1、西安工业大学北方信息工程学院毕业设计(论文)开题报告题目：模拟水库监控系统的软件设计系 别 电子信息系 专 业 电气工程及其自动 班 级 B130305 姓 名 柏 忠 军 学 号 B13030502 导 师 焦 灵 侠 2016 年 12 月 12 日1.1 研究背景水利行业是一个历史十分悠久的行业，也是信息十分密集的行业。随着计算机技术自动控制技术网络通信技术的发展，自动控制系统已进入一个全新的时代。采用新技术新设备对水利工程项目的设备与管理进行现代化改造和智能化建设是历史发展的必然趋势。水库监控系统作为水利系统最基础的工程之一在防洪抗灾中扮演了重要角色，除了满足水利部门的用水需求外，在防
2、洪保护工农业生产和人民生命财产安全以及环境保护等诸多方面都发挥了巨大的积极作用。 水库是重要的水利工程设施和水资源保障基地，是保障工农业生产和城镇人民生活的关键设施，是防汛抗旱、洪水预警快速反应的前沿阵地。水库管理水平的优劣直接关系到能否正常发挥设计效益、能否确保人民群众的生命财产安全。水库集中监控系统可实现对水库雨情、水情、水量调度、水位等水文要素的自动化采集和报送，直接为洪水预报与调度、水资源管理服务，实现水资源的优化配置，为水资源高效利用提供科学决策依据，全面改造和提升水库管理水平，是实现水库管理现代化的重要手段。水库动态监管系统实现了相关部门辖区内所有水库的降雨量、库水位、库容、视频图
3、片的自动化监测，为水库的安全管理与运行调度提供及时准确的信息，及时预警，为相关部门和领导科学决策提供依据，提高水库工程管理的效率和质量。因此水库监控系统的重要性就不言而喻了！1.2 研究意义水安全和水危机已经成为当前制约我国社会和经济发展的突出因素，水库工程对下游的防洪和灌溉意义重大，在促进当地经济发展中，发挥了巨大作用，地位极其重要。水库安全一直是我国防汛抗洪的难点和重点，而当前部分水库缺少必要的库区雨水情及水库大坝安全检测手段。在水资源利用方面，对流量、水质等参数的测量非常重要，但很多水库资源在高山地区，难以对其进行实时监测。无线通讯技术的迅速发展和普及，为远程监控系统的实现提供了理想的平
4、台，因此越来越多的水文站把基于无线通讯技术的监控系统作为水利系统自动化管理的新手段。而随着水利自动化技术不断发展，水利系统的自动化水平逐步提高，各水库都能通过远程监控系统逐渐实现少人、无人监管的管理模式，以提高生产效益。该系统要求对水库的水位，流量等参数进行远程实时监测，能控制阀门开关，调节水位的高度，保证水库的安全。我国绝大多数水库长期以来停留在人工现场操作状态，主要靠人工观测收集数据、报告运行，根据调度命令进行现场操作，因而数据受人为因素影响误差较大，而且运行维护劳动强度大，数据采集周期长，难以全面、适时地了解水库闸门工作情况，水库现状已远远不能满足实际要求。为了满足水库的数字化改造要求，
5、本课题提出以现有的水利监控系统特点，采用以 PLC 为核心的开放、分层分布式计算机监控系统，实现真正的“无人值班，少人看守”的控制模式，达到对水库闸门远程监控的目的。模拟水库监控系统的软件设计对于当代大学生，具有很好的挑战性，相应的也有很好的实用性和研究性。1.3 国内外现状我国是水资源丰富的大国，有着大大小小数量众多的水库，这些水库在防洪减灾和水环境保护中起着重要作用，因此对水库实行科学、安全、自动化的管理，已经成为了非常迫切的需求。由于水库的面积广大、所处地形复杂，要通过线缆的架设来实现监控系统的建立难度很大，为此采用无线监控来做水库监控是势在必行的。2000 年已经实现全国水雨情信息传输
6、全部网络化,大大提高了防汛信息的实效性。同时,在全国范围内初步建立了“国家水文数据库”此外,经过几年的发展,现已形成了以水利部信息所为中心,各级信息机构为骨干,专业信息网站为依托,多层次多渠道纵横交错的水利科技信息工作网络系统。虽然我国的水利信息化事业在这几年取得了长足进步,但还存在一些问题,例如认识不到位、投资不足、缺乏统一规划、缺乏公用信息平台、自动化水平低、信息共享差、专业技术人员缺乏等,尚不能满足水利现代化的要求。此外,更由于水利信息具有量大、结构复杂、标准化程度低的特点,且不断的动态变化,更增加了信息化的困难。早 在 20 世 纪 60 年 代 后 期 ,国 外 己 开 始 研 制
7、大 坝 安 全 监 测 自 动 化 设 备 ,日 本 首 先在 梓 川 的 三 座 拱 坝 匕 实 现 了 监 测 数 据 采 集 自 动 化 。 意 大 利 是 最 早 将 人 工 智 能 技术 引入 大 坝 监 测 信 息 处 理 领 域 的 国 家 。 70 年 代 后 期 西 班 牙 、 奥 地 利 、 瑞 士 等 欧 洲 国 家也 相 继 在 一 些 大 坝 上 建 立 了 自 动 化 数 据 采 集 系 统 。 美 国 在 80 年 代 初 期 开 始 大 坝 监测 自 动 化 工 作 。 1981 年 美 国 垦 务 局 在 Monticello 拱 坝 上 安 装 了 集 中
