本文關(guān)鍵詞：常州市北塘河船閘臥式閘門動態(tài)控制與研究

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【摘要】：江蘇省交通與水利部門管理的54座船閘,其中大多數(shù)處于繁忙運行狀態(tài),船舶過閘經(jīng)常出現(xiàn)擁擠狀況,船舶等待過閘時間較長,影響了船閘的運行效率。為提高船舶過閘效率,對船閘運行方式進行優(yōu)化調(diào)度管理的研究則具有重要意義。本課題以常州北塘河船閘項目為背景,設(shè)計并開發(fā)了臥式閘門船閘自動化監(jiān)控系統(tǒng)。根據(jù)船閘運行控制與自動化監(jiān)測功能的需求,系統(tǒng)采用了網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、可編程邏輯控制器(PLC)、上位機組態(tài)軟件(組態(tài)王6.55)、各種傳感器及現(xiàn)場監(jiān)測儀器,結(jié)合船閘閘門動態(tài)控制與優(yōu)化策略,完成了對船閘運行方式的優(yōu)化調(diào)度管理。介紹了船閘自動化監(jiān)控系統(tǒng)的國內(nèi)外發(fā)展的現(xiàn)狀和趨勢,然后通過對北塘河船閘自動化監(jiān)控項目的功能需求分析,確定了該自動化系統(tǒng)的主要功能和設(shè)計方案。系統(tǒng)采用分層分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu),按功能分為三層,分別為船閘現(xiàn)地測控層,中心數(shù)據(jù)處理層與遠程監(jiān)督控制層。船閘現(xiàn)地測控層以西門子PLC為核心控制部件,進行閘門開度、閘室內(nèi)外水位、電力參數(shù)的測量以及閘門開度的控制,具有故障提醒及應(yīng)急處理功能。現(xiàn)地上、下閘首設(shè)有人機交互設(shè)備觸摸屏,能夠直觀的顯示船閘運行情況,可靠性高。船閘現(xiàn)地測控單元通過以太網(wǎng)通訊將船閘運行狀態(tài)信息,以及各個傳感設(shè)備采集的信息實時的傳送到中心數(shù)據(jù)處理層,并且現(xiàn)地測控單元可以接受遠程監(jiān)督控制層發(fā)出的控制命令,從而實現(xiàn)船閘設(shè)備的遠程控制。中心數(shù)據(jù)處理層設(shè)有SCADA服務(wù)器,負責(zé)與上、下閘首現(xiàn)地測控單元之間的數(shù)據(jù)通信,與遠程監(jiān)控層的客戶機構(gòu)成典型的C/S模式監(jiān)控系統(tǒng)；遠程監(jiān)控層設(shè)有兩個工作站,監(jiān)控工作站以及視頻工作站。監(jiān)控工作站實現(xiàn)以下功能：船閘運行狀態(tài)監(jiān)控,實時報表生成、歷史報表的查詢和數(shù)據(jù)管理等。視頻工作站通過對船閘運行現(xiàn)場的圖像采集,作為對船閘自動化監(jiān)控系統(tǒng)的補充。現(xiàn)地測控層、中心數(shù)據(jù)層以及運程監(jiān)控層通過工業(yè)以太網(wǎng)聯(lián)通形成了一個完整的船閘自動化監(jiān)控系統(tǒng)。針對船舶的待閘時間長,過閘效率低等問題,根據(jù)水工模型試驗研究結(jié)果,采用非線性控制算法,在保證不同水位差下船閘充放水時閘室內(nèi)的水流流速均能滿足船只安全�？恳笙�,動態(tài)控制船閘啟閉機的運行速率,優(yōu)化了不同水位條件下船閘運行通行能力,從而充分挖掘船閘通航能力的潛力。
【關(guān)鍵詞】：自動化 船閘 優(yōu)化控制 非線性控制 Lyapunov函數(shù)
【學(xué)位授予單位】：揚州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U641.33
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-15
• 1.1 研究背景9
• 1.2 船閘閘門結(jié)構(gòu)形式及其運行控制方式9-11
• 1.2.1 船閘閘門的分類9-10
• 1.2.2 平面中樞臥倒閘門的特點10
• 1.2.3 閘門的運行控制方式10-11
• 1.3 研究的必要性11
• 1.4 國內(nèi)外研究進展11-13
