基于Profibus现场总线控制的闸门监控系统的开发

武汉理工大学硕士学位论文摘要随着社会生产规模的扩大、生产水平的提高，电气控制技术和液压技术都在非常迅速的发展。

电气控制从继电器控制系统发展到直接数字控制（ＤＤＣ）系统、集散控制系统（ＤＣＳ）到目前的现场总线控制系统（ＦＣＳ）。

现代的液压传动及控制技术己发展成一门集传动、控制、检测、计算机一体化的完整的自动化技术，并逐步趋向数字控制和全自动化。

文章从结合所研究的水电站的实际需要出发，将先进的现场总线技术、以太网技术与传统的液压技术相结合，并应用到水电站闸门监控系统的实际设计过程中。

论文根据所研究水电站闸门控制的具体技术要求，设计了适合该水电站的液压启闭机系统。

文章对闸门启闭机及其控制系统的发展状况和传统液压启闭机控制系统的局限性进行了详细分析，并结合当前控制技术，特别是Ｐｒｏｆｉｂｕｓ现场总线控制技术的特点，针对所研究的水电站的实际情况提出了“基于Ｐｒｏｆｉｂｕｓ现场总线控制和以太网技术的闸门监控系统”的技术方案。

并根据该方案完成了下位机（ＰＬＣ控制程序）的编制和上位机（监控软件和人机界面的组态）的组态。

最后通过组建上位机与ＰＬＣ的通信以太网络和远程ｉ／ｏ模块与ＰＬＣ之间的总线网络，实现了整个闸门监控系统的网络化。

通过该监控网络，可实现对该水电站分居于八个不同坝段的闸门的运行及运行状态的控制与监视，从而使得该监控系统在满足水电站实际生产的各项要求，同时还保证了该系统具有相当的先进性。

在文章的电气控制系统的设计过程中，采用了上位机加下位机的设计模式，组建了远程集中控制与现地控制相结合的控制网络。

上位机选用功能强大的工控组态软件一一组态王和操作方便灵活的触摸屏。

下位机则采用可靠性高的可编程控制器和先进的Ｐｒｏｆｉｂｕｓ现场总线完成对现场设备的控制。

作者希望通过该课题的研究，能够对水电行业控制技术的发展，对液压技术与当今先进技术更好的相结合，起到一定的促进作用，也衷心地希望我国的控制技术取得飞速的发展。

关键词：现场总线技术，可编程控制器，监控软件，触摸屏，以太网，液压武汉理工大学硕士学位论文ＡｂｓｔｒａｃｔＷｉｔｈｔｈｅｓｃａｌｅｏｆｓｏｃｉａｌｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｅｘｔｅｎｄｓａｎｄｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｅｘａｌｔｓ，ｔｈｅｅｌｅｅｔｒｉｃｉｔｙｃｏｎｔｒｏｌｔｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄｔｈｅＨｙｄｒａｕｌｉｃｔｅｃｈｎｉｑｕｅａｌｌｄｅｖｅｌｏｐｖｅｒｙｑｕｉｃｋｌｙ．Ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙｃｏｎｔｒｏｌｔｅｃｈｎｉｑｕｅｄｅｖｅｌｏｐｅｄｆｒｏｍｔｈｅｒｅｌａｙｓｙｓｔｅｍｔｏｔｈｅｄｉｒｅｃｔｄｉｇｉｔｃｏｎｔｒｏｌ（ＤＤＣ）ｓｙｓｔｅｍ、ｔｈｅｄｉｓｐｅｒｓｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ（ＤＣＳ）ｔｏｔｈｅｆｉｅｌｄｂｕｓｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ（ＦＣＳ）．ＴｈｅｍｏｄｅｍＨｙｄｒａｕｌｉｃｃｏｎｔｒｏｌｔｅｃｈｎｉｑｕｅｈａｖｅｄｅｖｅｌｏｐｅｄｔｏａｃｏｍｐｌｅｔｅａｕｔｏｍａｔｉｏｎｗｈｉｃｈｉｎｃｌｕｄｅｏｆｔｒａｎｓｍｉｔ、ｃｏｎｔｒｏｌ、ｔｅｓｔｉｎｇｃｏｍｐｕｔｅｒｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，ａｎｄｇｒａｄｕａｌｌｙｔｕｒｎｔｏｔｈｅｄｉｇｉｔｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｆｕｌｌ．ａｕｔｏｍａｔｉｃｃｏｎｔｒ０１．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅａｃｔｕａｌｉｔｙｏｆｔｈｅｓｔｕｄｉｅｄｗａｔｅｒｐｏｗｅｒｓｔａｔｉｏｎ，ｔｈｅｔｈｅｓｉｓｃｏｍｂｉｎｅｔｈｅａｄｖａｎｃｅｄｆｉｅｌｄｂｕｓｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，Ｅｔｈｅｒｎｅｔａｎｄｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｈｙｄｒａｕｌｉｃｔｅｃｈｎｉｑｕｅｔｏｇｅｔｈｅｒ，ａｎｄｕｓｅｔｈｅｍｔｏｄｅｓｉｇｎｔｈｅｓｕｐｅｒｖｉｓｅｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍｏｆｔｈｅｗａｔｅｒｐｏｗｅｒｓｔａｔｉｏｎ．Ｂａｓｅｏｎｔｈｅｇａｔｅ—ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｒｅｑｕｅｓｔｏｆｔｈｅｗａｔｅｒｐｏｗｅｒｓｔａｔｉｏｎ，ｄｅｓｉｇｎｅｄｔｈｅｇａｔｅ’Ｓｈｙｄｒａｕｌｉｃｈｏｉｓｔｓｙｓｔｅｍ。

