低压蒸汽发电装置的嵌入式系统研究

发布时间：2017-09-01 16:27

  本文关键词：低压蒸汽发电装置的嵌入式系统研究

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【摘要】：低压蒸汽发电也称低温余热发电,常指利用300℃以下的低温余热资源进行发电的技术。低压蒸汽发电装置的控制系统大致分为两类:一类是装机容量大、自动化程度高、成本高的集散控制系统;另一类是装机容量小、功能灵活的单机控制系统。而单机控制系统的自动化程度、安全性、可靠性和发电效率等性能参差不一,成本也相差甚巨。本文主要研究小型低压蒸汽发电设备的嵌入式控制系统及其关键技术,论文以低压蒸汽发电机系统为主要对象并在研究其它小型蒸汽发电系统结构原理的基础上,设计了一套可移植的、通用性强的嵌入式控制系统。论文首先对低压蒸汽发电装置的工作原理进行了需求分析和功能分析,其中的关键技术为如何增强系统的可移植性、通用性和可操作性,为此提出了一种基于C8051F040单片机的嵌入式控制系统方案。该方案基于模块化设计方法,将系统硬件按照核心电路设计成CPU模块、通讯模块、I/O模块、高速I/O模块、模拟量模块以及电源等功能模块;软件系统按照装置工作原理划分成余热回收、蒸汽发电、并网控制和冷却润滑等工艺过程。模块化设计的软、硬件系统既便于系统功能的扩展和裁剪,又便于系统管理、维护。最后通过人机交互系统对整个系统进行管理。论文对控制系统各模块进行了分析、研究和设计,并进行了相关测试,完成了整个系统的硬件和软件设计,既满足当前实际生产的需要,同时又为将来的技术升级做出了准备。最后,样机应用于低压蒸汽发电机系统的发电过程控制中,测试表明论文设计的嵌入式控制系统满足控制要求,为下一步样机应用至其它类型发电装置奠定了基础。
【关键词】：低压蒸汽 余热发电 嵌入式系统 模块化设计
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM617
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 课题的研究背景10-11
• 1.2 低压蒸汽发电装置的国内外研究现状11-14
• 1.2.1 低压蒸汽发电装置的研究现状11-12
• 1.2.2 新型低压蒸汽发电装置的研究12-13
• 1.2.3 新型低压蒸汽发电装置的控制系统研究13-14
• 1.3 课题研究的来源和意义14
• 1.3.1 课题来源14
• 1.3.2 课题的研究意义14
• 1.4 课题研究的主要内容14-18
• 1.4.1 本课题的主要研究内容15
• 1.4.2 论文章节安排15-18
• 第二章 低压蒸汽发电装置的控制方案研究18-28
• 2.1 低压蒸汽发电装置的工作原理18-20
• 2.1.1 低压蒸汽发电装置的结构分析18-19
• 2.1.2 低压蒸汽发电装置的工作原理19-20
• 2.2 低压蒸汽发电装置的控制需求分析20-21
• 2.3 发电装置中的被控对象分析21-23
• 2.4 低压蒸汽发电装置的控制方案研究23-25
• 2.4.1 发电装置的电控方案设计23-24
• 2.4.2 发电装置的两种电控方案比较24-25
• 2.4.3 嵌入式系统控制方案的确定25
• 2.5 低压蒸汽发电装置控制系统的可靠性要求25-26
• 2.6 本章小结26-28
• 第三章 低压蒸汽发电装置的嵌入式系统硬件设计28-48
• 3.1 嵌入式系统硬件模块化的设计方法研究28-32
• 3.1.1 嵌入式系统硬件模块化的设计原则28-29
• 3.1.2 嵌入式系统的模块化设计方法29-31
• 3.1.3 嵌入式系统的整体结构设计31-32
• 3.2 低压蒸汽发电装置的嵌入式系统电路设计32-45
• 3.2.1 控制器选择32-33
• 3.2.2 控制器I/O端口分配33
• 3.2.3 电源电路33-36
• 3.2.4 C8051F040最小系统36
• 3.2.5 I/O接口电路36-39
• 3.2.6 高速I/O接口电路39-41
• 3.2.7 通信接口电路41-43
• 3.2.8 模拟量接口电路43-44
• 3.2.9 基板设计44-45
• 3.3 嵌入式系统机械外壳设计45
• 3.4 嵌入式系统抗干扰测试45-46
• 3.5 本章小结46-48
• 第四章 低压蒸汽发电装置的控制策略研究48-64
• 4.1 低压蒸汽发电装置的控制工艺设计48-52
• 4.1.1“余热回收”过程控制48-49
• 4.1.2“蒸汽发电”过程控制49-50
• 4.1.3“并网发电”过程控制50-51
• 4.1.4“冷凝回收”过程控制51-52
• 4.1.5“冷却润滑”过程控制52
• 4.2 人机交互系统设计52-59
• 4.2.1 通讯“帧”格式设计52-54
• 4.2.2 通讯“数据体”规划54-55
• 4.2.3 下位机脚本驱动程序设计55-57
• 4.2.4 上位机解析函数设计57-59
• 4.3 系统运行策略设计59-63
• 4.3.1 发电装置的“开车”过程控制59-60
• 4.3.2 发电装置的“停车”过程控制60-61
• 4.3.3 系统故障处理61-63
• 4.3.4 系统状态监测63
• 4.4 本章小结63-64
• 第五章 嵌入式系统的调试应用64-80
• 5.1 电能调节控制器设计64-65
• 5.1.1 蒸汽发电的基本原理64-65
• 5.1.2 电能调节控制器设计65
• 5.2 电能调节控制器模型分析与简化65-72
• 5.2.1 电能调节控制器模型简化65-67
• 5.2.2 电能调节控制器模型特性分析67-71
• 5.2.3 电能调节控制器的稳定性预测71-72
• 5.3 试验测试72-76
• 5.3.1 电能调节试验模型72-73
• 5.3.2 空载试验73-74
• 5.3.3 带载试验74-75
• 5.3.4 蒸汽与负载动平衡调节试验75-76
• 5.3.5 试验结果分析76
• 5.4 系统应用中的问题及优化76-78
• 5.4.1 电能调节控制器改进77-78
• 5.4.2 嵌入式系统硬件改进78
• 5.5 本章小结78-80
• 第六章 总结与展望80-82
• 6.1 总结80-81
• 6.2 展望81-82
• 参考文献82-86
• 附录A86-88
• 附录B88-92
• 附录C92-94
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果94-96
• 致谢96

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本文编号：773152