火力发电厂给水自动控制系统
季明彬
（烟台发电厂，山东烟台 264002）
[摘要] 本设计结合中小型火电机组母管制给水系统设备的实际情况，及动态特性，以自动控制理论与计算机技术为基础，利用新华控制公司ＸＤＰＳ软件组态设计而成的，具有稳定性，准确性和快速性的特点，能够在线，实时采集过程参数，实时对系统信息进行加工处理，结果能迅速反馈给系统，完成自动调节和控制，以及在不同工况下的无扰切换，使机组在安全经济运行，减少事故，提高设备可靠性及运行效率方面进一步得到保证。
[关键词] 母管制给水自动组态
1、给水控制系统总体方案的确定
为保证机组的安全运行，我们对给水控制系统提出了很高的要求：在控制设备正常的条件下，不需要操作人员干涉，就能保证汽包水位在允许范围内，这是一个比较复杂的过程，因此对给水控制系统提出以下要求：
l 在给水控制系统中，不仅要满足给水调节的要求，同时还要保证给水泵工作在安全区内，这往往需要有两套控制系统来完成，及所谓的两段调节。
l 由于机组在不同的负荷下呈现不同的对象特性，要求控制系统能适应这样的特性。随着负荷的增长或降低，系统要能从单冲量过度到三冲量，或从三冲量过度到单冲量系统，由
此产生了系统的切换问题，并且必须保证两套系统相互切换的控制线路。
l 由于给水自动控制范围较宽，对各个信号的准确测量提出了更高的，更严格的要求。
l 在多种调节机构的复杂切换过程中，给水控制系统都必须保证无扰。另外，点火后升温升压过程中，由于锅炉没有输出蒸汽流量，给水量及其变化量都很小，此时单冲量调节系
统也不十分理想，就需要开启阀门的方法（双位调节方式）进行水位调节。
l 给水自动控制还必须适应机组的定压运行和滑压运行工况，必须适应冷态启动和热态启动的情况。
在给水自动控制系统中，有一段控制和两段控制之分，所谓“段”，是指完成给水自动控制的系统的套数，因此所谓两段控制方式就是指给水控制系统用两套独立的系统，分别指挥自己的执行机构来完成给水全程控制的方式。
给水控制系统的控制方式很多，考虑到应用系统的实际设备情况和各方面因素，设计决定采用如图1所示的控制方案。
图1：两段控制方案
这是一个两段调节方案，用改变调节阀门的开度来控制给水流量，低负荷时，用单冲量控制系统（PI1），高负荷时，用三冲量控制系统（PI2），调节阀门根据运行情况，在1、5两个调节阀门中间进行主观选择，3调节阀门在紧急情况或其他阀门故障时，作为手动备用。在两种情况下，都采用PI3调节器，其输出经过一个逻辑判断回路来决定受控给水泵及其台数，PI3保证给水泵的出口压力为一定值（Pb+Hp+KD2，Pb为汽包压力，Pb为给水泵出口到汽包的压力损失，KD2为阻力），即在保证调速给水泵工作在安全区，同时又使给水泵在热态启动和冷态启动时有相应的转速。本文重点讨论前半部分，即汽包水位控制部分。
2、给水控制系统设计
2.1 汽包水位控制系统基本要求
汽包锅炉给水自动调节的主要任务是维持汽包水位在允许范围内变化。影响水位变化的主要因素有锅炉的蒸发量、给水流量和燃烧率等。
当蒸汽流量突然增大时，由于汽包水位对象是无自平衡能力的，这时水位应按积分规律下降。但是当锅炉蒸发量突然增加时，汽包水面下的汽泡容积也迅速增大，即锅炉的蒸发强度增加，从而使水位升高。因蒸发强度的增加是有一定限度的，故汽泡容积增大而引起的水位变化是惯性环节的特性。实际水位变化的趋势是两种特性的迭加。由此可以看出，当锅炉蒸汽负荷变化时，汽包水位的变化具有特殊的形式：在负荷突然增加时，虽然锅炉的给水流量小于蒸发量，但开始阶段的水位不仅不下降，反而迅速上升（反之，当负荷突然减小时，水位反而先下降），这种现象就是“虚假水位”现象。另外，给水流量和燃烧率扰动由于水面下汽泡的原因，也能产生虚假水位，因此给水控制系统不能单单以汽包水位为被调量，为了减少或抵消虚假水位现象，就必须采用三冲量调节系统。
所谓三冲量，就是指汽包水位、蒸汽流量和给水流量。蒸汽流量和给水流量是引起水位变化的原因，蒸汽流量作为水位调节的前馈信号，当蒸汽流量改变时，调节器立即动作，相应地改变给水流量，而当给水流量自发地变化时，调节器也立即动作，使给水流量恢复到原来数值，这样就有效控制了虚假水位的影响。给水控制是串级调节系统，主调节器接受水位信号，对水位起校正作用，是细调；其输出作为副调节器的给定值，副调节器的被调量是给水流量，目的是快速消除来自水侧的扰动。
为了提高给水控制系统的可靠性，汽包水位测量使用了三个变送器。三个经压力校正后的汽包
水位信号取中间值，作为控制系统的被调量，当水位测量信号平均值超过±300mm，而且任意两个水位测量信号越限±280mm时，发出汽包水位MFT信号。
当给水温度不变，而压力在某个范围变化时，给水流量的测量误差很小，若给水压力不变，给水温度在某个范围内变化时，给水流量的测量误差较大，所以对给水流量信号只采取温度校正。
蒸汽流量采用汽机调节级压力的测量来表示，调节级压力经过温度修正后，可近似代表蒸汽流量测量值。如果采用标准喷嘴测量蒸汽流量，一方面在高温高压下节流喷嘴容易磨损，检修维护也困难，测量误差较大，另一方面节流损失也大，一般不采用此种方法。当用蒸汽流量转换出负荷小于40%时，送至给水控制系统，切为三冲量调节汽包水位。
2.2 控制系统原理框图
l 串级三冲量控制系统
串级三冲量控制系统的原理框图如图2所示，这个系统有三个回路，即Ⅰ为副回路，Ⅱ为主回路，Ⅲ为前馈回路，副回路的作用主要为快速消除内扰，主回路用于校正水位偏差，而前馈通道则用于补偿外扰，主要用于克服“虚假水位”现象。
图2：串级三冲量控制系统的原理框图
l 单冲量控制系统
在低负荷时（主汽流量D<40%），系统设计为单冲量控制系统，其原理框图如图3所示。
图3：单冲量控制系统原理框图
在单冲量控制系统中对于内扰给水量的变化，系统调节能够消除内扰的影响，但调节不及时，迟延时间长。而对于克服外扰，由于“虚假水位”的存在，使系统调节超调量大，调门大幅变化，对系统的安全性不利。但是在起停机组过程中或在低负荷时（主汽流量D<40%），由于蒸汽参数低，负荷变化小，“虚假水位”现象不太严重，对于维持水位恒定的要求又不高，所以允许采用单冲量给水控制系统。在低负荷时，若采用各种自动校正措施，则会使系统结构复杂，整定困难，同时仍然存在误差。
2.3 汽包水位控制系统控制策略设计
汽包水位调节系统调节器均采用XDPS的EPID模块，逻辑组态组态图如图4，它有九个输入接口和一个输出接口，能够实现PID运算的所有算法，及跟踪和切换技术。
图4：汽包水位调节系统组态图
在启停炉或低负荷时，由于蒸汽流量信号没有或者蒸汽流量不稳定，可以投入旁路给水自动，采用单冲量调节水位，水位高时减少给水流量，水位低时增加给水流量，此时电动给水泵保持在某一固定转速。水位与定值发生偏差时，经比例、积分运算后去控制旁路给水阀。当机组负荷大于40%系统切为三冲量控制。主调节器的输出加上蒸汽流量信号，作为负调节器的设定值，与给水流量比较，经过比例、积分运算后，输出控制电动给水泵转速。此时单级调节器的输出跟踪副调节器的输出，如果负荷减小，三冲量系统可以自动切换到单冲量系统。
2.3.1 主调节器的输入
系统的给定值根据负荷（主蒸汽流量）自动给定，主汽流量信号经过函数模块F（X）修正后，输入偏差运算模块DEV的X1接口作为系统的给定值，汽包液位反馈信号经另一函数模块F（X）修正后变换成百分数形式，作为反馈值输入偏差运算模块DEV的X2接口与给定值X1相比较，其偏差值作为主调节器EPID的E接口输入。
主汽流量信号反馈值与给水流量反馈值信号分别经不同的函数模块F（X）修正后，分别作为偏差运算模块DEV的两个输入值X1、X2，其输出值作为主调节器EPID的被跟踪量。
