2024年大赛-闸门启闭机智能监控系统研发-方案设计书.docx

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1、2024年全国高等院校工程应用技术老师大赛项目方案设计书安项目可修程序限制系统设计及应用AS2”目小W水阵泄洪闸门启闭机监控系筑实训模型研发选手姓名游张平内容提要FXP1.C试出&件：泥巴三菱FX3U48MTESAP1.C,内置数字状1.o（24路数字量输入/24路船体管输出）：FXoN-3A模拟城模块（2路模拟量输入/1路模拟奥输出）：FX3U-485-BD遹信模块：FX2N-32CC1.CC-1.ink通信模块：符P1.C输入输出掂子外接平安插孔,在输入剂配有钮子开关、箱出端配有透亮维电器，配套SGo9编程电缆-交SWt块，配置FRD720S0.4kW变频器，功率0.4kW,AC22OV供

2、电，带有RS485通信接口及基本操作面板,将变顼器所以输入输出端子外接平安插孔.开关量限制模块：十字路口交通灯、自动售货机、四层电梯温度、光电限制筷块：温度限制：由驱动模块、电加热器、温度变送器、温度传感器、Hk度表及测温触发按钮等粗成。光电限制：由调光触发限制电路、色标传整器、多种颜色板、直流电机骤动电路、移动滑轨等组成.触挺屏模缺：7英寸彩色触摸屏TPc7062KXP1.C编程GXWorksVersion1.77F三芟HMI设计MCGS收入版7.2昆仑通态上位机监控设计MCGS6.2昆仑通态-.项目立意及可行性分析1.1 项目立意(包括工程应用系统或教学试脸系统的项目价值、项目需求分析、项

3、目可行性分析,项目效益分析等.然而可以不全包括,也可不仅限于此)我国拥有959.69万平方公里的国土面枳，不仅地域及其广袤，而且山川河潦众多致使地形也特别困难，地处北温带，气候为亚热带季风，这些地理条件致使我国是一个洪灾多发的国家，每年的大小洪灾干脆威逼着人民的生命平安并带来了巨大的财产损失。1975年发生在驻马店的水库溃坝事务，致使被淹耕地高达II(X)万亩，受到此事务影响的人达I1.oO万人，2.6多万人死亡，造成近100亿元的经济损失，该事务成为了全世界最大的垮坝惨剧。像这些给我国人民和财产带来巨大损失的洪灾事务还有很多，比如发生在1989年的辽河水灾、1991年华东地区的洪涝灾难以及1

4、998年长江、松花江以及嫩江流域特大洪水。由于多年来我国政府对防洪减灾工程建设的百度重视，兴建f很多水利工程用来预防洪涝灾难。然而，始终以来,泄洪闸间门限制系统存在如卜问题：(1)同门启闭速度固定，不能刚好线解汛情。泄洪闸闸门的开启和关闭,大部分都由电动机驱动,工作过程完全由人工操作限制,工作效率低,牢靠性不高；且闸门的开关速度固定不变,在流量、水位发生.改变的状况1.无法依据实际状况自动调整开关闸门的速度,易发生危急;尤其在潦量突发短时增大的状况下,不能刚好把门打开,无法有效地完成泄洪任务。在这种限制方式下，假如遇到紧急汛情时会面临闸门启闭不刚好的状况，导致不能刚好绫解汛情。(2)采纳继电器

5、限利方式，故障率很高.传统泄洪闸常采纳继电器电路系统,依能触点的机械动作实现限制。这种方法运用了大量的中间继电器、时间维电器.由于触点接触不良,简洁出现故障,并I1.工作效率低,机械触点的抖动现软也可能会造成逻辑错误，致使整个系统的效率低能耗大,故障率很高,0为了更好地解决上述问题,在原有的泄洪M闸门启闭机限制系统的基础上,提出利用可编程逻辑限制器(P1.C)、触摸解及变频调速技术对闸门启闭机实时监控与故障报界.并结合水位开关信号对泄洪闸门启闭机的启闭速度进行自动限制。该方案利用现代电子技术和自动限制技术取代传统的机械结构,仃效地提高了系统的工作牢靠性及自动化程度,扩大了闸门启闭机自动限制系统

