• 第4章 电机的软启动控制
• 4.1 软启动技术研究
• 4.1.1 软启动技术应用的必要性
• 4.1.2 软启动器与传统启动器的比较
• 4.2 软启动器启停控制模式研究
• 4.3 软启动器应用分析
• 4.4 软启动器电气原理图设计
• 4.5 程序流程图设计
• 4.6 本章小结
• 第5章 闸门监控系统实现
• 5.1 数据采集单元实现
• 5.1.1 水位采集
• 5.1.2 闸门开度采集
• 5.2 逻辑控制单元实现
• 5.2.1 PLC选型
• 5.2.2 闸门控制方式分析
• 5.2.3 系统监控点分析
• 5.2.4 PLC输入输出点配置
• 5.2.5 电气控制回路设计
• 5.2.6 PLC控制程序设计
• 5.3 系统通信网络构建
• 5.3.1 以太网技术的应用结构分析
• 5.3.2 上位机与PLC的通信网络构建
• 5.4 组态软件在上位机软件开发中的应用
• 5.4.1 组态王软件特点
• 5.4.2 上位机监控系统软件的结构设计
• 5.4.3 功能模块设计
• 5.5 本章小结
• 第6章 模糊控制在水位控制中的应用
• 6.1 闸站水位控制中运用模糊控制问题提出
• 6.2 水位模糊控制器的设计
• 6.2.1 模糊控制器原理
• 6.2.2 水位模糊控制器设计
• 6.3 基于PLC的水位模糊控制器的实现
• 6.3.1 输入量的模糊量化及其程序设计
• 6.3.2 模糊控制表查询的程序设计
• 6.4 本章小结
• 第7章 总结与展望
• 7.1 研究工作总结
• 7.2 研究工作展望
• 参考文献
• 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