灌区水泵开题报告.doc

电信学院毕业设计（论文）开题报告姓 名王琪专业自动化 班级2班学 号08220202指导教师刘朝荣题目类型工程设计题 目灌区泵站控制系统设计一、选题背景及依据（简述题目的技术背景和设计依据，说明选题目的、意义，列出主要参考文献）1.设计技术背景：灌区泵站在当今的农业生产和生活领域应用广泛，早期水泵控制缺乏完整的自动控制机制，不仅浪费大量的人力和物力，并且灌溉效率不高，不能满足生产 的实际需要。泵站动力系统设计、灌溉方式等不合理,造成水资源浪费严重、生产效率低下,加剧了水资源短缺的现状目前我国多数泵站设计不合理,设备老化陈旧,自动化水平不高,效率低,能源消耗大。因此需要建立灌区自动化监控系统。泵站建立独立的功能完善的就地自动化控制系统，建立集中监测和控制室，实现泵站的自动化运行控制。泵站内各种设备的运行均由泵站就地控制系统直接控制，泵站就地控制系统是根据液位等泵站运行情况来进行控制的。设计上采用以计算机控制技术和电缆通信为核心的集控系统，对灌区运行状态、水位、水量进行监控。计算机的自动化管理，灌区的自动化程度反映了当地的农业发展程度，对现在工业计算机控制的使用程度越大，通过上位的监控画面可以对水罐的水位和水的使用流量一目了然，在适当的时候开启进出水阀门，充分的利用水源和节约电源，并且可以大大减轻了操作和观测人员的劳动强度，从而提高了灌区用水管理效率。构建一个以泵站监控系统实现灌区计算机自动化运行、管理的目标。上位机采用组态监控，下位机采用plc，S7- 200 系列PLC 可满足各种自动控制需要外,还有良好的扩展性、低廉的价格以及强大的指令功能, 使其完全满足小规模的控制要求。基于S7- 200系列PLC 以上特点, 用于我国小型水电站自动化系统, 可以很好地解决实际问题, 实现无人值班, 少人值守。2.主要参考文献：1常用plc应用手册 何衍庆 【M】北京 电子工业出版社 2006 2autocad 2008应用与实例教程胡炜【M】中国电力出版社 2008 3西门子s7-200 plc 赵景波【M】 机械工业出版社 2001 4step-7编程使用手册 5 沈建荣，景电灌区计算机自动化运行管理系统探讨【J】甘肃水利水电技术 2002 38期第2卷，149二、主要设计（研究）内容、设计（研究）思想、解决的关键问题、拟采用的技术方案及工作流程1.设计内容 本次设计的研究内容是建立一个灌区泵站自动控制系统，用来提高水资源的利用率和减现场的人为手动操作，建立监控中心，集中管理所辖各种泵站。其主要的设计研究思想是利用计算机控制，也就是计算机监控管理中心作为控制和管理的核心，利用电缆通信与水泵基站通信控制，本次设计拟用一级泵站设计，如果需要进行扩大可继续采用无线通信技术与各级泵站进行信息交互。整个系统要做到对现场采集到的变量进行实时上传，并且记录数据和信息，同时根据当地的用水情况和水站的水位和流量对进出水阀门进行控制，水泵电机的工作和停止也是由此而定的2系统组成（设计思想）下位机采用PLC, 编程软件采用S7- 200 系列的软件STEP7 Microwin32, 实现各机组的数据采集、开关量控制、频率和相位的实时检测、数据通信等功能。将位于各个区域的本地监控集中起来构成完整的区域监控系统，通讯线路可以按照现场环境决定，光纤传输能满足数据和图像的传输。泵站1也就是基站，将一个现对完整的泵站监控系统表述出来，一套PLC实现对一个或者几个监控对象的监测与控制，数套PLC实现现场的水泵、闸门、保护设备、供电系统的监测与控制最后集中连接到本地的网络交换机。对于以上的要求主要采用上位控制和下位监控：监控对象位于层次结构的最下层，主要为监控、监测的设备，由水泵、闸门、配电设备、水位/流量、安全防护等组成。位于控制对象的上层为仪表设备，对于水位的监测是通过水位仪来完成的，闸门的开度是通过闸门开度仪来实现，软启器保护、水泵状态信号。制层实现对监控对象的控制，包括命令的解释、执行以及保护，控制层相对比较关键，尤其是对机电设备的保护控制相当重要，所有设备的控制逻辑均在控制层完成，即PLC控制实现。灌区泵站自动控制系统应具备如下功能：数据采集与处理；运行监视和事故报警；控制与调节；数据通讯等。3设计过程中要解决的问题（1）数据采集与处理将现场设备的各种运行参数和设备运行状态通过I/O通道，经过必要的数据处理后形成各类实时数据。从宏观上讲，现场数据 采集的对象不仅包括本次监控系统的所有设备以及电气部分的内容外，同时还包括现场的视频信息。这里主要强调的数据采集与处理主要包括如下类型：a数字量（模拟量）的采集与处理对内外河水位、水泵、闸门开启高度、电气运行参数（变配电的低压电气系统）等参数、越限报警进行周期采集，最后经格式化处理后形成实时数据并存入实时数据库。b开关量的采集与处理对事故信号、开关量信号等，计算机自动控制系统应能以中断方式迅速响应这些信号并作出一系列必要的反应及自动操作。 对各类故障信号、辅助设备运行状态信号、手动自动方式选择的位置信号等非中断开关量信号，计算机监控系统对这些信号的采集方式为定期扫查。