6、的工作环境适应性,并且操作简洁便利。项目的教学价值：1.2 项目可行性分析(OP1.C是一种先进而又成熟的技术.可编程限制器是在继电器限制和计算机技术的基础上开发出来，并渐渐发展成以微处理器为核心，集计算机技术、自动限制技术及通讯技术于一体的一种新型工业限制装置。它是一种面对生产过程限制的数字电子装置。不仅可以取代传统的继电器限制系统，还可构成困难的工业过程限制网络作为一种先进而又成熟的技术，口前P1.C被广泛地应用到机械、冶金、化工、电力、轻纺等各个领域，产品遍及世界各地。这种新型的电控装置极大地提高了劳动牛产率和自动化程度.可编程限制器将传统继电器限制技术和现代计算机信息处理两者的优点结合

7、起来，成为工业自动化领域中最重要，应用最多的限制设备，并已跃居工业生产自动化三大支柱(即P1.C,机罂人和计算机协助设计/制造CAD/CAM)的首位。随着工业自动化的快速发展，可编程限制器(P1.。得到了广泛的应用，牢靠性高、运行稳定、适合户外运用、联网功能强大等特点都促使P1.C成为现代生产工艺过程的新宠。(2)由P1.Cx变频器和电机组成的限制系统来实现对电机的无极调速限制现今已经成为一种应用成熟的技术.变频调速技术是一种新型成熟的沟通电机无极调速技术，它以其独特优良的限制性能被广泛应用于速度限制领域。由P1.C、变频器和电机组成的限制系统来实现对电机的无极调速限制现今已经成为种应用成熟的

8、技术。(3)竞舞平台供应了项目探讨所需的软、硬件条件竞赛平台供应了P1.C、变频涔、电机和触摸屏等项目所需硬件，被控对象可通过基丁组态软件的触摸屏进行模拟.(4)本项目具有里实的研发茶础和条件.参寒选手长期从事机电限制技术的教学与科研工作。主持或参加国家863安排项目、国家科技支撑安排项目、浙江省自然科学基金、浙江省公益技术应用探时项目等十余项省部级课题。在期刊上发表相关高水平SCI/EI期刊探探讨文10余篇。获得独创专利授权1项、实审5项，好用新型专利授权10余项，软件获得著作权登记8项。这些均为本项目的顺当实施奠定了坚实的基础。参寒选手在针对设备状态监测、P1.C智能限制系统研发、组态监控

9、、故障诊断等方面已开展了一系列的探讨工作。与帮助单位合作完成了国家863重大专项“工程机械远程维护及监控系统”了课题“起重车平安监控及预警系统研制”，实现f对起重车的在线监控与故附诊断，项目成果获得软件著作权登记1项、独创专利实审2项，好用新型专利授权6项，受到了国家863验收专家组的高度评价,该项目实现了起重军各子系统的远程在线监测与故障预警。此外，还与协作单位合作完成了国家科技支撑池大项目子课题“连续墙抓斗电控系统和抓斗结构优化”，开发了拥有多项自主学问产权（电液系统监测与故障预警、卷盘自由快放浮动限制、油管爆裂平安爱护、双卷扬同步限制、前后纠偏自动限制）的连续堵抓斗电控系统（图D,整机粽

10、合性能达到国内领先，国际先进水平，打破了欧美对我国机工基础施工设备的技术和市场垄断，受到了课题脸收专家组的样好评。02M07ZDSOOsoomuoN图1连续墙抓斗状态监控与故障报警人机交互界面（主界面部分）*(14):U压力过AU41.HF9一参寒选手还与地方产业结合在些关键技术上获得了产业化突破，特殊是在状态监控与故弗报警、自动化检测、高精度限制与CA1.）系统研发等方面，与浙江省*企业一起主持担当国家重大科技支撑子课题“节能空气能热水器智能限制关键技术集成与工程示范”，完成空气能-太阳能集成供热工程的运行监控与故障报警（图2）。这些都为本项目的餐当开展积K了实践阅历.系统参数配置情况系纥开

11、关量状态图2空气能-太阳能热泵热水系统运行状态监控与故障报警界面总之，本项目是在已有相关探讨工作基础上，结合企业需求而提出的探讨课题，具有坚实的研发基础和条件.二、项目系统设计（包括项目工程工艺流程、系统结构、系统组成、系统功能、系统状件功能等。然而可以不全包括，也可不仅限于此）2.1 系统功能需求分析随着科学技术和经济的高速发展，对水库现场设备的限制不断的提出新要求，如何保证水库处于平安稔定运行的状态对防洪减灾起着至关重要的作用。因此，如何刚好精确的获得水文实时数据并依据实时数据对水庵现场进行相应的限制，使水库各项数据维持在标准水平，对于水库的平安运行尤为重要。P1.e-变频器-电机工作系统