8、式 数 据 采 集 系统 .从 国 外 大 坝 监 测 的 自 动 化 发 展 过 程 来 看 ,首 先 研 制 了 一 些 监 测 量 的 遥 测 仪 器 即 传感 器 (即 传 感 器 ),其 后 研 制 了 能 对 这 些 遥 测 仪 器 进 行 集 中 测 量 的 通 用 或 专用 测 量 装置 ,即 常 称 之 为 集 中 式 监 控 系 统 。80 年 代 中 期 ,随 着 微 电 子 技 术 和 计 算 机 技 术 的 发 展 ,各 国 又 发 展 了 分 布 式 的 监 测数 据 采 集 系 统 。 如 又 负 盛 誉 的 美 国 GEOMATION 公 司 的 2300 系
9、统 是 用 于 环 境 、 水 文及 工 程 安 全 监 测 等 领 域 的 自 动 化 分 散 开 放 型 智 能 化 产 品,已 成 功 地 应 用 于 美 国 和 加拿 大 的 许 多 工 程 。 另 外 美 国 的 SINCO 公 司 也 生 产 了 成 套 的 岩 土 测 试 自 动 数 据 采 集 系统 ,并 应 用 在 许 多 工 程 中 。 国 外 水 库 调 度 自 动 化 研 究 较 早 ,研 究 水 平 很 高 。 在 大 型 水电 站 建 立 了 水 电 厂 自 动 化 系 统 ,将 决 策 支 持 系 统 成 功 应 用 于 水 库 调 度 管 理 中 ,并 且 将水
10、 库 调 度 纳 入 水 资 源 管 理 体 系 ,实 现 了 水 库 信 息 采 集 、 洪 水 分 析 、 水 资 源 管 理 和 水库 调 度 自 动 化 .20 世纪 50 年代初,土石坝观测仪器在新中国成立后兴建的官厅、南湾和大伙房水库得以应用,这是我国大坝安全监测起步阶段的标志。监测技术和监测仪器在实践中探索,在总结中提高。虽有发展,但总体上还处于落后状态。为提高大坝安全监测水平,我国政府一直大力支持大坝安全监测新产品、新仪器、新技术的研究和开发. 2.本课题研究的主要内容和采用的研究方案、研究方法或措施2.1 本课题研究的主要内容（1）该模拟水库监控系统要求对水库的水位，流量等参
11、数进行远程实时监测，能控制阀门开关，调节水位的高度，保证水库的安全。（2）设计思路是在下位端利用单片机将传感器采集的水库信息进行处理，将处理好的数据通过无线模块传送到上位机端，在上位机上可以清楚地观察水库的实时情况。上位机对信息进行监测分析，并将分析后的信息反馈回到下位端，通过单片机控制步进电机正反转，模拟阀门开关，来控制水库水位和流量，保证水库的安全。（3）要求系统采用自动控制、计算机网络和无线通讯新技术，具有实时信息自动采集、传输、视频监控、远程数据和图像传输、信息、查询等功能。可实时监控管理区水库的实时参数。被监控点实时采集的数据文件通过无线网络通信线路及时地传输给监控中心，实时动态地报
12、告被监测点的情，及时发现问题并进行处理，既方便又简捷。并可确保系统在各种恶劣天气情况下，都能正常运行，满足系统各种信号相互传输的准确性。可全面实现水文信息采集自动化、数字化和网络化。（要求：具有一定的软件设计基础）CC1100无线模块2.3 采用的研究方案、研究方法或措施图 2.3 系统原理方框图3.针对课题研究的重点、难点及前期开展工作3.1 针对课题研究有以下难点1）系统应具有高度的可靠性 由于水位监控在防洪抗灾中至关重要，一般都是水利水电枢纽工程的关键，水位出现问题，就会冲毁堤坝，淹没农田房舍。小则国家人民的财产受损，STC89C52单片机TLC549 A/D 转换数据传输控制信号电机正
13、反转液位传感器流量传感器PC 上位机信 号 传 输发送接收数 据 传 送驱动电路（LM298驱动芯片）信号传输大则整个水利水电工程处于瘫痪状态。因此，采用高可靠性的网络体系结构，包括合理选择通信设备，采用高可靠性的传感器控制设备等提高系统设备的安全性和可靠性，使水库监控系统具有高抗干扰能力，能长期可靠地运行。2）应具有系统优化调度系统 体统优化调度主要内容是当洪水来临时在确保防洪安全的条件下，根据下游河道的泄洪能力，为灌溉用水提供最优的支持，制定洪水调度计划。利用计算机水文遥测系统提供的水文资料和坝体渗压自动监控系统关于坝体的安全参数作为监控系统防洪决策的依据。3）可以集成图像监视系统 水位，