两个软手操模块S/MA的状态输出，分别输入与模块AND的Z1，Z2接口，与运算的输出作为或模块OR的Z1输入。主汽流量信号经函数模块F（X）修正后，输入高低限转换模块HLALM，其输出开关值经一非模块NOT运算后，作为或运算模块OR的Z2输入，或运算模块OR的输出开关量作为主调节器EPID的TS输入，即跟踪切换开关。
2.3.2 副调节器的输入
经函数模块F（X）修正的主蒸汽流量信号作为副调节器的前馈量输入求和模块ADD的第二个接口，主调节器的输出信号接入ADD模块的第一个接口，两者加一定的比例系数求和后接入偏差运算模块DEV的X1接口。给水流量作为反馈信号经函数模块F（X）修正后，接入偏差运算模块DEV 的X2接口，X1、X2经偏差运算后作为副调节器的E输入值。
锅炉的主给水分道电动门1的状态与锅炉主给水分道电动门5的状态的非值作为或运算OR的两个输入开关量，或运算的输出量作为切换模块SFT的切换开关，SFT的两个输入分别为两个软手操S/MA的输出，SFT的输出即为副调节器EPID的被跟踪量。
副调节器EPID的跟踪切换开关TS的输入与主调节器的跟踪切换开关逻辑组态相同。
2.3.3 单冲量控制系统调节器的输入
主蒸汽流量经函数模块F（X）修正后的信号作为偏差运算模块DEV的X1输入，汽包液位测量反馈信号经另一函数模块F（X）修正后，作为DEV的另一接口X2输入，X1、X2经偏差运算后的输出值作为单冲量调节器EPID的E接口输入值。
大旁路调节门的软手操S/MA的输出值，作为单冲量调节器的被跟踪量TR输入。
经函数模块F（X）修正的主蒸汽流量信号输入高限为40的高低限转换模块HLALM，其输出的一支作为或运算模块OR的Z1输入。由两个调节水门软手操S/MA的输出状态作为与模块AND的Z1、Z2输入，AND的输出一支作为OR的Z2输入，OR的输出值即为单冲量调节器EPID的跟踪切换开关TS。
2.3.4 系统的无扰切换
低负荷时采用单冲量控制系统，高负荷时采用串级三冲量控制系统。两套系统的切换是根据锅炉负荷（主蒸汽流量）的大小进行的。在自动状态下，主蒸汽流量>40%时，由单冲量控制系统切换为串级三冲量控制系统；主蒸汽流量<40%时，由串级三冲量控制系统切换为单冲量控制系统。
在组态中，单/三冲量控制系统的切换是通过切换模块SFT实现的。串级三冲量控制系统的输出作为该模块的X1输入，单冲量控制系统的输出作为该模块的X2输入，主汽流量信号经函数模块F （X）修正后，输入高限为40的高低限转换模块HLALM，高低限转换模块HLALM的输出作为切换模块SFT的切换开关Z输入，也就是当主蒸汽流量大于百分之四十时，HLALM置1输出，切换模块SFT 接收到1后，选择X1值作为输出值，即控制系统切入串级三冲量控制。当主蒸汽流量小于百分之四十时，HLALM输出0，SFT的切换开关Z接收0后，选择X2作为输出值，这时控制系统切换为单冲量控制系统。
2.3.5 手/自动的切换
在一些特殊情况下，调节系统必须切手动运行，以保护调节设备或保证锅炉给水的正常供应。
在两个软手操面板上均有“手动”按钮，如果操作员需要手动调节，单击面板上的“M”键，系统自动调节退出，操作人员可凭经验手动调节。
设计考虑到自动调节的连续性和稳定性，对于一些自动不能实现的特殊情况，给出了切手动的组态逻辑。
给水调节阀反馈阀位信号与控制系统输出信号，即软手操S/MA的输出信号通过DEV作偏差运算，其开关量输出值作为或运算模块OR的Z2输入，Z1信号引自给定值与汽包水位反馈信号经偏差运算模块DEV开关量输出，或运算模块OR的输出值作为软手操S/MA的强制手操接口TOM输入。也就是说在调节阀阀位信号与软手操输出的指令的偏差过大时，汽包水位信号的反馈值与给定值偏差过大时，或调节给水门前后的分道电动门关闭的情况下，系统自动切手动运行。
设计为能够参与自动调节的主给水电动调节门、大旁路电动调节门，组态了两套相同的切手动逻辑，在此就不再赘述。
在组态中，设计对自动状态下的输出制定了高限。分道电动门的状态与调节器的状态输出分别作为与运算模块AND的Z1、Z2输入，与运算的输出作为转换模块SFT的切换开关Z，X1的规定值为100，即在分道电动门开启和调节器的自动的状态下，调节器的输出不能高于100。
2.3.6 跟踪技术
为了实现控制系统的单冲量回路/三冲量回路之间，手动/自动之间的无扰切换，组态设计了跟踪回路。
串级三冲量控制系统的跟踪由下述模块实现，主汽流量信号经函数模块F（X）输入高限为40低限为0的高低限转换模块HLALM，其输出开关量经过非运算模块后，作为或运算模块OR的一个输入量，另一个输入是两个软手操S/MA的状态输出的与运算结果，或运算OR的输出即跟踪切换开关。也就是在控制系统切手动或主蒸汽流量小于百分之四十时，串级三冲量控制切跟踪。
串级三冲量控制系统的被跟踪量由以下模块和逻辑实现，分道电动门1的状态，分道电动门5
的状态的求反值，分别作为或运算模块OR的两个输入量，OR的输出开关量作为切换模块SFT的切换开关Z输入，切换模块SFT的输X1、X2入值分别两个软手操S/MA的输出值，SFT的输出就是被跟踪量TR值，即在分道电动门1开，分道电动门1电动门5关的状态下跟踪主给水调节门的输出值；在分道电动门1关，分道电动门5开的状态下，系统跟踪大旁路给水调节门的输出值。
单冲量控制系统的跟踪逻辑是这样的，前面所提到的高低限转换模块HLALM的输出开关量作为或运算模块OR的Z1输入，两个软手操的状态输出开关量作与运算后，作为或运算模块OR的Z2输入，或运算结果作为单冲量控制系统的跟踪切换开关。简单说，也就是当主蒸汽流量大于总流量的百分之四十时或控制系统切手动时，单冲量控制系统切跟踪，它的被跟踪量是大旁路给水调节门的输出值。
2.3.7 PI参数整定
单冲量控制系统的P、I参数整定，采用与前面所述的给水母管压力控制系统调节器相同的方法，即在锅炉低负荷的仿真状态图5用以试凑为主的经验法整定，最终的到的调节器比例系数KP 为1.2，积分时间Ti为90S。
图5：仿真结果曲线图
下面进行串级三冲量控制系统正副调节器P、I参数的整定。串级三冲量控制系统与常规三冲量给水控制系统整定是有区别的，主要有下面两个方面：
l 在串级控制系统中，副回路和主回路的整定基本是各自独立的，调节器整定参数作用非常清晰，整定步骤明确。
l 在常规三冲量给水控制系统中，对主蒸汽流量信号和给水流量信号的静态配合方面要求很严格，如果静态配合不准，就会引起汽包水位的静态偏差。这是三冲量控制系统的缺点，而串级三冲量控制系统不存在这方面问题。如果水位对象外扰特性的虚假水位现象严重
时，那么还可以加大流量信号作用强度，来改善调节过程的品质。
系统的副回路与单级情况一样，可作为一个随动系统，其等效方框图如图6所示。
图6： 副回路控制等效方框图
把调节阀和管道系统作为被调对象，则作为K f 以外的环节都作为等效调节器。
W *T2(S)= G(S)
U(S)=r G k z W T2(S) 公式【2-1】 由于设计中的W T2(S)采用KP 2（1+1/Ti 2S ）的PI 调节规律则
W *T2(S) =G(S)
U(S)=r G k z KP 2（1+1/Ti 2S ） 公式【2-2】 式中: KP 2————副调节器的比例系数
Ti 2————副调节器的积分时间
副回路的对象为K f ，可近似为比例环节，所以调节器的比例带（比例系数的倒数）和积分时间都可整定的很小，在我们的设计系统中r G 、k z 可通过现场实验获得，因此副调节器也是整定KP 2、Ti 2的问题，整定一般也是用试探法求得，经现场经验法设计确定副调节器的比例系数KP 2为2.5，积分时间Ti 2为105S 。