对信号的处理包 括光电隔离、接点防抖动处理、硬件及软件滤波、基准时间补偿、数据有效性合理性判断、启动相关量功能（如启动事故顺序记录、发事故报警音响、画面自动推出 以及自动停机等），最后经格式化处理后存入实时数据库。信号c、量值及状态设定由于设备原因而造成的信号出错以及在必要时要进行人工设定值分析处理的信号量，计算机自动控制系统应允许运行值班人员和系统操作人员对其进行人工设定，并在处理时把它们与正常采集的信号等同对待，计算机自动控制系统可以区分它们并给出相应标志。（2）运行监视和事故报警a.运行实时监视计算机自动控制系统可以使运行人员通过屏幕对节制闸各主设备的运行状态进行实时监视。所有要进行监视的内容包括当前各设备的运行及停运情况，并对各运行参数进行实时显示。b.参数越限报警记录计算机自动控制系统将对某些参数以及计算数据进行监控，对这些参数量值可预先设定其限制范围，当它们越限及复限时要作相应的处理。这些处理包括 越限报警、越复限时的自动显示、记录和打印；对于重要参数及数据还应进行越限后至复限的数据存储及召唤显示；启动相关量分析功能，作故障原因提示，对于一 些重要参数要有趋势报警。c.事故顺序记录当发生事故造成跳闸动作等情况时，自动控制系统应立即以中断方式响应并自动显示、记录和打印事故名称及时间；记录和打印相关设备的动作情况、自动推出相关画面、作事故原因分析及提示处理方法，系统应能将发生的事故及设备的动作情况按其发生的先后顺序记录下来。（3）控制与调节1）控制对象：水泵、水闸、低压电气设备等。2）控制方式当控制方式切换到计算机控制为主方式时，集控中心值班人员通过主控站工控机人机接口对设备进行监控，主要有：（a）自动完成开、停机和泵闸启闭；（b）电气设备开关合/分操作；（c）各种辅助设备的操作；（d）各种整定值和限值的设定；（e）各种信号处理。3）泵的顺序控制当泵组开、停机指令确认并下发后，计算机监控系统能自动推出相应机组的开、停机操作过程监视画面。画面上反映操作全过程中所有重要步骤的实时状 态、执行时间及执行情况，当操作受阻时及时提示受阻部位及受阻原因。机组的开、停机操作允许开环单步运行和闭环自动运行。计算机监控系统能自动识别在不同 方式下的开、停机操作要求并作4）控制与调节方式当控制方式切换到计算机控制为主方式时，控制室值班人员通过工控机人机接口对设备进行监控，应能完成下列内容：按给定流量自动完成开闸、关闸操 作；按给定开度自动完成开闸、关闸操作；闸门运行过程中遇到意外情况时在监控主机以及现地进行急停操作； 电气设备开关合/分操作；各种辅助设备的操作； 各种整定值和限值的设定。表格类包括参数及参数给定值、特性表、定值变更统计表、各类报警信息统计表，操作统计表、各类运行报表、运行日志、水文特征值等。4.拟采用的设计方案1）监控方案的选择 根据设备运行操作的频繁程度以及当系统运行条件变化对运行系统的敏感程度、影响大小, 将运行设备分成快速系统和慢速系统。快速系统中对于重要的运行参数如进水池水位、出水池水位、泵站流量等进行实时自动监测记录、输出、通讯等, 使泵站运行在安全高效、经济合理的状态下, 直接降低设备故障, 延长使用寿命。对于慢速系统如闸门启闭、定位等, 因其每年的动态运行次数极少, 多数时间处于静态下运行, 仍采取手工操作与巡检的工作方式。监控方案确定如下：A启动条件检测 机组启动前进行基本启动条件的自动检测,闸站的进水池闸门、出水池闸门和灌、排方向切换闸门均只设有两种工作状态（全开或全关）,全开与全关的极限位置设有开关接点, 以供检测。泵机组启动前检测各闸门的位置逻辑, 监控器显示当前闸门的组合工作状态是灌还是排。检测前池水位是否达到开机运行允许水位。B机组运行监控 机组运行中工作参数实时快速巡检指示, 实现监测、保护、通讯、控制、综合调度等功能。由采集、变送、数显单元、输出部件等完成所有数据的显示和声、光报警, 供值班人员掌握系统运行状况。监测到的运行参数超限时发出声光报警信号, 通知运行人员处理, 严重超限或发生重大故障时, 根据监测到的参数类型或故障部位立即发出控制接点指令切断相应机组电源或总电源并发出声光报警信号。发出报警信号, 可由人工减停部分机组后自动减停部分机组, 水位回升并延时后再增开机组, 若水位继续降落至“ 低低” 时按定义编组的顺序迅速减停机组直至切下全部机组, 实现连锁控制。结构图：5硬件配置：水泵房内基本设备包括: 电机、水泵、吸水管路、排水管路、电磁阀、射流泵、电动闸阀、超声波数字流量仪、真空表、压力表等, 如图1 所示。3 台水泵电机为; 水泵为MD450- 603型, 流量为450m3/min, 扬程为180m, 带压力表和真空表显示。2套排水管路为325 8 型管, 管路总排水能力为1200m3/min。正常工作以射流泵抽空泵体内空气。排水管路里闸阀均为电动闸阀, 通过电动阀门控制箱进行操作, 排水管路还配有超声波数字流量仪。3 个吸水井均有超声波数字物位仪, 水泵正常工作时, 1 台工作, 1 台备用, 1 台检修。西门子plcs7-200 224cpu一只，扩展单元E235模拟量模块一只；传感器包括液位传感器若干，流量计若干三、毕业设计（论文）工作进度安排第1周 了解及熟悉设计任务工