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基于PLC的水闸监控系统的设计及仿真实用文档doc.doc

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基于PLC的水闸监控系统的设计及仿真实用文档doc.doc

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基于 PLC 的水闸监控系统的设

计及仿真【实用文档】doc

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第一章绪论

１.1　研究闸门监控系统的意义及目的

随着国民经济及科学技术的进一步发展，科学管理水资源越来

越显示其重要性和必要性，尤其是在我国水资源并不充裕的情况下，

水资源必然成为国民经济发展及人民生活水平提高的制约因素。故要

从工程水利向数字水利转变，从传统水利向现代水利转变。进一步发

挥水利工程效益，提高供水设备的准确性和可靠性,已成为当前的迫

切任务。

【1】

因而对水库闸门监控系统的研究，有利于我国水资源的

合理利用，对解决我国将来的水资源短缺问题将具有重要的战略意义。

首先，利用闸门监控系统，可以实时跟踪、监控闸门开度、

水位数据，为合理调度水资源提供第一手数据资料.根据闸门上、

下游水位以及闸门的当前开度,再根据水资源调度的具体需求，

从而确定出当前闸门的具体控制方案。上游水位高，而此时上游

的用水量也呈现增长趋势,那么此时不要急于提升闸门，而要等

到上游用水量需求趋减，而下游需求呈现增加趋势时,则可以考

虑提升闸门，当关闭闸门时，情况与上述相反.

其次，闸门监控系统在泄洪抗灾、水利发电等方面具有不可

替代的作用。在江河、湖泊发生洪水时，水位数据变化大,变化

很迅速，此时靠人工的手段很难跟踪这些数据变化的.而且此时

也要求快速准确的对闸门实现精确控制,这也是手工操作所做不

到的.在水利发电中,为了保证水利发电的可靠性，提高发电的质

量，更离不开对闸门的实时监控.

最后,采用闸门监控系统可以为我们节省大量的人力、物力、

财力,真正实现了“无人值守，少人值守”。过去水资源调度中，

手工操作既费时，又费力，而且达不到良好的控制效果，使用闸

门监控系统后，我们可以在远离现场的控制室里，对闸门、水位

的各项数居进行实时记录，以及实现对闸门的实时,远程控制。

1.2 闸门监控系统国内外研究概况

在水工建筑物的固定式和移动式机械中占有重要地位的闸门启闭机

械，早期以绳毅式、链条式、多节拉杆式为主,但由于其操作的不是

自由悬挂的重物,而是沿导向门槽作上下移动或者是绕着支绞作旋转

运动的闸门。可靠性，安全系数低，很难精确的控制。

随着经济和液压技术的不断发展，传动稳定的液压启闭机逐步取

代了那些比较落后的绳毅式、链条式、多节拉杆式的启闭机.作为一

种比较完善而又经济的先进的传动装置，其动力机构为油缸，由于油

缸能够产生很大的下压力，所以,当采用液压启闭机操作闸门下降时,

闸门就无需加重,因此也就可以减少驱动装置的额定启升容量。

1。2.1 传统液压启闭机控制系统主要存在着以下缺点和局限性

［2]

首先,在硬件上,传统的液压启闭机控制系统通常是采用继电接

触器线路来控制闸门的运行。这种系统的最大缺点就是线路复杂,维

护工作繁重，操作麻烦,可靠性低，故障率高。另外，当控制系统需

要改进时，就必须改变整个控制线路，实现起来十分麻烦。

其次，在控制规模上，传统的液压启闭机控制系统通常只能对水

电站的单个闸门的运行进行控制，而不能对整个水电站进行自动控制。

最后在远程通讯上,传统的液压启闭机控制系统的通讯功能基本没有,

只能传送执行闸门的开、关、停等几个开关量信号,而根本不能传送

整个水电站所有电气自动化设备的状态信号,更不说远程控制这些电

气自动化设备，和根据电机组的生产需要自动调整闸门开度。

１。２．2 在液压启闭机控制系统中采用自动控制及监控的重要性

鉴于液压启闭机控制系统控制的对象和工作的实际环境，在液压

启闭机控制系统中采用自动控制及监控是十分必要的：

首先，液压启闭机的控制系统不仅关系闸门的正常运行，而且还

维系到当地的生命、财产安全。而早期的继电回路控制模式的液压启

闭机控制系统采用人工手动控制,自动化程度低，操作一台闸门要多

人协同完成，因而操作耗时较长，生产效率极其低下,而且一旦遭遇

多年罕见的洪水,可能延误泄洪，对大坝安全是一个潜在的隐患,因而

提高液压启闭机控制系统的自动化程度是极其重要的任务。

其次，通过在液压启闭机控制系统采用上位机监控,使得操作人

员可通过上位机极其容易的控制各个闸门的开、闭及开度的大小,而

且通过上位机中与实际现场同步的实时动画监控，操作人员无需到现

场观察即可准确掌握到各个闸门所处的状态和其它设备的运行情况,

使得水电站得以推行无人值班、少人值守的生产管理模式，提高了生

产效率。

1.2.3 基于ＰLＣ的闸门远程监控系统提出

一种典型的水闸自动化监控系统，其现地控制单元 LＣU（Lｏcal Ｃ

ontrol Ｕniｔ)有的采用８位或 16 位单片机，致命的缺点是不便于扩

充;而可编程控制器（Prｏgｒａｍｍaｂle Ｌoｇic Contrｏlleｒ)

简称ＰLC 因其具有逻辑判断、定时、计数、记忆和算术运算、数据

处理、联网通信及 PＩD 回路调节等功能在闸门监控系统中得到了广

泛的应用。ＰLC 更符合工业现场的要求：高可靠性、强抗各种干扰

的能力、编程安装使用简便、低价格长寿命。

由于传统的液压启闭机控制系统存在控制线路复杂，维护工作繁

重,可靠性低,不能对整个水电站进行自动控制，远程通讯能力欠缺等

缺点和局限性,所以越来越不能满足水电站的生产发展。

基于ＰLC 和液压启闭机控制系统的闸门监控系统，由于其控制

方式的优越性，使它非常有效地解决了传统液压启闭机控制系统存在

的缺点和局限性：

首先，在硬件上，由于基于 PLC 和液压启闭机控制系统,采用可编

程逻辑控制器与上位机组成的控制网络作为主要控制设备,所以控制

线路相对传统液压启闭机控制系统要简单的多,而且可靠性高，只需

要修改控制程序就可达到改善控制的要求.

其次,基于 PLC 和液压启闭机控制系统，采用的是分层分步式控制

结构，实现了对闸门的远程监控和多级管理。

1.3 论文的主要研究内容

本论文所设计的基于PＬC的闸门控制系统，摒弃水电站闸门的传

统继电器控制和卷扬启闭机正反转控制闸门升降的模式；采用PLＣ

和液压控制的模式对闸门进行控制.将控制系统分为集中控制单元层

(上位机）、远程控制层(中心站）和现地控制层（现地设备）三级。

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