主回路的整定是建立在副回路可等效为一个快速比例环节的基础之上的，它的示意图如图7所示。其中1/r G 为等效的副回路。
图7： 控制回路等效方框图
把W D1(S)看成被控对象，其余环节可看作等效调节器。
W *T1(S) =H(S)
G(S) =（r H /r G ）*W T1(S) 公式【2-3】 在此，W T1(S)=KP 1（1+1/Ti 1S ）
则W *
T1(S)= （r H /r G ）KP 1（1+1/Ti 1S ）
也是一个PI 规律的调节器。
KP 1*=（r H /r G ）KP 1
Ti 1*=Ti 1
r H 和r G 为已知，所以外回路只是整定KP 1和Ti 1的问题，常用的近似整定计算公式为：
KP 1*=1/1.1ετ 公式【2-4】
Ti 1*=3.3τ
其中：ε为飞升速度，τ为迟延时间。
现场试验表明，当给水内扰特性为一个一阶惯性环节和一个积分环节相串联，调节器采用PI
调节规律时，使用上述参数的调节过程过于稳定，用下述近似公式较为合适。
KP1*=1/0.65ετ，Ψ=0.9 公式【2-5】
Ti1*=5.7τ
即KP1=r G/（0.6⒌r Hετ）
Ti1=5.7τ
用上述近似公式计算是足够准确的，把控制系统中的调节组件都投入自动，用水位定值扰动试验再加以修正整定参数。最后设计确定比例系数KP1为4.8，积分时间Ti1为230S。
在线整定参数后，汽包水位调节品质明显改善，从给水调节门阀位反馈开度实时曲线图8所示，给水调节门的线性品质也有了大幅好转，抖动明显消失。
图8：给水调节门阀位反馈
3、结论
利用XDPS的组态技术，按实际系统的要求进行逻辑设计，克服了以往模拟组合仪表实现调节的诸多缺点，对生产过程实现了分散控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调的功能。PID 设计是本次设计的主要内容和关键核心，能够很好的实现顺序控制和给水的自动化调节。
汽包水位控制系统的组态设计以串级三冲量控制理论和单冲量控制理论为基础，采用了三个比例积分调节器（串级三冲量系统的主副调节器、单冲量系统的调节器），通过PI参数的修正以及控制系统的无扰切换和可靠的跟踪技术，实现了低负荷时采用单冲量控制系统，高负荷时采用三冲量控制系统，并在特殊情况或按操作人员的要求切手动的各方面要求。克服了给水系统内扰、外扰的影响，在“虚假水位”的情况下，能够进行可靠准确的自动调节。通过水位给定值根据负荷的自动给定，使控制更合理更客观，自动化水平进一步提高。
考虑整个设计，它也存在一些有待完善的环节，主要有以下几个方面：
1) 给水母管压力控制系统与汽包水位控制系统的协调控制问题
2) 给水母管压力控制系统给定值自动给定的问题。
3) 调节门大小阀门的切换问题。
4) 进一步减少节流损失的问题。
综上所述，本设计实现了中小机组的给水自动化要求，满足了母管制运行的特殊要求，是高效、安全、可靠的，一定会在中小型火电机组得到广泛应用。同时，设计也需要在实践中不断改进，不
断完善。
基于PLC控制技术的农业自动灌溉系统设计摘要： 水是一切生命过程中不可替代的基本要素，水资源是国民经济和社会发展的重要基础资源。我国是世界上13个贫水国之一，人均水资源占有量2300立方米，只有世界人均水平的1/4，居世界第109位。而且时空分布很不均匀，南多北少，东多西少；夏秋多，冬春少；占国土面积50％以上的华北、西北、东北地区的水资源量仅占全国总量的20％左右。近年来，随着人口增加、经济发展和城市化水平的提高，水资源供需矛盾日益尖锐，农业干旱缺水和水资源短缺已成为我国经济和社会发展的重要制约因素，而且加剧了生态环境的恶化。按现状用水量统计，全国中等干旱年缺水358亿立方米，其中农业灌溉缺水300亿立方米。20世纪90年代以来，我国农业年均受旱面积达2000万公顷以上，全国660多个城市中有一半以上发生水危机，北方河流断流的问题日益突出，缺水已从北方蔓延到南方的许多地区。由于地表水资源不足导致地下水超采，全国区域性地下水降落漏斗面积已达8.2万平方公里。 发达国家的农业用水比重一般为总用水量的50％左右。目前，我国农业用水比重已从1980年的88％下降到目前的70％左右，今后还会继续下降，农业干旱缺水的局面不可逆转。北方地区水资源开发利用程度已经很高，开源的潜力不大。南方还有一些开发潜力，但主要集中在西南地区。 我国农业灌溉用水量大，灌溉效率低下和用水浪费的问题普遍存在。目前全国灌溉水利用率约为43％，单方水粮食生产率只有10公斤左右，大大低于发达国家灌溉水利用率70-80%、单方水粮食生产率2.0公斤以上的水平。通过采用现代节水灌溉技术改造传统灌溉农业，实现适时适量的“精细灌溉”，具有重要的现实意义和深远的历史意义。在灌溉系统合理地推广自动化控制，不仅可以提高资源利用率，缓解水资源日趋紧张的矛盾，还可以增加农作物的产量，降低农产品的成本。 本次设计是采用PLC控制多路不同的土壤湿度，浇灌的开启和停止完全由土壤的湿度信号控制，能使土壤的湿度值保持在作物生长所需要的最佳范围之内。这样既有利于作物的生长，又能节约宝贵的水资源。 关键词：自动浇灌; PLC; 湿度传感器；农业自动灌溉系统
锅炉给水控制系统讲稿 一、锅炉给水控制系统的任务和工艺流程 汽包锅炉给水自动的任务是维持汽包水位在设定值。汽包水位是锅炉运行中的一个重要监控参数，它间接地表示了锅炉负荷和给水平衡关系，维持汽包水位是保证机炉安全运行的重要条件。 给水系统工艺流程 在热力系统中，通常将除氧器出口到锅炉省煤器之间的供水管道及所属设备称为给水系统。给水系统的主要设备有除氧器及给水箱、给水泵前置泵、给水泵启动旁路调节阀、给水电动阀、最小流量调节阀和高压加热器等组成。见下图 图 1 给水系统工艺流程示意图 二、长山电厂的给水泵配置： 长山电厂2×600MW机组的锅炉给水系统由两台各带50％容量的汽动给水泵作为正常工作泵和一台带30％容量的电动给水泵作为机组的启动、备用泵。 三、给水控制对象的动态特性 给水控制调节调量是三台变速泵的转速和启动旁路调节阀开度，低负启动阶段电泵处最低转速运行，用启动旁路伐调节，这时电泵可看作定速泵，转速n=常数，调节阀为节流调节方式，下图2所示。
图2 定速泵节流调节控制方式下流量与压力关系 随着锅炉负荷增大，给水流量由增加电动泵转速来调节，电动变速泵的驱动电动机经液力联轴器与水泵相联，通过政变液力联轴器中勺管的径何行程，改变联轴器的工作流量，实现给水泵转速改变。 随着锅炉负荷进一步增大，给水流量超出电泵能力范围，可增加汽泵来供应给水，汽动给水泵是由小汽轮机来驱动的，通过控制小汽轮机的进汽量，改变汽动泵的转速来控制给水量，由于驱动小汽机的蒸汽来自主汽轮机的抽汽，故在机组启动和低负荷时还须靠电泵来供给给水。 变速泵特性曲试可看作不同转速的定速泵的曲线族，每个转速下都有一条流量压力关系曲线和对应的最大最小流量，将这些最大流量与最小流量点连起来，构成最大和最小流量曲线。 变速泵控制系统要求变速给水泵运行在安全工作区内，变速泵的安全工作区可在泵的流量压力特性图上表示出来，如图2-3-3 图2-3-3 变速泵的流量压力特性图 变速泵的安全工作区由六条曲线围成：1最高转速曲线Nmax 2最低转速曲线Nmin 3最高压力曲线Pmax 4最低压力曲线Pmin 5最大流量曲线Qmax 6最小流量曲线Qmin。