12、是一种具有限制敏捷高、节能效果好、效率高的一种成熟性技术手段。将沟通变频调速技术引入水库网门限制系统中，一方面可以实现闸门限制电机的软启动功能，解决了以往电机因启动电流过大而导致的接触器或过电流继电器闪过流爱护而断开主回路和对电网冲击污染较大等问题，另一方面可以依据汛情的不同实现对闸门的快速开启与快速限制，达到刚好缓解险情使水库处于平安运行状态，另外，变频调速技术的节能功能，也符合我国的能源政策。本项目所设计水库监控系统主要任务有两个，第一个任务是监测水库闸门的开度、水库的水位信息、闸门限制电机的转速以及变频器的运行状态等，实现实时监测和报警处理“其次个任务是在水阵闸门限制子系统中通过P1.C

13、-变频器-电机限制技术的引入，使现地限制系统摆脱以往只能以同一频率对闸门进行启闭的单限制方法，并通过变频器的软启动功能降低启动电流过大引起的种种弊端。基于满意以上功能需求，系统设计要求达到以下功能：（一）闸门限制与爱护功能：在水库现场中的现地限制系统中可以通过水库现场安装的触摸屏来实现本地现场闸门的启动与关闭限制，而且可以限制闸门的开度，使水库闸门可以上升或拧下降到指定的高度，电机的启动方式采纳平稳牢独的变频启动方式，大大降低启动电流，同时，在遇到紧急汛怙时，可采纳不同的频率来完成对水库闸门的开启与关闭，刚好调整水库水文，缓解险情。为了提高系统的牢靠性、桎定性和平安性，系统在水库现场现地限制系

14、统设计中有手动限制和自动限制两种模式，可以依据水库实际需求进行选择，在系统运行出现异样时，系统会紧急抱闸刹车停机并进行报警提示。（二）数据采集与处理功能：1 .水库水位信息采集与处理：通过在水库现场安装的检测水位信息的传感器实现对水库的水位实时数据进行自动采集，在进行必要的数据处理后上传至触摸解中，经触摸解以友好界面显示出来.2 .伸I门开度的数据采集与处理：可完成对闸门的位移量的采集，同时可以获得闸门的状态是上升开启状态还是下降关闭状态,闸门是否超越上下限为的相关数据。3 .仲I门限制电机状态数据的采集与处理：可完成对闸门限制电机的运行速度和运行电流的采集，从而实现对闸门电机运行状态的监控，

15、在遇电机运行异样时可进行报警。1.变频器运行状态数据的采集与处理：对变频胧的运行状态（正反转、频率）以及是否出现故障的数据采集。（三）人机交互功能水库监控系统可以通过安装在水库现场的数据采集设箸完成对水库现场的各种水文实时数据的采集，这些数据通过模拟量输入模块传送到P1.C（可编程限制器）内部指定的寄存器中，P1.C再将这些数据进行运算处理后传送至现地限制系统的触摸屏或上位机中，完成对水库水文信息的实时数据的显示、记录、存储、处理、打印和分析。工作人员可以干脆通过安装的组态软件获得水库现象的各种水文信息，并可以对水库现场P1.C发出相应的限制吩咐，2.2系统方案设计依据监控系统的功能需求，该子

16、系统为现地限制系统，主要由触摸屏、P1.C.变频器等设备组成。限制对象为闸门电机.水库现场的限制基本由P1.C来完成，是限制系统的核心。P1.C通过对变频器的限制可以实现对闸门电机的限制，变频器通过恒转矩的限制方式来实现仲I门的开启和关闭，这样可以实现降低在启闭初始过程中的启动电流，从而降低了设备的机械冲击，实现对闸门电机的软启动。同时，闸门可以采纳不同的开启频率，提高了水库对突发险情的应急实力。P1.C实现水文信息监测的功能，又可以与水库现场的触摸屏进行通讯，实现现地限制功能。该系统的基本运作流程为：由水库现场安装的闸位传感器、水位传感潺等水文传感器负责采集水库中须要进行实时监测的水文信息，传感器将采集到的水文信息以2OmA的模拟室形式通