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1、目 录 第一章 综 述 .1 1.1 中小型水电站的发展 .1 1.2 自动化技术在水电站中的应用 .3 1.3 论文的主要工作 .7 第二章 闸门控制系统的功能和结构 .7 2.1 系统体系结构的选择 .7 2.2 微型计算机的选择 .8 2.3 闸门控制系统的功能 .8 2.4 系统总体结构图 .10 第三章 PID 控制算法 .12 3.1 PID 控制算法概述 .12 3.2 离散 PID 控制算法的推导 .14 3.3 PID 数字控制器的参数整定 .16 第四章 闸门控制系统的传感器 .17 4.1 传感器概述 .17 4.2 传感器的特性及其标定 .21 4.3 闸门开度仪 .2
2、3 4.4 水位仪 .25 第五章 闸门控制系统硬件设计 .28 5.1 单片机概述 .28 5.2 硬件系统的设计原则 .29 5.3 单片机的选型 .30 5.4 单片机系统扩展设计 .30 5.5 闸门开度控制回路通道设计 .32 5.6 状态显示及异常报警通道设计 .33 5.7 人机联系界面设计 .38 5.8 通信接口设计 .38 第六章 闸门控制系统软件设计 .40 6.1 软件系统概述 . 40 6.2 软件设计原则 . 40 6.3 主程序设计 . 41 6.4 数据采集模块程序设计 . 46 6.5 控制模块程序设计 . 49 第七章 闸门控制系统抗干扰措施. 53 7.1
3、 干扰的危害 . 53 7.2 干扰源 . 53 7.3 干扰的耦合方式 . 54 7.4 抗干扰的硬件措施 . 54 7.5 抗干扰的软件措施 . 57 结 论. 60 致 谢. 61 参 考 文 献. 62 在中、小水电站闸门监控系统中的应用植被破坏的重要因素，不仅造成中西部地区生态恶化和长期贫困落后，而且对东部地区 的防洪减灾、生态安全和社会经济发展构成威胁。为了西部大开发中人、经济、环境协 调发展，为了我国国民经济持续高速增长，为了边远山区、革命老区和少数民族地区的 人民生活水平得到提高，我们需要大力发展中小水电站。 我国小水电资源极其丰富，可开发量约 1.3 亿千瓦，居世界首位。同时
4、，小水电资 源的一大宝贵优势是其分布上的广泛性，它分布于 1600 多个县，超过 23 的国土面积，又主要分布在长江上中游、黄河上中游和珠江上游的退耕还林区、天然林保护区、自然 保护区和水土流失重点防治区，其区位分布与主要靠烧柴做饭、取暖的农村居民的区位 分布基本一致。 水利部多次召开了各方面专家座谈会，出席会议的科学院院士、工程院院士和有关 方面的领导与专家一致认为，实施小水电代燃料生态保护工程是解决山区丘陵地区农民 生活燃料和农村能源的有效途径。我国小水电资源非常丰富，可开发资源量及其区位分 布可以满足大部分山区丘陵地区 2800 万户、1 亿人口的农村居民生活燃料和农村能源 的需要。 在
5、国家政府大力推动下，中小水电站建设有了长足发展。2003 年，水利部相关人 员深入湖南、四川等 10 多个省（区、市）调查研究，组织编制了全国小水电代燃料 生态保护工程规划纲要 。这标志着随着国力的增强，农村居民的生活燃料问题将得到 彻底解决。到 2002 年底，小水电装机达到 3104 万千瓦，占水电装机的 37.1，约 占世界小水电已开发量的 13，年发电量 1037 亿千瓦时。中小水电站的发展极大地推 动了我国经济的发展，促进了人民生活水平的提高。 3.国际小水电的发展和中国小水电在国际上的地位 目前，国际上对小水电开发越来越感兴趣，并出现了发达国家比发展中国家更重视， 大电网覆盖区比边
6、远地区还开发得多的新局面。在加拿大首都渥太华市内还建了几座小 水电站，其中最近的一座离国会大厦才几百米。出现这种局面的原因是小水电在保护环 境方面有更大的优势。有人推测，由于环境方面的原因，到 2050 年世界上以油、煤为 燃料的火电将不再存在。同时，大水电由于大型水电工程的某些负效应而被称为虽是可 再生能源，但不是可持续发展的能源，越来越难再被批准兴建。所谓可持续性发展是指 今天对资源的开发利用不会影响到明天社会经济的发展，因此，将来电网中应是以包括 小水电、风电和太阳光发电在内的可持续发展的能源，而这些能源都是可以分散开发的。 当前除了风电及太阳光发电外，国际社会特别看好小水电。不少国家都
7、出台了优惠政策， 包括简化审批手续、免缴资源费、减免小水电企业税收，加强小水电技术研究、优先保 证投资者的利益等一系列措施，给小水电开发以特别的优先权，一些发达国家虽然拥有 相当大容量的电网，但由于环境问题，现在也回过头来开发所占比重很小的小水电。 2 2000 年 5 月，在维也纳召开的国际小水电网第六届年会上，全体委员建议在中国 建立一个联合国工业发展组织的国际小水电中心，由工发组织的咨询机构升格为法律框第 一章 综 述 3 架内的直属机构，并由工发组织能源司司长古尔康克（C.Gurknk）先生与国际小水电网 主席程回洲先生签署了建立联合国工发组织国际小水电中心的建议书。按照建议书的要 求
8、，工发组织和中国常驻联合国工发组织代表团近半年的努力，达成了协议。联合国工 发组织国际小水电中心于 2000 年 12 月在杭州成立，这是我国改革开放二十年来的一项 重要成果。联合国工发组织国际小水电中心的成立是中国政府遵循邓小平先生倡导，发 动中国人民建设小水电又一光辉成果，是世界小水电发展史上的一座新的里程碑。1.2 自动化技术在水电站中的应用 1.水电站自动化的发展历程 水电站自动化技术是从本世纪才开始发展起来的。至四十年代，几乎主机与控制一 体的直接控制。五十年代则是引进了远方控制技术，可以从远处对设备进行控制，具有 监视、控制、保护主机的功能。那时还大多采用电磁式、机械式继电器，采取
9、将继电器 装在控制盘中的方法。六十年代则广泛采取晶体管和半导体电子技术，控制回路向电子 化、小型化、无触点化方向发展，集中化技术被普遍应用。由于遥测装置的信号传输技 术的发展和数字技术的支持，出现了远距离集中监控，进而可以实现大范围控制。 到了七十年代，计算机技术不论是在硬件的集成度、可靠度、经济性和综合技术指 标，还是在软件配置的丰富程度和适应性等方面均已发展至较高的水平，在发达国家的 水电站自动化中得到了普遍的应用，当时主要用于实现运行的监督控制和对设备的直接 控制，且已形成比较完整的系统，并取得显著的效益。1974 年美国大古力水电站实现 闭环控制是水电站自动化发展史的一个重要里程碑。七十年代后期，在电网调度自动化 系统发展的同时，自动化技术在水电站的应用得到了进一步的发展，有代表性的如加拿 大魁北克水电局所属水电站，法国罗纳河水电站群。 进入八十年代，随着微电子技术、计算机技术、数据通信技术和自动控制理论的迅 猛发展，以微处理器为核心的微型计算机被应用到许多行业，传统的顺序控制器，如继 电器控制逻辑、二极管矩阵逻辑以及硬件接线的数字逻辑