其中最高和最低转速曲线由泵组的调速装置所限制，工作点不会越出其外，所以保证给水泵安全运行应采取措施使泵的工作点处于上限和下限特性曲线内，不超过最大压力不低于最小压力，由图可见，压力高时安全区范围较宽，压力低时安全区变窄。图中还作出了锅炉定压运行和滑压运行中的压力曲线，定压运行时泵出口压力为一条水平线，工作点大部份在安全区以内，如果给水泵为全容量泵，基本上可不采取措施，也能确保水泵安全运行。对于滑压和启停运行机组，锅炉在某段时间内的运行压力较低，所以主给水泵的出口压力也低，泵的工作点有可能越出上限特性曲线，此时必须采取保证给水泵安全运行的措施。 无论是定压运行还是滑压运行，低负荷阶段，给水泵工作点都会落在最小流量曲线之外，为防止出现这种情况，采取在每个泵出口至除氧器水箱间加装再循环阀门及管道，当泵的流量低于某一设定的最小流量时自动打开再循环阀，保证泵的流量不低于最小流量下限，当流量大于某一设定值时，即泵的流量大于于最小流量，自动关闭再循环阀。 最大流量曲线保护则靠控制系统自行进行判断是否超过最大流量并限制调节作用，使泵始终工作在最大流量曲线左侧。 锅炉水位决定于炉内贮水量和水面下的汽泡容积，引起水位变化的因素有很多，主要有锅炉蒸汽负荷、给水流量和炉膛热负荷。 1.给水流量扰动下水位变化 当给水量阶跃增加后，一方面由于温度较低的给水进入省煤器、汽包和水循环系统，从原有的饱和
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电厂应急消防供水自动控制系统 使用说明：本安全管理资料适用于日常工作环境中对安全相关工作进行具有统筹性，导向性的规划，并要求相关人员共同遵守对应的办事规程与行动准则，使整体行为或活动达到或超越规定的标准。资料内容可按真实状况进行条款调整，套用时请仔细阅读。 摘要:在消防灭火时，供水系统起着非常重要的作用.本文介绍了一种实用可靠的消防供水控制系统。该系统可保证消防供水系统水压稳定，并满足不同消防工况对供水量及快速性的要求。 关键词:消防供水管网压力自动控制 1引言 火灾往往会给人们的生命财产带来巨大的损失，因此，人们对消防的重视程度越来越高。特别是发电厂，其消防用水量越来越高，已由从前的几十升每秒增加到现在的几百升每秒，而且，当火灾发生时往往会伴随着停电停水，一般的消防供水设备在这种情况
目录 1选题背景 (2) 1.1引言 (2) 1.2设计目的及要求 (2) 2方案论证 (3) 2.1方案一 (3) 2.2方案二 (4) 3过程论述 (5) 3.1总体设计 (5) 3.2详细设计 (6) 3.2.1信号的测量部分 (6) 3.2.2单冲量控制方式 (10) 3.2.3串级三冲量控制方式 (11) 3.3信号监测 (12) 3.3.1给水旁路调节阀控制强制切到手动 (12) 3.3.2电动给水泵强制切到手动 (13) 3.3.3汽动给水泵强制切到手动 (13) 3.4工作方式 (13) 3.5切换与跟踪 (13) 3.5.1切换 (13) 3.5.2跟踪 (14) 3.6控制器选型 (14) 4结论 (14) 5课程设计心得体会 (15) 6参考文献 (15)
1选题背景： 1.1引言 火电厂在我国电力工业中占有主要地位，大型火力发电机组具有效率高，投资省，自动化水平高等优点，在国内外发展很快，如今随着科技的进步，大型火力发电厂地位显得尤为重要。但由于其内部设备组成很多，工艺流程的复杂，管道纵横交错，有上千个参数需要监视、操作和控制，这就需要有先进的自动化设备和控制系统使之正常运行，并且电能生产要求高度的安全可靠和经济性。大型发电单元机组是一个以锅炉，高压和中、低压汽轮机和发电机为主体的整体。锅炉作为电厂中的一个重要设备，起着重要的作用，根据生产流程又可以分为燃烧系统和汽水系统。其中，汽包锅炉给水及水位的调节已经完全采用自动的方式加以控制。给水全程控制系统是一个能在锅炉启动、停炉、低负荷以及在机组发生某些重大事故等各种不同的工况下，都能实现给水自动控制的系统而且从一种控制状态到另一种控制状态的判断、转换、故障检测也常常靠系统本身自动完成。 1.2设计目的及要求 本次课程设计的要求是根据大型火电机组的生产实际设计出功能较为全面的300 MW火电机组全程给水控制系统，该控制系统的设计任务是使给水量与锅炉的蒸发量相适应，维持汽包水位在规定的范围内。 设计要求： (1)设计功能基本全面的全程给水控制系统，要求图纸采用SAMA标准图例，系统布局规范。 (2)参考输入参数：汽包水位、汽包压力、给水流量、给水温度、汽机第一级压力、主汽温度、过热减温水流量等信号。 (3)参考输出参数： A、B汽动泵转速、电动给水泵转速、给水旁路调节阀开度。 (4)信号准确性：考虑汽包水位、给水流量和蒸汽流量等信号的修正。 (5)信号监测与报警：重要信号需要监测与报警，同时注意信号的可靠性，
基于PLC的全自动灌溉控制系统的设计[摘要]介绍了可编程序控制器(PLC)在节水灌溉控制系统中的应用,系统具有手动灌溉模式,能根据用户要求设定各灌区的灌溉顺序和灌溉时间;同时系统具有自动灌溉模式,通过内置程序把湿度传感器测定的土壤湿度信号输入到PLC,与土壤最佳含水量对比,进一步控制电机和电磁阀的启闭;为了减小水泵电机的启动电流,减轻对电网形成的冲击,减小能耗,系统启动采用Y/启动。 [关键词]PLC;节水灌溉;土壤湿度;Y/启动;自动灌溉控制系统 当前,随着电气信息技术在节水灌溉工程中的应用,发达国家如美国、以色列、荷兰、加拿大、澳大利亚等成功开发了一系列用途广泛、功能极强的灌溉控制器。而我国在开发自动灌溉控制系统方面与发达国家差距较大,还处于研制、试用阶段,随着水资源的日趋紧张及信息技术的发展,开发具有自主知识产权的节水灌溉控制系统不仅具有广阔的市场前景,而且具有巨大的社会效益[1,2]。 本文以PLC为核心,选用C40C型可编程控制器来开发了一套灌溉控制系统,所开发的控制系统能手动设置对各轮灌区定时灌溉,也可以通过土壤湿度传感器与控制器形成全自动闭环控制系统。同时为了减少水泵电机启动电流,减轻对电网形成的冲击,减小能耗,水泵电机采用Y/启动。 1PLC输入/输出点分配及系统结构框图 本文所选用的C40C可编程序控制器输入24点(X0~X23),输出16点(Y0~Y15),带有RS232口及日历/时钟功能,供电电源为24V直流或100~240V交流,同时可以控制4路A/D、4路D/A。系统可以方便地扩展输入/输出口,系统中除湿度传感器为模拟信号外,其它输入/输出信号均为开关量,PLC各个输入/输出点分配情况见表1。
水塔水位的PLC控制的设计PLC课程设计说明书 姓名 班级 学号 专业机电一体化技术 教师 组别 日期 2012.1.10 成绩
目录 一概述 (1) 二水塔供水自动控制系统方案设计 (2) 设计方案 (2) 三水塔水位自动控制系统设计 (2) 1水泵电动机控制电路的设计 (2) 2水位传感器的选择 (4) 四水位自动控制系统的组成 (6) 1、系统构成及其控制要求 (6) 2系统框图 (7) 五 PLC的设计 (8) 1可编程序控制器(PLC)简介 (8) 2PLC工作原理 (8) 3PLC的编程语言--梯形图 (9) 4SYSMAC-C系列P型机概述 (11) 5水塔水位自动控制系统的软件设计 (12) 六结束语（系统总结分析） (17) 1系统的优点 .......................................................................... 错误！未定义书签。2结束语 .................................................................................. 错误！未定义书签。参考文献 (19) 致谢 (20)