Ｔｈｅｔｈｅｓｉｓａｎａｌｙｚｅｄｔｈｅａｎｄｉｔｓｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄｔｈｅｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅｇａｔｅ’Ｓｈｏｉｓｔｇａｔｅ’ｓｏｐｅｒａｔｉｎｇｍａｃｈｉｎｅ’Ｓｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｙｓｔｅｍ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｏｄａｙ’Ｓｃｏｎｔｒｏｌｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅＰｒｏｆｉｂｕｓｆｉｅｌｄｂｕｓ，ｔｈｅｔｈｅｓｉｓｐｕｔｆｏｒｗａｒｄｔｈｅｐｒｏｊｅｃｔｔｈａｔ“ｔｈｅｇａｔｅｓｕｐｅｒｖｉｓｅｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｏｎｔｈｅＰｒｏｆｉｂｕｓｃｏｎｔｒｏｌａｎｄＥｔｈｅｒｎｅｔｔｅｃｈｎｉｑｕｅ”，ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈａｔｐｒｏｊｅｃｔ，ａｎｄｔｈｅｐｒｏｃｅｄｕｒｅｏｆｔｈｅｓｕｐｅｒｖｉｓｅａｎｄｃｏｍｐｌｅｔｅｄＰＬＣｃｏｎｔｒｏｌｐｒｏｃｅｄｕｒｅｃｏｎｔｒｏｌ（ｓｕｐｅｒｖｉｓｅａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｓｏｆｔｗａｒｅａｎｄｍａｎ－ｍａｃｈｉｎｅｉｎｔｅｒｆａｃｅ）。

ＡｔｌａｓｔｔｈｅｔｈｅｓｉｓｓｅｔｕｐａＥｔｈｅｒｎｅｔｎｅｔｗｏｒｋｆｏｒｔｈｅｍｏｎｉｔｏｒａｎｄｔｈｅＰＬＣｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｅｎｃｅｏｆａｐｌａｃｅｏｆｈｏｎｏｒｍａｃｈｉｎｅａｎｄＰＬＣａｎｄａｆｉｅｌｄｂｕｓｎｅｔｗｏｒｋｆｏｒｔｈｅｆａｒＩ／ＯｍｏｌｄａｎｄｔｈｅＰＬＣ，ｍａｄｅｔｈｅｇａｔｅｓｕｐｅｒｖｉｓｅａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｂｙｎｅｔｗｏｒｋ。

