现代大型泵站综合自动化系统的关键技术研究

摘要

现代大型泵站担负着灌溉、排涝、航运补水、城市供水等多方面的任务，采用综合自动化系统可以集控制、运行、管理于一体，大大提高泵站的效率。因而现代泵站越来越朝计算机综合自动化方向发展，针对大型泵站具体要求设计一套良好的综合自动化系统是现代大型泵站建设的一项重要任务。本文就此进行了研究，在实践和理论方面进行了探讨。 论文首先探讨了基于网络的大型泵站综合自动化系统的设计，整个流程包括现场级、监控级、管理级的控制。其中对硬件RTU(RemoteTerminalUnit)单元进行了详细的探讨，包括PLC和泵站现场的接口，PLC的控制流程，PLC和上位机之间的通信等，并给出了相关的控制程序图以及通信程序流程图。 然后对泵站水泵机组调度进行了优化，针对传统水泵机组控制的局限性，利用模糊逻辑理论对此进行了优化。并结合例子详细分析了整个模糊优化控制的过程。证明这种控制方式优于传统的控制方式。 最后针对水泵的特点和性能，根据水泵的管网特性曲线、转速和扬程及转速和功率的关系，详细探讨了水泵节能的原理。在此基础上，推导了水泵异步电动机的简化数学模型，建立起变频调速液位控制系统模型，并针对控制对象设计了模糊PID控制器。该控制器采用模糊控制策略能在线调整PID三个参数，这样便优化了PID控制器的性能，为了证明这种控制器的先进性，用Matlab仿真工具对整个系统进行了仿真，仿真结果表明这种控制器比常规PID控制器的控制性能更好，能有效的控制被控对象。

目录

文摘

英文文摘

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第1章绪论

1.1引言

1.2大型泵站综合自动化系统概述

1.2.1泵站自动化的发展历史

1.2.2泵站自动化技术新动向

1.3泵站的运行效率与节能

1.4本论文研究的背景和主要工作

第2章水泵的原理及泵站主机

2.1水泵的分类及工作原理

2.1.1水泵的分类

2.1.2水泵的工作原理

2.2水泵的运行原理

2.2.1水泵的性能参数

2.2.2水泵的运行工作点

2.2.3调速泵运行原理

2.3水泵组运行的控制策略

2.4泵站主机系统及主机控制

2.4.1同步电机的启动控制

2.4.2异步电机的启动控制

2.5小结

第3章基于网络的泵站综合自动化系统设计

3.1集散控制系统(DCS)概述

3.1.1 DCS的体系结构

3.1.2集散控制系统(DCS)的特点

3.2泵站综合自动化系统的结构和功能

3.2.1分层分布式泵站综合自动化系统的组成及原理

3.2.2泵站综合自动化系统结构的改进

3.3基于网络的泵站综合自动化系统的设计

3.3.1泵站RTU单元

3.3.2上位机的设计

3.3.3泵站信息管理系统(MIS)

3.4小结

第4章模糊控制在泵站机组优化控制中的应用

4.1传统控制

4.1.1开环控制

4.1.2闭环控制

4.2模糊控制和模糊逻辑

4.2.1模糊控制概述

4.2.2模糊控制器的特点

4.3水泵机组的模糊逻辑控制设计

4.3.1水泵机组的传统控制方法

4.3.2水泵机组模糊控制器的设计

4.4小结

第5章泵站水泵的调节方式及节能控制研究

5.1水泵的调节方式

5.1.1水泵的节流调节

5.1.2水泵的变速调节

5.2水泵变频调速节能原理及控制

5.2.1调速节能原理

5.2.2调速节能控制方案的种类

5.3全自动变频调速供水设备的工作过程

5.3.1定压变流量运行过程分析

5.3.2定扬程变流量运行过程分析

5.3.3定压运行与定扬程运行的节能分析

5.4小结

第6章水泵变频调速液位控制算法的仿真研究

6.1水泵变频调速液位控制系统

6.2异步电动机简化建模及仿真研究

6.2.1交流异步电动机简化数学模型

6.2.2交流异步电动机数学模型仿真研究

6.3模糊PID控制系统的建立

6.3.1 PID控制算法

6.3.2模糊PID控制器

6.4模糊PID液位控制系统的建立与仿真

6.4.1 P工D参数与动态响应的关系

6.4.2模糊PID控制器的设计

6.4.3仿真结果描述

6.5小结

结 论

参考文献

致 谢

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