水塔供水自动控制系统的设计 一概述 水塔水位控制系统采用交流电压检测水位,在控制系统启动后，若水槽水位低于水槽最低水位S2时液位传感器将水位信号转化为电信号向PLC发出信号，PLC根据此信号打开补水泵向水槽补水，当水位达到水槽最高水位S4时液位传感器将水位信号转化为电信号向PLC发出信号停止补水泵的工作，当水塔水位达到最低水位S2时，液位传感器将水位信号转化为电信号向PLC输出，PLC在收到信号后启动水泵向水塔加水，当水塔水位达到最高水位S1时传感器将水位信号转化为电信号向PLC发出信号停止水泵的工作。 二水塔供水自动控制系统方案设计 设计方案 PLC和传感器构成的水塔水位恒定的控制系统原理。 在控制系统启动后，若水槽水位低于水槽最低水位时液位传感器将水位信号转化为电信号向PLC发出信号，PLC根据此信号打开补水泵向水槽补水，当水位达到水槽最高水位时液位传感器将水位信号转化为电信号向PLC发出信号停止补水泵的工作，当水塔水位达到最低水位时，液位传感器将水位信号转化为电信号向PLC输出，PLC在收到信号后启动水泵向水塔加水，当水塔水位达到最高水位时传感器将水位信号转化为电信号向PLC发出信号停止水泵的工作。本文主要阐述利用PLC和传感器构成的水塔水位恒定的控制系统。
关于火电厂给排水的分析 燃煤电厂是利用热能转变为机械能进行发电的。普遍的是利用各种燃料(煤、石油、天然气等)的燃烧把化学能转变为热能的发电方式。水作为电厂发电中仅次于燃料的重要物质，作为工质和载体进入电厂，经过一系列的用水过程最后损失一部分并被排放掉。它作为工质吸收燃料的热量，使之变为具有做功能力的蒸汽，进入汽轮机使热能转变为机械能，然后由发电机变为电能输出。电厂用水主要包括循环水系统补充水、锅炉补水、除灰补充用水、脱硫工业及工艺用水、灰场喷洒用水等。以上各种用途的水会有不同的水质和水量要求，经过不同的途径使用后，常会混入各种杂质使水质发生变化，形成电厂复杂的给水系统。下面笔者分析了火电厂给排水系统。 一、火电厂给水系统 电厂作为一个大的给水系统，把电厂中的用水单元称为给水子系统。 1、循环冷却水系统 循环冷却水系统主要是用来冷却凝汽器排汽的系统，它分为湿式冷却和干式冷却。干式冷却(空冷系统)包括直接干冷和间接干冷两种，它节水效果很明显，耗水量仅为湿式冷却的16%左右，有的采用干/湿式冷却混用也有很好的节水效果。但是干式冷却系统有一些缺点，如投资大、冷却的效率低(会影响电厂的经济性和机组的出力)、运行管理复杂等。 2、化学除盐水系统 化学除盐水系统主要是处理锅炉给水的补水。在凝汽器发电厂中，锅炉补给水量等于锅炉排污量和各项汽水损失之和，大致相当于锅炉蒸发量的5%～7%。汽水损失主要包括锅炉、汽机、管道的排汽损失和一些热水的蒸发损失等。此外，应考虑补给水制备系统的自身耗水量，化学水处理自用水损失量与水处理的方式有关，约占电厂水损失的l%～3%，主要有酸碱废水、有冲洗水箱时还有过滤器反洗水等。当以附加1.5%～2.0%，无冲洗水箱时，最大的给水量应附加设备的反冲洗量。总计水量可按锅炉蒸发量的6%～10%估算。在热电厂中应根据热力负荷及凝结水的回收程度来决定锅炉补给水量。 3、生活、消防给水系统 电厂生活用水量与每个电厂的实际情况有关，它包括职工的人数、是否对家属区供水等。消防给水量应按室内消防给水量和室外消防给水量之和计算。厂区生活用水可取自地下水域由市政给水系统供给，水质应符合《饮给水卫生标准》的要求。消防水一般直接使用原水或取自市政给水系统。 4、工业冷却给水系统 燃煤电厂的工业冷却水分为间接冷却水和直接冷却水两种。间接冷却水是通过热交换器换热，冷却水不受传热介质污染。间接冷却水主要用于主冷油器、发电机空气冷却器、辅助冷油器和锅炉辅机等设备，这部分水可以利用循环水系统的水。间接冷却水对水质的要求不很高主要是对换热器的热管不腐蚀、不结垢。直接冷却水和热介质直接接触冷却，如轴承冷却水和一些转动设备的冷却水。直接冷却水对水质的要求是应无杂质、低温、不腐蚀设备。
控制类系统设计 ——液位自动控制系统 摘要 随着电子技术、计算机技术和信息技术的发展，工业生产中传统的检测和控制技术发生了根本性的变化。液位作为化工等许多工业生产中的一个重要参数，其测量和控制效果直接影响到产品的质量，因此液位控制成为过程控制领域中的一个重要的研究方向。 液位控制是工业中常见的过程控制，它对生产的影响不容忽视。该系统利用了常见的芯片，设计并实现了液位控制系统的智能性及显示功能。电路组成简单，调试方便，性价比高，抗干扰性好等优点，能较好的实现水位监测与控制的功能。能够广泛的应用于工业场所。 液位控制有很多方法，如，非接触传感。只需要将传感器紧贴在非金属容器的外壁，就可以侦测到容器里面液位高度变化，从而及时准确地发出报警信号，有效防止液体外溢或防止机器干烧。由于不需要与液体接触且安装简便，避免了水垢的腐蚀，可取代传统的浮球传感和金属探针传感，延长寿命。而本设计是基于纯电路的设计，低成本且抗干扰性好。在本设计中较好的实现了水位监测与控制的功能。 液位控制系统是以液位为被控参数的系统，液位控制一般是指对某控制对象的液位进行控制调节，以达到所要求的液位进行调节，以达到所要求的控制精度。
1 概述 液位控制系统是以液位为被控参数的系统,是现代工业生产中的一类常见的、重要的控制过程。而传统的液位控制多采用单回路控制,并采用传统的指针式仪表来显示液位值,使液位控制的精度和显示的直观性受到限制,而随着生产线的更新及生产过程控制要求的提高,要求液位系统有高的控制性能。基于此，本系统就设计了一种电路简单，调试方便且性价比高的系统，来完成液位的自动调控。本系统主要由四部分组成：显示模块、振荡模块、传感器模块和声光报警模块，系统简单易行。 系统框图如下： 2 硬结构与功能 2.1 该设计的总体结构 该设计是一块集多种电子芯片于一体的多功能实验板，实现了液位系统的控制及显示。主要功能器件包括：电源部分的7808，定时部分的555定时器，数字分段的LM3914等。 电路原理图如下图所示：
《给水全程控制系统》设计 专业：自动化 班级：B120410 学号：B12041014 姓名：陈修鹤
本文在讨论给水调节系统的被控对象动态特性、热工测量信号、调节机构特性的基础上，分析了三冲量给水控制系统的结构及工作原理，提出了实现单元制给水全程控制系统应考虑的问题及控制方案。随着锅炉朝大容量、高参数发展，给水系统采用自动控制系统是必不可少的，它可以减轻运行人员的劳动强度，保证锅炉的安全运行。对于大容量高参数锅炉，其给水系统是非常复杂和完善的。针对目前发电厂给水系统的现状及其存在的问题，结合发电厂300MW 机组配置,发电厂300MW 机组给水全程调节系统的构成原理和控制功能，分析了系统的总体结构、工作原理、控制过程、系统切换方式、控制逻辑、调试及参数整定原则。 关键词：给水全程，给水控制，控制系统，汽包水位，自动调节
