电站水质智能监测与控制技术研究

发布时间：2017-06-11 15:00

  本文关键词：电站水质智能监测与控制技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：作为电站核心系统之一,汽水系统的给水质量关系着其效率与安全。其中,给水水质的监测、控制以及相关设备组网通信是关键。随着信息、半导体与控制技术的进步,利用新技术提升汽水系统水质监控的性能,让这一分支为快速发展的智能电网推波助澜有着重要的意义。本文着眼于汽水系统中的这三个方面,展开了如下工作:首先,以支持多通道、多指标的水质监测为核心目标,研究并设计了水质监测仪表平台。根据功能要求与性能指标,设计仪表框架与对应的模块电路。同时,以电导率测量为代表,选择合适的传感器,设计了测量电路。之后,在原理图基础上制作了PCB,完成了系统硬件。其次,在仪表硬件平台的基础上设计了嵌入式软件。软件主要分为三大部分:保证仪表中各板协同运作的仪表平台软件;以电导率测量为代表的水质监测程序,包括被测量的计算、滤波器设计以及温度补偿算法的研究;仪表界面设计,保证控制逻辑正确,兼顾用户体验。之后,对仪表进行实际测试,保证设计的正确。然后,以汽水系统中各监测、控制设备为节点,研究基于Contiki的无线传感器网络通信程序。在完成Contiki系统架构分析、移植、通信原语分析后,研究并设计其Mesh网络的通信程序,并利用Contiki的仿真软件Cooja完成仿真验证。最后,研究了汽水系统中给水加氨控制算法。针对对象大时滞的特性,采用动态矩阵预测控制,通过设定两个采样点,缩短响应时间。最后,通过仿真将其性能与传统的控制方法对比,证明了该方法的快速性和稳定性。
【关键词】：电站 水质监测 Contiki 加氨控制 动态矩阵控制
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM62;TP273
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-12
• 注释表12-13
• 缩略词13-15
• 第一章 绪论15-23
• 1.1 研究背景与意义15-18
• 1.2 研究现状与发展趋势18-20
• 1.2.1 汽水系统水质监测18-19
• 1.2.2 电力领域无线网络通信技术19-20
• 1.2.3 电站给水加药控制20
• 1.3 研究目标与主要研究内容20-21
• 1.3.1 研究目标20-21
• 1.3.2 关键技术分析21
• 1.4 本文研究主要内容21-23
• 第二章 水质监测仪表硬件设计23-37
• 2.1 引言23
• 2.2 功能要求和性能指标23-24
• 2.2.1 接口定义与功能要求23
• 2.2.2 性能指标23-24
• 2.3 仪表硬件系统方案24-27
• 2.3.1 总体方案设计24-25
• 2.3.2 母板设计25-26
• 2.3.3 测量子板设计26
• 2.3.4 LCD触摸屏选型及其他子板设计26-27
• 2.4 仪表平台模块设计27-32
• 2.4.1 电源模块设计27
• 2.4.2 核心控制模块设计27-29
• 2.4.3 电流输出模块设计29-30
• 2.4.4 其他模块30-32
• 2.5 电导率测量模块设计32-36
• 2.5.1 极间电阻测量电路设计32-35
• 2.5.2 温度测量电路设计35-36
• 2.6 本章小结36-37
• 第三章 水质监测仪表软件研究与设计37-55
• 3.1 软件总体设计37-39
• 3.2 仪表板间通信研究与设计39-42
• 3.2.1 基于CAN的数据包通信研究39-40
• 3.2.2 板间通信协议研究40-41
• 3.2.3 母板板间通信任务设计41-42
• 3.3 电导率测量程序研究与设计42-51
• 3.3.1 原始电导率计算42-43
• 3.3.2 数据滤波研究与设计43-46
• 3.3.3 电导率温度补偿研究46-51
• 3.4 仪表界面设计51-52
• 3.5 水质监测仪表测试52-54
• 3.5.1 电导率误差及电流输出误差52-53
• 3.5.2 温度误差53
• 3.5.3 重复性53-54
• 3.5.4 结论54
• 3.6 本章小结54-55
• 第四章 监控设备无线传感器网络技术研究55-68
• 4.1 引言55
• 4.2 无线传感器网络操作系统Contiki55-58
• 4.2.1 主流无线传感器网络操作系统对比55
• 4.2.2 Contiki的Protothread55-56
• 4.2.3 Contiki的进程机制56
• 4.2.4 Contiki的事件驱动机制56-57
• 4.2.5 Contiki的定时器57
• 4.2.6 Contiki网络结构及协议栈57-58
• 4.3 Contiki移植及底层驱动研究58-60
• 4.3.1 代码结构设置58
• 4.3.2 系统时钟移植58-59
• 4.3.3 Rtimer移植59
• 4.3.4 SI4463等外设驱动设计59
• 4.3.5 启动代码添加及系统配置59-60
• 4.4 基于Contiki的网络通信设计60-64
• 4.4.1 Rime协议栈分析60-62
• 4.4.2 Mesh网络组织与实现62-63
• 4.4.3 Mesh网络通信设计63-64
• 4.5 基于Cooja的设备网络通信测试64-66
• 4.6 本章小结66-68
• 第五章 给水加药控制算法研究68-79
• 5.1 引言68
• 5.2 给水加药控制系统框架68-69
• 5.3 给水加药控制算法的研究与设计69-73
• 5.3.1 PID控制69
• 5.3.2 Smith预估控制69-71
• 5.3.3 动态矩阵控制71-73
• 5.4 控制系统仿真测试73-78
• 5.4.1 控制模型建立73-74
• 5.4.2 PID与Smith控制测试74-75
• 5.4.3 多点反馈的动态矩阵控制测试75-78
• 5.4.4 性能对比结论78
• 5.5 本章小结78-79
• 第六章 总结与展望79-81
• 6.1 本文研究工作总结79
• 6.2 存在问题及后期研究方向79-81
• 参考文献81-85
• 致谢85-86
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文86

【参考文献】

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