基于PLC的水电站自动化监控系统设计_开题报告

1. 水电站监控系统的意义

小型水电站采用监控系统的目的就是通过对电站各种设备信息进行采集、处理，实现自动监视、控制、调节、保护。保证水电站设备充分利用水能安全稳定运行。按电力系统要求优化运行，保证电能的质量，同时减少运行与维护成本，改善运行条件，实现无人值班或少人值班。

自动化与优化运行相结合，使电站获取最大的发电效益小型水电站采用监控系统，使水电站实现自动化，运行人员对设备的操作工作量大大减少，减轻了运行人员的劳动强度，减少电站的运行人员数量，使水电站实现少人值班或者无人值班，降低运行费用及发电成本。同时使水电站比较容易实现优化运行的功能。

使设备安全可靠运行，保障了电能质量和电网的稳定性小型水电站采用监控系统不仅能准确而又迅速地反映水电站各设备正常运行的状态及参数，还能及时反映水电站设备的不正常状态及事故情况，自动实施安全处理。水电站的自动控制减少了运行人员直接操作的步骤，从而大大降低发生误操作的可能性，避免运行人员在处理事故的紧急关头，发生误操作，保证水电站设备运行的可靠性，从而也保证了电网运行的可靠性。在设备可靠运行的情况下，小型水电站自动控制系统与装置能自动控制发电机组频率和电压，并根据电力系统调度要求，自动调节发、供、用电的平衡，保障水电站发出的电能质量和电网运行的稳定性。

加快水电站控制调节过程，确保实施竞价上网小型水电站监控系统可按预定的逻辑控制顺序或调节规律，依次自动完成水电站设备的控制调节，免去了人工操作在各个操作过程中的时间间隔，还免去了人工操作过程中的检查复核时间，大大加快控制调节过程。根据国家电力体制改革的要求，实现“厂网分开，竞价上网”后，水电站如果没有自动化系统，而是依靠传统的人工操作控制，将难以满足市场竞争的需要。不了解实时行情，参与竞价将非常困难，即使争取到了发电上网的机会，又因设备陈旧落后而不能可靠运行，既影响电网供电，又使自身效益受损，最终也失去了好不容易才争取到的发电机遇。

2. 水电站监控系统概述

水电站监控是指通过对电站各种设备信息进行采集、处理，实现自动监测、控制、调节、保护。水电站监控的具体内容在不同的水电站有所不同，但监控的基本功能都是：通过监测电站设备的运行情况，根据实际水能状况和电力调度要求自动控制和调节机组发电，并通过各项保护措施，及时报警或故障处理，确保设备与人员安全，具体分为：水电站机组的监控、水电站机组附属设备的监控、水电站升压站设备的监控、水电站辅助设备的监控、水工设施的监控等。

水电站装机容量不同，监控系统的类型和结构也差别很大，按机组出线电压分为两类：高压机组监控系统与低压机组监控系统。

目前，水电站监控系统一般采用分层分布式结构，由上位工业控制计算机和现场控制单元组成，现场控制单元采用“集成型”模式，即以可编程控制器（PLC）为核心，结合智能电参数仪与微机保护装置构成；采用模块结构和智能通讯接口，便于系统扩展与其它自动化系统联接。一般情况下，机组现场控制单元（Local Control Unit简称LCU）完成水电站机组和水电站机组附属设备的监控内容；升压站及公用设备现场控制单元LCU完成水电站升压站设备和水电站辅助设备及水工设施的监控内容。

水电站监控系统的典型结构包括：单计算机分层分布式结构、双计算机系统或双计算机系统带前置机分层分布式结构、多计算机或多计算机系统带前置机分层分布式结构。

3. 水电站监控系统国内外现状

在欧美等一些工业发达国家，水电站监控技术发展较快，也较先进，自80年代起，在水电站监控系统上普遍采用监控技术，水电站自动控制水平及自动控制功能、性能得到大大提高，许多水电站实现了无人值班或少人值班，提高了水电站设备运行的可靠性，降低了水电站运行费用。水电站监控系统集成度高，减少了控制系统的占地面积及外部电缆数量，降低了水电站造价。

国内水电站自动控制系统主要以常规设备为主，监控系统在水电站的应用尚属研发完善阶段。在新建的大型水电站，较多地采用了水电站监控系统，中小型水电站或已运行的许多老电站则采用常规自动控制设备居多，技术稍先进的中小型电站，或在常规自动控制系统的基础上加上计算机功能控制单元，或用计算机功能控制单元改造常规自动控制系统，或在常规自动控制系统的基础上加上计算机监测系统。

4. 本课题的任务及意义研究和设计

一套性价比较高的计算机监控系统，对小型水电站设备实施监控、检测、事故处理及数据管理，以闭环控制方式对水电站设备进行控制，实现小型水电站的综合自动化，以充分利用当地的水力资源创造出更大的经济效益。水电站自动化设备必须可靠、高效、故障率低、维护方便的电子元器件作为主要的控制设备，而PLC进过几十年的发展，系统运行的稳定性和可靠性很高, PLC 整机的平均无故障工作时间高达几万小时。随着计算机技术的发展, PLC的功能也越来越强, 使用越来越方便。采用PLC系统控制水电站实现自动控制，电站的综合自动化水平得到了极大的提高，增加了系统可靠性和安全性。在微机监控台上即可实现全站的监视操作和运行管理，可使值班人员减到最少，改善了运行条件，提高了劳动生产率，节省了运行维护费用。并为实现电站无人值班运行奠定了基础。

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二、^范文提纲

水电站自动化控制系统设计

1. 中文摘要及关键词

1.1我国水电开发现状及发展

1.2水电站自动化控制系统发展现状

1.3基于PLC的水电站自动化控制系统设计的意义

2. 水电站综合自动化系统总体方案设计

2.1水电站概述

2.2系统总体设计原则

2.3系统功能与特点

3. 现场控制单元层的设计与研究

3.1现场控制单元层功能概述.

3.2现场控制单元层的任务

3.2.1数据采集

3.2.2数据处理

3.2.3人机接口

3.2.4数据通讯

3.2.5自诊断和自恢复

3.2.6控制和调整

3.3机组控制流程

3.3.1自动开机流程

3.3.2自动停机流程

3.3.3事故和紧急停机流程

3.5机组程序控制的PLC实现

3.5.1 PLC选型

3.5.2硬件设计

3.5.3 FO地址分配与模块连接方式

3.5.4软件设计

3.6人机接口设计

3.6.1触摸屏的选择

3.6.2编程环境

4. 系统通信网络的设计

4.1通信方式的选择

4.1.1RS一485总线

4.1.2CAN总线

4.1.3LAN局域网

4.2通信网络结构

4.2.1硬件结构

4.2.2后台软件

4.2.3常见的几种通信规约

4.3利用MOdbuS实现PLC与上位机通讯

4.4本章小结

5. 系统调试及总结展望.

5.1调试和运行

5.2总结展望.

5.2.1总结和心得.、

5.2.2后续展望.

参考文献.

三、参考文献

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