ｔｈｅｎｅｔｗｏｒｋｃａｎｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｏｐｅｎｉｎｇ、ｓｈｕｔｔｉｎｇａｎｄｓｕｒｖｅｉｌｌａｎｃｅｔｈｅｃｉｒｃｕｌａｔｅｏｆｔｈｅｅｉｇｈｔｇａｔｅｓ，ｗｈｉｃｈｓｔａｎｄｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｏｓｉｔｉｏｎｓ，ａｎｄｍａｋｅｔｈｅｓｙｓｔｅｍｓａｔｉｓｆｉｅｄｔｈｅｖａｒｉｏｕｓｒｅｑｕｅｓｔｓｏｆｔｈａｔｗａｔｅｒｐｏｗｅｒｓｔａｔｉｏｎ’Ｓｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，ａｎｄｓｔｉｌｌｇｕａｒａｎｔｅｅｄｔｈｅｓｙｓｔｅｍｈａｄｖｅｒｙａｄｖａｎｃｅｄａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅ．１Ｉ斌汉瑷工大学硕士学位论文Ｄｕｒｉｎｇｔｈｅｄｅｓｉｇｎｉｎｇｏｆｔｈｅｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅｔｈｅｓｉｓｕｓｅｄｔｈｅｍｏｄｅｔｈａｔｍａｄｅｕｐｏｆｍｏｎｉｔｏｒｓｙｓｔｅｍａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ，ｆｏｒｍａｔｔｅｄａｎｅｔｗｏｒｋｔｈａｔｉｓｃｏｍｂｉｎｅｄｂｙｆａｒｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｓｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍａｎｄｎｅａｒｌｙｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅｍｏｎｉｔｏｒｓｙｓｔｅｍｃｈｏｏｓｅｓｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｏｆｔｗａｒｅ—ｔｈｅｋｉｎｇｍｏｎｉｔｏｒａｎｄｔｈｅｍａｌｌ－ｍａｃｈｉｎｅｉｎｔｅｒｆａｃｅ，ｗｈｉｃｈｏｐｅｒａｔｅｄｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔｌｙ．ＡｎｄｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｃｈｏｏｓｅｓｄｅｐｅｎｄａｂｌｙｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅｌｏｇｉｃｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒａｎｄａｄｖａｎｃｅＰｒｏｆｉｂｕｓｆｉｅｌｄｂｕｓｔｏｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｓｐｏｔｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ．Ａｕｔｈｏｒｈｏｐｅｓｔｈｅｔｈｅｓｉｓ‘ｓｒｅｓｅａｒｃｈｅｓｃａｌｌｄｏａｌｉｔｔｌｅｆｏｒｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅｗａｔｅｒｐｏｗｅｒｃｏｎｔｒｏｌｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，ａｎｄｔｈｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｔｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄｔｈｅａｄｖａｎｃｅｄｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，Ａｕｔｈｏｒａｌｓｏｈｏｐｉｎｇｈｅａｒｔｉｌｙｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｔｅｃｈｎｉｑｕｅｏｆｔｈｅｏｕｒｃｏｔｍｔｒｙｄｅｖｅｌｏｐｑｕｉｃｋｌｙ。

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｆｉｅｔｄｂｕｓｔｅｃｈｎｉｑｕｅ｝ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅｌｏｇｉｃＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，ｍｏｎｉｔｏｒｓｏｆｔｗａｒｅ，ｍａｎ－ｍａｃｈｉｎｅｉｎｔｅｒｆａｃｅ，Ｅｔｈｅｒｎｅｔ，ＨｙｄｒａｕｌｉｃｌＩｔ第１章绪论１．１闸门监控系统的概况１．１．１闸门启闭机及其控制系统的发展“５１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，早期以绳毂式、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。

而闸门作用于启闭机上的载荷，不仅取决于闸门活动部分的重量，还很大程度上取决于运行阻力的大小。

同时这些阻力又是相当不稳定的，因为它与封水和支承行走结构摩擦表面的状态密切相关，泥砂淤积，建筑垃圾和各种飘浮物落入门槽等因素都会使运行阻力大大增加，从而使得启闭机的负荷成倍或成几倍增加，而当闸门下落时，作用在启闭机牵引机构上的载荷将大大降低，甚至为零，从而会引起柔性牵引构件一一钢丝绳、链条、多节拉杆的松弛。

如果闸门“悬空”之后发生脱钩，则将因闸门跌落而产生猛烈的拉力，甚至发生意外。

而液压技术的发展是与流体力学的理论研究相关的。

１６５０年帕斯卡提出了静止液体中的压力传播规律一帕斯卡原理，１６８６年牛顿揭示了粘性液体的内摩擦定律，１８世纪流体力学的两个熏要原理一连续性方程和伯努利能量方程相继建立，上述理论就为液压技术的发展奠定了基础。

自１７９５年英国制成世界上第一台水压机起，液压传动开始进入工程领域，然而在工业上真正推广使用和有较大幅度的发展却是２０世纪中叶的事，ｚＯ世纪５０年代，液压技术由军事工业转入民用工业，在机床、工程机械、压力机械、船舶机械、农业机械等行业得到了广泛的应用和发展。

６０年代以后，随着原子能技术、空间技术、电子技术等的迅速发展，再次将液压技术向前推进，使其发展成为包括传动、控制、检测在内的一门对现代机械装备的技术进步有重要影响的基础技术。

当前，液压技术在实现高压、高速、大功率、低噪声、高可靠性、高度集成化等各项要求方面都取得了重大发展，在完善发展比例控制、伺服控制、开发数字控制技术也有许多新成就，并朝着机电一体化方向发展。

因而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毂式、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深孔闸门时，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。

水工机械的一个比较大的特点，就是广泛应用遥控操作，但早期的液压启闭机的控制系统基本上还是沿用七十年代的继电器回路控制方式，控制起来不仅效率低而且成功率也低。