摘要............................................................................................................................. I 第一章汽包水位全程控制的介绍 (1) 第二章给水控制对象的动态特性 (2) 2.1 给水流量扰动下水位的动态特性 (2) 2.1.1 给水流量扰动下水位的动态特性 (2) 2.1.2 蒸汽流量扰动下水位的动态特性 (2) 2.1.3 炉膛热负荷扰动下水位的动态特性 (3) 第三章热工测量信号 (5) 3.1 水位信号 (5) 3.2 蒸汽流量信号 (6) 3.3 给水流量信号 (6) 第四章调节阀和调速泵的特性 (7) 4.1调节阀门的静特性 (7) 4.2调速泵的安全特性 (7) 第五章控制过程分析 (9) 5.1水位调节主回路及电动给水泵跟随系统 (9) 5.2汽动给水泵副回路控制系统 (9) 5.3锅炉单冲量三冲量无扰切换和汽泵转速控制系统 (10) 5.4流量测量信号 (11) 5.5旁路辅助及保护回路 (12) 5.6汽包水位自动失灵切手动保护 (13) 结论 (15) 参考文献 (16)
灌溉系统自动化控制设计（一） 李鸣 喷微灌系统的自动化，必须要有自动灌溉的控制器，甚至更多的装置，它们由土壤湿度传感器、控制器和电磁阀组成一个控制系统。灌溉系统应当能够按照土壤墒情和作物需水特性实施自动灌溉（包括沟灌、喷灌、滴灌、渗灌），达到高产、高效和节水的目的。灌溉控制系统也应当适用于园林灌溉、庭院花圃、苗圃、果园、菜地的灌溉需要。自动灌溉控制系统可以实现科学灌溉，节能、省水，使菜地和农地产量和产品的质量明显提高。 智能化，精准化的自动灌溉控制技术是伴随着信息产业和计算机应用技术、传感器制造技术、塑料工业技术的提高而逐步提高，并实现更加现代化和智能化的。 第一节. 概述 灌溉自动控制系统正在以前所未有的速度快速发展，快速的发展与目前信息产业发展的结合越来越紧密。总的来说，高速发展的控制技术与技术水平的提高不是人们能够想象得到的。目前，灌溉控制系统的在结构设计，通讯方式和传感器使用上已经出现了以下几种常见的控制系统。 基于物联网的灌溉控制系统。 物联网是基于传感器技术的新型网络技术，在现代农业中，大量的传感器节点构成了一张张功能各异的监控网络，通过各种传感器采集与作物生产有关的各种生产信息和环境参数，可以帮助农户及时发现问题，准确地捕捉发生问题的地点，对耕作、播种、施肥、灌溉等田间作业进行数字化控制，使农业灌溉的各种资源，包括水资源的利用更加精准化和效率最大化。 基于物联网的无线传感器由部署在监测区域内大量的微型传感器节点通过无线通信形成的一个多跳自组织的网络。就是说传感器节点具有自组织的能力，能够自动进行配置和管理，通过拓扑控制机制和网络协议自动形成转发监测数据的多跳无线网络系统。其主要目的是采集与处理该网络覆盖范围内监测参数的信息。无线传感网络在农业中的一个重要应用是在温室等农业设施中，采用不同的传感器和执行机构对土壤水分，空气温湿度和光照强度，二氧化碳浓度等影响作物生长的环境信息进行实时监测，系统根据监测到的数据将室内水、肥、气、光、热等植物生长所必需的条件控制到最佳状态，保证作物的增产增收。 基于单板机PLC的灌溉控制系统。 另一种是使用单板机PLC 开发的自动控制灌溉系统。它的设计工作原理是通过可编 程的PLC 控制灌溉电磁阀, 并采用管道输水，通过喷微灌系统来灌溉农田。PLC灌溉控制系统是一种可用于高可靠性环境的实时监测网络系统, 适用于各种需要对温度和湿度等环 境参数有监测要求的场合, 尤其是不方便布线的应用场合, 能对大范围内多点的温度和湿度等信息进行联网监测并记录。通过温度、湿度、液位、流量等传感器采集相应的数据信息, 经
火力发电厂汽水循环系统基础知识
一、汽水系统： 1、定义： 由锅炉、汽轮机、凝汽器、高低压加热器、凝结水泵和给水泵等设备组成。 2、汽水系统流程： 水在锅炉中被加热成蒸汽，经过热器进一步进一步加热后变成过热的蒸汽，再通过主蒸汽管道进入汽轮机。 由于蒸汽不断膨胀，高速流动的蒸汽推动汽轮机的叶片转动从而带动发电机。为了进一步提高其热效率，一般都从汽轮机的某些中间级后抽出作过功的部分蒸汽，用以加热给水。在现代大型汽轮机组都采用这种给水回热循环。此外，在超高压机组还采用再热循环，既把作过一段功的蒸汽从汽轮机高压缸的出口全部抽出，送到锅炉再热器中加热后再引入汽轮机的中亚缸继续膨胀作功，从中压缸送出的蒸汽，再送入低压缸继续作功。在蒸汽不作功过程中，蒸汽的温度和压力不断降低，最后排入凝汽器并被冷却水冷却，凝结成水。凝结水集中在凝汽器下部由凝结水泵打至低压加热器再经过出除氧器除氧，给水泵将预加热除氧后的水送至高压加热器，经过加热后的热水打入锅炉，再过热器中把水加热成过热的蒸汽，送至汽轮机作功，这样周而复始
的不断做功。 在汽水系统中的蒸汽和凝结水，由于疏通管道很多并且还要经过许多阀门设备，这样就难免会出现跑、冒、滴、漏等现象，这些现象都会或多或少的造成水的损失，因此我们必须不断的向系统补充经过化学水处理过的软化水，这些补给水一般都存入除氧器中。 1、锅炉汽水系统：主给水管→给水操作台→省煤器→汽包→下降管→下联箱→水冷壁→汽包→过热器→锅 炉主气门出口 2、主蒸汽系统及再热蒸汽系统：锅炉主气门→主蒸汽管→汽机自动主气门之前。再热蒸汽：汽机高压缸出 口→再热器冷段管→再热器热段管→汽机中压缸入口 3、主凝结水系统：凝汽器→凝结水泵→轴封冷却器→低压加热器→除氧器 4、主给水系统：除氧水箱下水管→低压给水管→给水泵→高压给水管→高压加热器→主给水管 3、参与汽水循环系统的主要设备及作用 ；锅炉：是火电厂三大主要设备之一。由锅炉本体、辅助设备及附件构成。锅炉本体是锅炉的主要部分，由锅和炉两大部分组成。锅是以汽包、下降管、下联箱、上升管（水冷壁）、上联箱、过热器、再热器和省煤
现代自来水厂自动化控制系统的研究与实现 第1 章绪论 水厂自控系统简介 水厂制水工艺流程 各个水厂根据实际情况，其工艺流程千差万别，设备有增有减，但基本的流程相似，如图所示。 图中主要分为以下几个工艺过程： （1）取水：通过多台大型离心泵将江、河、地表等处的水抽入净水厂。 （2）药剂的制备与投加：按工艺要求制备合适的混凝剂，并投入混凝剂及氯气，达到混凝和消毒的目的。 （3）混凝：包括混合与絮凝，即源水投入混凝剂后进行反应，并排出反应后沉淀的污泥。 （4）平流沉淀：与混凝剂反应后的水低速流过平流沉淀池，以便悬浮颗粒沉淀，并排出沉淀的污泥。 （5）过滤沉淀：水通过颗粒介质（石英砂）以去除其中悬浮杂质使水澄清，并定时反冲洗石英砂。 （6）送水：多台大型离心泵将自来水以一定的压力和流量送入供水管网。 水厂自控系统组成 自来水厂的工艺特点是各工艺单元既相对独立，同时各单元之间又存在一定的联系。正因为各工艺单元相对独立，因此通常将整个工艺按控制单元划分，主要包括：取水泵房自动控制系统、送水泵房自动控制系统、加矾自动控制系统、加氯自动控制系统、格栅配水池控制系统、反应沉淀池控制系统、滤池气水反冲洗控制系统、配电控制系统、水厂中央控制室自动化调度系统，这些工艺单元内设备相对集中。根据这些特点，自控系统较多采用PLC＋IPC的集散控制系统(DCS)模式。 采用PLC+IPC 系统的水厂自动化控制设计一般采用多主站加多从站结构，能够较好的满足国内水厂自动化的监控、保护要求。控制点分布在水厂内不同的位置，采用就近控制原则，在设备集中区分别设置不同的PLC 站对该区域设备进行监控，再通过通讯网络，各PLC 站之间进行数据通讯，实现整个水厂的自动化控制。在控制单元内，PLC 站实现对该单元内设备的自动控制。这样的优点是使控制系统更加可靠，当某一控制单元发生故障时不会严重影响其它单元的自动运行，同时由于单元内控制设备、检测仪表就近相连，减少了布线成本。 一般根据土建设计，将水厂自动化控制系统按设备位置情况及功能进行组织，分为如下一些控制站点。 （1）中央控制室站点：对整个系统进行监控和调度，同时留有四遥（遥测、遥信、遥调、遥控）系统接口，与上层管理系统进行通讯。 （2）配电室控制站点：对高压及低压配电系统进行监控。 （3）取水泵房控制站点：取水泵、真空泵、潜污泵及轴流风机等进行监控。