• 1.4.1 船閘優(yōu)化運行的研究11-12
• 1.4.2 國內(nèi)外關(guān)于船閘自動化控制的現(xiàn)狀和趨勢12-13
• 1.5 研究的路線、方法與應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新13-15
• 第二章 北塘河船閘概況及其水流態(tài)模型試驗15-25
• 2.1 北塘河船閘工程概況15
• 2.2 水文資料15-19
• 2.3 模型試驗情況19-20
• 2.3.1 實驗?zāi)康?/span>19
• 2.3.2 實驗手段與方法19-20
• 2.4 模型試驗結(jié)論20-25
• 2.4.1 船閘下閘首試驗工況20-22
• 2.4.2 船閘上閘首試驗工況22-23
• 2.4.3 結(jié)論與建議23-25
• 第三章 船閘自動化系統(tǒng)方案25-34
• 3.1 基本要求25
• 3.2 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計25-26
• 3.3 功能要求與設(shè)計26-27
• 3.3.1 船閘現(xiàn)地數(shù)據(jù)采集與控制26
• 3.3.2 上位機監(jiān)控系統(tǒng)26
• 3.3.3 歷史數(shù)據(jù)存儲與管理26
• 3.3.4 船閘優(yōu)化控制調(diào)節(jié)26-27
• 3.4 系統(tǒng)組成與結(jié)構(gòu)27-34
• 3.4.1 控制系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu)27-29
• 3.4.2 控制系統(tǒng)各單元的功能29
• 3.4.3 監(jiān)控系統(tǒng)的架構(gòu)29-30
• 3.4.4 系統(tǒng)硬件組成30-34
• 第四章 船閘自動化系統(tǒng)程序開發(fā)34-49
• 4.1 系統(tǒng)體系與開發(fā)平臺34-35
• 4.2 信號采集與通信35-39
• 4.2.1 數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計35-37
• 4.2.2 模擬量信號輸出及變頻控制調(diào)節(jié)37-39
• 4.3 設(shè)備組網(wǎng)與通信39-43
• 4.3.1 以太網(wǎng)通信簡介39-40
• 4.3.2 S7-200間的以太網(wǎng)通信40-43
• 4.4 基于modbus協(xié)議的數(shù)據(jù)通信43-47
• 4.4.1 Modbus協(xié)議43-47
• 4.5 軟件開發(fā)設(shè)計47-49
• 4.5.1 船閘閘門開度測量及閘室水量計算程序47
• 4.5.2 船閘開度控制程序47-49
• 第五章 船閘閘門控制優(yōu)化的研究與實現(xiàn)49-56
• 5.1 船閘閘門動態(tài)控制與優(yōu)化的目的49
• 5.2 船閘閘門動態(tài)控制與優(yōu)化手段和方法49-50
• 5.3 優(yōu)化調(diào)節(jié)基本實現(xiàn)50-53
• 5.3.1 船閘閘門控制模型設(shè)計50
• 5.3.2 構(gòu)造一階濾波環(huán)節(jié)50-51
• 5.3.3 基于PID算法的控制設(shè)計51
• 5.3.4 基于Lyapunov法的穩(wěn)定性控制設(shè)計51-53
• 5.4 仿真驗證及分析53-56
• 第六章 上位機自動化軟件系統(tǒng)開發(fā)56-66
• 6.1 上位機監(jiān)控軟件56-57
• 6.2 上位機監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)與設(shè)計57-66
• 6.2.1 組態(tài)王與PLC通信功能實現(xiàn)57-59
• 6.2.2 上位機監(jiān)控功能的實現(xiàn)59-66
• 第七章 總結(jié)與展望66-68
• 7.1 總結(jié)66
• 7.2 展望66-68
• 參考文獻68-70
• 附錄：部分程序70-72
• 致謝72-73

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