14、水量监视系统是采用先进的电子科技手段对远端场景进行传感成像、信号传输、集中监视、图像记录以及联动控制的安全技术防范和管理系统。“前端一体化、视频数字化、监控网络化、系统集成化”是视频监控系统公认的发展方向，而数字化是网络化的前提，网络化又是系统集成化的基础，所以，视频监控发展的最大两个特点就是数字化和网络化。3.2 针对课题的研究，前期开展工作主要有以下几个方面：（1）主动和老师联系，了解本课题重点研究的是什么？重点该怎样一步步完成课题所研究任务。（2）查阅资料，收集整理相关课题的背景意义，国内外现状，研究的主要内容。（3）设计研究课题的基本框架，流程，运用的原理与技术。4 本课题的工作法案及
15、进度计划（按周次填写）第 1-2 周，按照课题的要求，根据老师的安排，搜集整理相关资料。包括题目背景、研究意义及国内外相关研究情况；第 3-4 周，确定研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施，撰写开题报告；第 5-6 周，针对开题报告，对于课题进行深入研究，配合硬件设计，收集资料，熟悉设计整体思路。第 7-8 周，明确各模块作用，分析编译相关软件，进行外文资料翻译，配合硬件进行初步调试，整理调试中出现的问题，准备中期答辩；第 9-10 周，编译软件对于硬件进行调试，不断改进出现的问题并不断完善设计，准备撰写设计论文；参考文献l 王洁.自来水加压泵站远程监控系统设计D.大连交通大学.2
16、015 第 11-13 周，编译好所需所有程序，完成课程设计要求，调试好所有硬件，实现课题任务，撰写并修改设计论文；第 14-15 周，完成最终论文，上交论文，准备毕业答辩。指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见）指导教师： 年 月 日 所在系审查意见：系主管领导： 年 月 日2 王宏斌 .漳泽水库闸门自动监控系统及应用. 山西水利， 2008 年 8 月 1日. 3 钟章队等GPRS 通用分组无线业务M北京：人民邮电出版社，2001. 4 张素芳 .岗南水库闸门监控系统的组成及应用 .河北省岗南水库管理局，2007 年 12 月 1 日. 5 王钧铭编通信技术M天津：科学技术出版社，
17、1995. 6 崔维群，孙君法 西门子 S7300400 可编程控制器原理与应用 北京航空航天大学出版社.7 赵景波等编著. 零基础学西门子 S7-200PLC . 机械工业出版社.8 西门子 S7-300/400 可编程控制器 CPU 及模板规范手册西门子公司. 9 河北工程大学学报(自然科学版), Journal of Hebei University of Engineering(Natural Science Edition), 2007 年 04 期. 10 何献忠 ，李卫萍.可编程控制器应用技术（西门子 S7-200 系列）.清华大学出版社. 11 张万忠.可编程控制器入门与应用实
18、例.中国电力出版社. 12 水电自动化与大坝监测, Hydropower Automation and Dam Monitoring, 2010 年 04 期. 13 杨晓萍. PLC 及 I/0 设备应用教程. 机械工业出版社. 14 陈浩编. PLC触摸屏及变频器综合应用 2012，31(1):52-55.15 张建云水利信息化的发展思路和建设任务J,中国水利,2000,9:81-8216 程秉勋对发展水利白动化技术的思考J,北京水利,1996,1:14-1517 方卫华国内外水库安全管理与大坝安全监测现状与展望J,水利水文自动化,2008,4:7-1018 Antonie Stant,K
19、azimierz A,Aalewicz.An interactive reservoir management system for lake KaribaJ.European Journal of Operational Research.1998,107(1):119-13619 Knut Alfredsen,Bjern Sater.An object-oriented applicatiao framework for buiding water redource informatiao and planning tools applied to the design of a flood analysis sytemJ.Environmental Modelling with Environment Data News&software,2000.15(3):215-22420 DKoutsoyiannis,GKaravokiros,AEfstratiadis.A decision support system for the management of the water resource system of AthensJ.Physics and Chemistry of the Earth.2003,28(14):599-609