等级: 课程设计 2016年6月17日
电气信息学院 课程设计任务书 课题名称液位自动控制系统设计与调试 姓名专业班级学号 指导老师沈细群 课程设计时间2016年6月6日～2016年6月17日（第15～16周） 教研室意见同意开题。审核人：汪超林国汉 一.课程设计的性质与目的 本课程设计是自动化专业教学计划中不可缺少的一个综合性教学环节，是实现理论与实践相结合的重要手段。它的主要目的是培养学生综合运用本课程所学知识和技能去分析和解决本课程范围内的一般工程技术问题，建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序和方法。通过课程设计使学生得到工程知识和工程技能的综合训练，获得应用本课程的知识和技术去解决工程实际问题的能力。 二. 课程设计的内容 1.根据控制对象的用途、基本结构、运动形式、工艺过程、工作环境和控制要求，确定控制方案。 2.绘制水箱液位系统的PLC I/O接线图和梯形图，写出指令程序清单。 3.选择电器元件，列出电器元件明细表。 4.上机调试程序。 5.编写设计说明书。 三. 课程设计的要求 1.所选控制方案应合理，所设计的控制系统应能够满足控制对象的工艺要求，并且技术先进，安全可靠，操作方便。 2.所绘制的设计图纸符合国家标准局颁布的GB4728－84《电气图用图形符号》、GB6988－87《电气制图》和GB7159－87《电气技术中的文字符号制定通则》的有关规定。 3.所编写的设计说明书应语句通顺，用词准确，层次清楚，条理分明，重点突出，篇幅不少于7000字。
四.进度安排 1.第一周星期一：布置课程设计任务，讲解设计思路和要求，查阅设计资料。 2.第一周星期二～星期四：详细了解搬运机械手的基本组成结构、工艺过程和控制要求。确定控制方案。配置电器元件，选择PLC型号。绘制传送带A、B的拖动电机的控制线路原理图和搬运机械手控制系统的PLC I/O接线图。设计PLC梯形图程序，列出指令程序清单。 3.第一周星期五：上机调试程序。 4.第二周星期一：指导编写设计说明书。 5.第二周星期二～星期四：编写设计说明书。 6.第二周星期五：答辩。 附录：课题简介及控制要求 （1）课题简介 某化工厂水箱的排水量根据工业生产的需要而不断地变化，为了保持水箱压力恒定，就要保持水位恒定，因此就必须自动调整进水量。 本系统要求有手动和自动两种工作方式。手动控制方式用于水泵的调试，即当按下按钮时水泵运转，松开按钮时水泵停止，目的是为了调试水泵是否能正常工作；当系统切换为自动控制方式并启动后，控制系统自动调整水泵的进水量达到给定水位恒定。水位设定高限和低限，当水位超过设定的限位时要进行超限报警。 （2）控制要求 控制系统技术参数表
智能节水灌溉系统的设计原理及使用方法 智能节水灌溉系统也叫智能农业物联网精细农业自控系统，是托普云农物联网为保证农业作物需水量的前提下，实现节约用水而提出的一整套解决方案。智能节水灌溉系统简单的说就是农业灌溉不需要人的控制，系统能自动感测到什么时候需要灌溉，灌溉多长时间；智能节水灌溉系统可以自动开启灌溉，也可以自动关闭灌溉；可以实现土壤太干时增大喷灌量，太湿时减少喷灌量。 一、智能节水灌溉系统的功能设计 智能节水灌溉系统要实现上述功能就要充分利用可编程控制器的控制作用。系统要实现自动感测土壤湿度的功能必须要有土壤湿度传感器。要实现灌溉水量的多与少的调节，必须要有变频器。在可编程控制器内预先设定50%—60%RH为标准湿度，传感器采集的湿度模拟信号经A/D模块转换成数字信号。 针对灌溉水利用系数较低,文中提出一种基于嵌入式智能灌溉控制系统。依托无线传感器网络采集灌区作物需水信息,汇聚到网关节点发送给主控中心,中心主机根据信息确定灌溉状态并计算灌水量,控制灌溉设备工作实现智能灌溉;依托Internet管理员有权对系统远程管理,满足了规模化灌溉的需求。根据示范区观测,灌溉水利用系数由原来的0.6提高到0.9。系统结合了无线传感、计算和网络通信技术,解决了精确农业亟待解决的关键技术问题。 智能节水灌溉系统涉及到传感器技术、自动控制技术、计算机技术、无线通信技术等多种高新技术，这些新技术的应用使我国的农业由传统的劳动密集型向
技术密集型转变奠定了重要的基础。 智能节水灌溉系统可以根据植物和土壤种类，光照数量来优化用水量，还可以在雨後监控土壤的湿度。有研究现实，和传统灌溉系统相比，智能节水灌溉系统的成本差不多，却可节水16%到30%。加州出台的新法案要求2012年起新公司必须使用智能节水灌溉系统。 二、智能节水灌溉系统的设计背景 灌溉造成水资源大量浪费 美国每年浪费掉的水资源高达8,520亿升，而若安装一种智能节水灌溉系统则可有效地控制水流量，达到节水目的。HydroPoint公司负责可持续领域业务的Chris Spain援引美国用水工程协会的报告称，美国住宅区和商业区的草坪、植物灌溉用水浪费了30%到300%。 水资源被浪费的原因是技术不行，美国有4,500万个仅是安有简易计时器的灌溉系统，们在时间控制上还可以，但精准度不高。Spain称，城市灌溉系统占城市用水的58%，这些被浪费的水资源每年生产54.4万吨温室气体。 在中国农业用水量约占总用水量的80%左右，由于农业灌溉效率普遍低下，水的利用率仅为45%，而水资源利用率高的国家已达70%～80%，因而，解决农业灌溉用水的问题，对于缓解水资源的紧缺是非常重要的。我们的智能节水灌溉系统在这种背景下应运而生了。 不仅美国，英国也开始关注节水问题。英国节能信托基金会和能源部警告，随着越来越多的家庭开始节约能源，使用热水可能会超过取暖成为制造二氧化碳的主要途径。 三、智能节水灌溉系统工作原理 灌溉系统工作时，湿度传感器采集土壤里的干湿度信号，检测到的湿度信号
本科生毕业设计 摘要 自动控制节水灌溉技术代表了农业现代化的发展状况，灌溉系统自动化水平比较低下是制约我国高效农业发展的主要原因。本文就此问题研究了基于单片机的节水灌溉自动控制系统，系统对土壤湿度进行监控，并按照农作物的要求进行适时适量的灌水，其核心部分是单片机控制部分，主要对灌溉控制技术以及系统的硬件设计，软件编程各个部分进行深入的研究。 控制部分以单片机为核心，研制了一种基于单片机的节水灌溉自动控制系统。介绍了系统总体结构、单片机系统主机电路、数据采集处理电路、I/O口的扩展电路。为了进行大规模灌溉工程的监控，采用分布式控制模式，以提高控制系统的可靠性、降低系统的成本。 该套基于单片机控制的节水灌溉自动控制系统造成本低，体积小、安装方便、抗干扰性强、运行可靠，相比其他控制方式来说，性价比高，更易形成产品，便于推广应用。这是我国灌溉自动控制技术的一种新尝试，为目前农业在较低生产力水平的状况下，向智能化、市场化方向发展开辟了一条新途径。 关键词： AT89C51单片机；湿度传感器；A/D转换；采样；芯片 1
