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1、毕业设计（论文）说明书摘 要随着社会生产规模的扩大、生产水平的提高，科学管理水资源越来越显示其重要性和必要性，水闸自动化监控系统是当前我国大力推进的水利信息化的重要组成部分。论文主要解决通过下游闸门对上游液位的控制，以满足取水口对闸门水位的要求。基于对工控网络的理解，为实现闸门的远程监控，论文构建了3层网络控制系统:现场控制层、在过程监控层、远程监控层。本文选用了的西门子公司的S7-300型PLC作为闸门控制系统的主站，选择了远程I/0站ET200M作为子站。选用组态王为系统组态软件。将现场总线技术和工业以太网运用到监控系统中，实现了闸门的自动控制。关键词:水闸; 现场总线技术; PLC; 组
2、态王； 工业以太网AbscractAlong with the social product scale expansion, the production level enhancement, the scientific management water resources more and more demonstrate its importance and the necessity. Water intake automated control system is important component of currently vigorously promoting China
3、s water information.The thesis mainly directs at the method controlling the upper level through manipulating the tail strobe for the satisfaction of the demand of water intake for level before strobe. Understanding of Industrial control networks，for the destination of remote supervisory control, thr
4、ee-layered network control system is suspended: the field control layer, the supervisory layer, the remote monitoring control layer. The choice of the S7-300 type of Siemens Plc control system as the main gate stands, has selected long-distance I/O stands ET200M to take the sub- station. Selects the
5、 King View for the system configuration software. Utilizes the fieldbus technology and the industry ethernet to the supervisory system. Achieved Water intake automatic.Keywords: Water intake; Fieldbus; PLC; King View; Industry Ethernet目 录摘 要1ABSCRACT21 绪论51.1水闸自动化监控系统的意义51.2 控制系统功能51.3 论文完成的主要工作62 闸
6、门控制系统72.1 现场总线控制系统(FCS)72.1.1 现场总线控制系统概述72.1.2 现场总线控制系统的组成72.1.3 现场总线技术的主要特点82.1.4 现场总线通信协议82.1.5 现场总线（PROFIBUS）的协议结构和类型102.1.6 现场总线网络中的总线存取控制113 PLC控制系统的设计143.1 PLC概述143.2 PLC的组成143.2.1 PLC的组成框图143.2.2中央处理器(CPU)163.2.3 存储器163.2.4 输入/输出接口183.2.5 其他部件183.3 PLC的工作原理193.3.1 PLC的循环扫描工作方式193.4 系统设计方法213.
7、5 本课题PLC控制系统的硬件设计233.5.1 CPU模块233.5.2 电源模块(PS)243.5.3 数字信号模块(DI/DO)243.5.4 模拟信号模块243.5.5 通讯处理器(CP)243.5.6 远程I/O模块的选择243.6 PLC编程253.6.1 编程软件的选用253.6.2 STL和LAD编程语言263.6.3 闸门控制系统的部分程序274 监控系统软件的组态324.1 组态软件概述324.2 组态软件的特点324.3 组态软件的性能要求334.4 组态软件的系统构成334.4.1 以使用软件的工作阶段划分334.4.2 按照成员构成划分344.5 本课题组态软件的设计
8、354.5.1 组态软件的选择354.5.2 “组态王”软件的分析354.5.3 人机界面的设计375 自控系统的网络通讯395.1 自控系统的网络通讯模型395.2 主从站通讯方式395.2.1 设备级现场总线Profbus-DP395.1.2 PROFIBUS-DP的基本特征395.2.3 PROFIBUS-DP的特点405.2.4 PROFIBUS-DP的协议结构415.2.4 PROFIBUS-DP在系统中的应用415.3 以太网技术425.3.1 以太网的重要概念435.3.2 以太网协议445.3.3 IP地址与以太网地址455.3.4 工业以太网的研究现状475.3.5 工业以太
