水库水情数据采集与闸门自动控制系统的研究

发布时间：2019-10-14 07:29

【摘要】：水库是拦洪蓄水和调节水流的水利工程建筑物,可以利用来灌溉、发电、防洪,在上游河道适当位置兴建能调蓄洪水的水库,利用库容拦蓄洪水,削减进入下游河道的洪峰流量,实现防洪功能同时在汛期多蓄水。水库水情数据采集与闸门控制在大型、梯级水库应用广泛,受限于资金和人员技术水平,中小水库主要依靠人工观测、记录、报告水情信息和继电器控制闸门的方式,受限于自动化程度低,不能设定动态汛限水位来避免汛期结束时水库蓄水没有达到预定目标的情况。动态汛限水位在水库中的应用除受到历史数据资料、地理环境、可承受风险能力和理论计算的制约之外,水情数据监测的精准性和闸门控制的可靠性也是影响其应用的一个主要方面。 本文结合工程现场实际,提出了针对中小型水库的水库水情数据采集与闸门自动控制系统,集成水情数据监测子系统、闸门自动控制子系统与报警子系统。采用西门子可编程逻辑控制器S7-200PLC作为闸门控制核心,经由以太网协议和上位机力控组态软件建立通讯连接。S7-200PLC通过自身通讯端口PORT1与各从站智能仪表终端实现Modbus通信,来监控闸门状态,使其运行安全可靠。水情信息远程监测站通过GPRS协议和上位机建立通讯连接,数据采集电路将读取水情传感器的数据经过GPRS DTU传送至上位机力控组态软件,方便工作人员准确掌握水库的各类水文数据；PLC通过外加以太网模块CP243-1实现与力控组态软件通讯,力控组态软件把PLC传递过来反映闸门状态的数据处理,分析,在界面显示重要参数并提示相关预警信息,对运行中参数信号异常时启动保护功能以及故障自检功能,远程对闸门进行精准控制；上位机监测到水情数据异常,比如发生水库水位超过警戒线的情况,通过以太网发送信号给S7-200PLC:PLC调用子程序通过Modbus写命令发送一串事先定义好的数据给报警电路,报警电路进行数据比较,验证通过之后经由GSM模块发送报警短信给管理人员以便采取措施,这样就可以使水库在安全状态下运行了,同时提供精确的数据信息给防洪决策者。在承担一定风险的同时决策者可以根据及时可靠的水情数据制定合适的动态汛限水位,充分发挥水库防洪与兴利的功能。 论文重点研究水库水情数据的采集方法与闸门自动控制系统各子系统的独立运行和子系统集成,实现其自动化和智能化的控制策略。上位机读取自动上报的水情数据和反映闸门状态的参数,根据事先约定,对数据进行智能化处理,实现对水情数据的监测和闸门控制的自动化、智能化,到达约束条件报警提示并发送报警短信,实现对水库的监控,少人化运行创造了条件。
【图文】：

GPRS网络通讯示意图

于中等传输速率的应用环境，实现多主站之间在单元级进行数据通讯，通讯体系结构图如图2-4所示：T 应m层 ——处湖网络应用e 衣，—??数据农示S 会——瓦迹主机通m?4 {(r?输端到端连接 。3 网络/i! ——^址和磁短路松2 数掘链路反 ——*?接入介质1 物理——二进制传输图2-4通讯网络体系结构图DP.、PA以及FMS三种通讯方式的结合使得PROFIBUS现场总线在结构、性能和可靠性上占有优势。但是PROFIBUS协议规则要复杂，如果进行二次开发需要专用芯片才可实现，价格较高，不利于成本控制增加开发难度。6.工业以太网协议以太网的出现是实现办公自动化，提高办公效率，但是其在工业控制领域并没有广泛应用，这是由于它在设计之初就没有考虑到工业环境的特殊性，比如潮湿、高温、防尘等和实时监控等要求，，不能将它直接应用于环境恶劣的工业现场。17
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TV697.11;TV663

【参考文献】

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8 周怡

本文编号：2549160