本科生毕业设计 ABSTRACT The level of auto-control water-saving irrigation technology reflects the development condition of agriculture modernization.The low automatic level of irrigation system is the main reason that prevented our agriculture’s development.As to this condition,this paper mainly studies the water-saving irrigation system that controlled by MCU.This system can supervise humidity.it can irrigate to the demand of the farm crops with right amunt of water at well time.The control part that consists of MCU is its core.Research work had been carried on irrigation control technology,hardware and software program and so . The control that consists of MCU is its core.A set of automatic water-saving system which is controlled by sing-chip controller have been developed in this paper.The overall structure of system、the main circuit of the MCU system、data-collecting circuit、I/O expanding circuit are all the designed.For monitoring large-scale irrigation system,we use distributional control model to enhance stability of the system de reduce the cost. It is small,easy to fit,a strong capability to resist interfere and low-cost.So the control system is more economic compared to other control system such as thuter system and all these demonstrate this production is adept to be popularized.This work is a fresh attempt to bring our agriculture into an advanced stage,which now is relative to be backward greenhouse control technique,especially on the aspect of nutrient liquid supplying when crops cultivated on tissue. Key words: AT89C51 MCU; Humidity Sensor; A/D transform; Sampling; Chip 2
二．系统分析 2.1系统工作原理 浮球杠杆式液位自动控制系统原理示意图 工作原理：当电位器电刷位于中点位置时，电动机不动，控制阀门有一定的开度，使水箱中流入水量与流出水量相等，从而液面保持在希望高度上。一旦流入水量或流出水量发生变化，水箱液面高度便相应变化。例如，当液面升高时，浮子位置亦相应升高，通过杠杆作用使电位器电刷从中点位置下移，从而给电动机提供一定的控制电压，驱动电动机通过减速器减小阀门开度，使进入水箱的流量减少。此时，水箱液面下降，浮子位置相应下降，知道电位器电刷回到中点位置，系统重新处于平衡状态，液面恢复给定高度，反之，若水箱液面下降，则系统会自动增大阀门开度，加大流入的水量，使液面升到给定的高度。
2.2系统分解 水位自动控制系统由浮子，杠杆，直流电动机，阀门及水箱控制部分构成。根据不同的需要可以对各部分进行不同的设计。该系统结构简单，安装方便，操作简便直观，可以长期连续稳定在无人监控状态下运行。 液位控制系统原理方框图如下所示： 图2 2.3．数学模型 2.3.1浮子、杠杆、电位计（比例环节） 浮球杠杆测量液位高度的原理式 U o=U 总 b??al 式中Uo为电位计的输出电压，U 总 为电位计两端的总电势，b a为杠杆的长度比，??为高度的变化，l为电位计电阻丝的中点位置到电阻丝边缘的长度。 则：
G1s=K1 2.3.2微分调理电路（微分环节） 由于水面震荡，导致浮子不稳定，在电位计的输出电压与电动机的输入端之间接一个微分调理电路，对输入的电压进行调理传递函数为 G2s=K2s 2.3.3电动机（惯性环节） 查资料知电动机的传递函数： G3s= K3 Ts+1 2.3.4减速器（比例环节） 这是一个比例环节，增益为减速器的减速比。 故，传递函数为 G4s=K4 2.3.5控制阀（积分环节） 这是一个积分环节， 故，传递函数为 G5s=K5 s 2.3.6水箱（积分环节） 这是一个积分环节，实际液位Y是流入量Q in与流出量Q out的差值?Q对时间t的积分。
农田灌溉控制系统、农田灌溉自动控制 系统概述: 农田灌溉控制系统通过IC卡机井灌溉控制箱对农田机井进行取水管理，以IC卡刷卡取水的方式取代了传统的专人管理方式；实现了农业用水计量、水资源信息的自动化采集和测控。针对机井分布情况、灌溉区域的不同，提出了三种不同方式的组网方案。 注：DATA86农田灌溉控制系统于2015年11月12日顺利通过水利部测试，并被评为“优秀”产品进行推广。 系统拓扑图: 1、GPRS/CDMA组网方案 该方案适用于灌溉区及机井分布广的现场组网方式。采用全球通信网络GPRS/CDMA组网。各机井监控信息传输至云服务器，村级管理中心与水务局管理中心通过访问云服务器获得相关数据。 GPRS/CDMA组网方案拓扑图
2、433M 转GPRS/CDMA 组网方案 该方案适用于机井相对密集，且距离村中心较远的现场。采用短距离433M 组网，再经过远距离GPRS/CDMA 网络传输至水利局服务器。村级管理中心与水务局管理中心通过服务器获得相关数据。 433M 转GPRS/CDMA 组网方案拓扑图 3、433M 接力组网方案 该方案适用于灌溉区且机井分布密集，距离村管理中心近的现场组网方式。采用纯短距离433M 组网方式，实现了系统“零”通信费用。机井数据通过村管理中心传输至水务局。 DATA-6125 DATA-6125
433M 接力组网方案拓扑图 系统优势: 1、计量方式 DATA-6125 DATA-6125
2、系统特点: 3、系统功能: ◆农田灌溉控制系统具有限制取水功能，年累计取水量超过设定限值时，自动停泵。 ◆水泵缺相、过载、过流或计量设备故障时，自动停泵，保障设备安全、计量准确。 ◆农田灌溉控制系统具有防雷保护功能，确保控制终端在雷雨季节安全运行。 ◆不同功率的机井（水泵），只需更换不同的交流接触器即可。 ◆手持机具备无线抄表功能，可在机井周边20米范围内一键抄取该机井的所有农户用水记录。 ◆不同村的IC 卡不能相互使用，即一个村的卡不能到另一个村使用。 ◆在使用时断电，IC卡农田灌溉控制箱的数据不会丢失，来电后农户可继续使用。 ◆一台IC卡农田灌溉控制箱DATA-9201可供多个农户使用；一个农户也可使用多台农田灌溉控制箱。 ◆卡内金额小于设定的下限值，IC卡农田灌溉控制箱会自动发出报警信息，提示农户及时充值。