9、网在系统中的应用486 总结50致谢51参考文献52521 绪论1.1水闸自动化监控系统的意义随着国民经济及科学技术的进一步发展，科学管理水资源越来越显示其重要性和必要性，尤其是在我国水资源并不充裕的情况下，水资源必然成为国民经济发展及人民生活水平提高的制约因素。要解决好新世纪水的问题，就必须调整治水思路，转变治水方针，从工程水利向数字水利转变，从传统水利向现代水利、可持续发展水利转变。进一步发挥水利工程效益，提高供水设备的准确性和可靠性，己成为当前的迫切任务。随着自动控制、通信及计算机技术的不断发展，把遥测遥控、通信及计算机技术应用于闸门及水位等参量的自动测量、计算、控制和调节，来实现水资源
10、的合理输送、节制和分配，就是水闸监控系统的主要内容和目标。信息化是当今世界经济和社会发展的大趋势，也是我国产业优化升级和实现工业化、现代化的关键环节。要把推进国民经济和社会信息化放在优先位置。水利是国民经济和社会发展的基础设施，必须适度超前发展。水利的现代化，离不开水利信息化的支撑。水闸自动化监控系统是当前我国大力推进的水利信息化的重要组成部分。1.2 控制系统功能(1) 控制功能通过该网络可实现现地自动控制、现地手动控制以及远程自动控制共二种控制模式。(2) 显示功能以数字、文本、曲线、表格等形式，实时监控闸门运行状态，监视内容 应包括 :闸门开度；闸门状态。如手动/自动状态、运行/停止状态
11、、远方/现地状态、上升、下降、停止等状；设备状态。如启闭机状态、行程开关状；报警信息。如报警类型、报警时间；操作过程中文提示。(3) 报表管理功能自动生成各类报表，可定时打印或召唤打印。(4) 故障记录与语音报警故障发生时，语音报警;同时详细记录故障信息可供查询。(5) 远方自动与远方手动操作功能对于掌握密码锁的操作员，在远程控制层能对各闸门进行远方操作，远方操作分为远方手动操作和远方给定值操作(自动)。(6) 历史数据记录与查询能根据“时间”、“门号”等关键词查询历史操作记录。(7) 监测功能通过显示屏可进行闸门开度指示、状态指示、故障信息指示、操作信息显示、设定参数显示等。(8) 通信联网
12、功能通过Profibus-dp组成下层总线网，通过以太网组成远程监控网络。(9) 自诊断功能包括:PLC故障诊断，可检测到模块，故障信息在屏上显示出来；传感器故障自诊断，如传感器测量值与实际可能开度比较、传感器测量速度与闸门实际可能速度比较、左右传感器测量值的差值与闸门实际可能偏差值比较、闸门状态与传感器测量值关系是否合理的判断等。1.3 论文完成的主要工作本文的目的是要在分布式网络环境下，构建一个安全的远程监控系统。现场控制级通过PROFIBUS总线把PLC的远程I/O模块与PLC上位机相连。过程监控层是系统的集中管理部分，主要完成对现场控制状态的监测与控制，包括工程师站及操作站，采用PLC
13、作为1类主站。操作站由PC+S7-300组成。工程师站由PC+组态王6.51，主要用于组态和维护。论文完成的主要工作: 基于PROF工BUS现场总线控制的控制系统方案的研究; PLC硬件的选择; PLC控制程序的编制; 监控软件的特点与上位机的组态实现； PROFIBUS现场总线网络的实现。2 闸门控制系统2.1 现场总线控制系统(FCS)2.1.1 现场总线控制系统概述现场总线控制系统是工业设备自动化控制的一种计算机局域网络。它是依靠具有检测、控制、通信能力的微处理芯片和数字化仪表(设备)在现场实现彻底分散控制，并以这些现场分散的测量、控制设备单个点作为网络节点，将这些点以总线形式连接起来，
14、形成一个现场总线控制系统。它是属于最底层的网络系统，是网络集成式全分布控制系统，它将原来集散型的DCS系统现场控制机的功能，全部分散在各个网络节点处。为此，可以将原来封闭、专用的系统变成开放、标准的系统。使得不同制造商的产品可以互联，大大简化系统结构。降低成本，更好地满足了实时性要求，提高了系统运行的可靠性。2.1.2 现场总线控制系统的组成现场总线控制系统由测量系统、控制系统、管理系统三个部分组成，而通信部分的硬、软件是它最有特色的部分。(1) 测量系统其特点为多变量高性能的测量，使测量仪表具有计算能力等更多功能，由于采用数字信号，具有高分辨率，准确性高、抗干扰、抗畸变能力强，同时还具有仪表
15、设备的状态信息，可以对处理过程进行调整。(2) 控制系统它的软件是系统的重要组成部分，控制系统的软件有组态软件、维护软件、仿真软件、设备软件和监控软件等。首先选择开发组态软件、控制操作人机接口软件MM1。通过组态软件，完成功能块之间的连接，选定功能块参数，进行网络组态。在网络运行过程中对系统实时采集数据、进行数据处理、计算。优化控制及逻辑控制报警、监视、显示、报表等。(3) 管理系统可以提供设备自身及过程的诊断信息、管理信息、设备运行状态信息(包括智能仪表)、厂商提供的设备制造信息。2.1.3 现场总线技术的主要特点(1) 数字化的信号传输无论是现场底层传感器、执行器、控制器之间的信号传输，还是与上层工作站及高速网之间的信息交换，全部使用数字信号，实现了高速、双向、多变量、多站点之间的通信。(2) 开放式、互操作性、互换性、可集成性现场总线技术及标准是全开放式的，从总线标准、产品检验到信息发布都是公开的，面向所有制造
