基于互联网+的凝结水回收监控系统的研究与实现

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针对传统凝结水回收设备控制系统制造成本较高、控制设备体积较大和对水泵工频控制模式,造成的资源和能源的浪费;以及监控过程网络化程度低,不能实现多点凝结水回收设备远程监控与凝结水远程调度,造成现场回收设备监控效率低下。本文针对以上问题,从凝结水回收设备控制系统实现,回收设备多点远程监控进行了研究,主要工作如下:(1)应用嵌入式开发模式对凝结水回收控制系统进行电路设计,系统主要包括STM32显示控制器和IAP15W4K58S4数据采集执行器电路,在数据采集器中集成了电机保护电路,使其体积大大减小,同时降低了系统开发成本。完成PCB制板焊接与调试,搭建了凝结水回收设备的硬件平台。(2)采用全波积分算法,实现了对凝结水回收水泵的交流电流信号采集,准确识别电机堵转、过载、缺相等电机故障。在此算法和反时限保护模型基础之上,对不同类型的故障及时采取延时断电保护措施,防止了事故的发生,实现了安全生产。(3)对凝结水回收水箱进行建模分析,采用PID控制算法,对水泵进行变频控制,从而达到了液位恒值控制,降低了系统能耗。(4)设计了基于互联网技术的远程监控系统,解决了现场凝结水回收设备分散造成控制和巡检的人力和物力耗费。(5)研究了凝结水远程调度锅炉给水问题,建立了线性规划凝结水调度算法,提高了系统效能。(6)对凝结水回收设备控制系统和远程监控系统进行了独立和联合试验调试,分析和总结实验的结果。试验结果表明:系统运行稳定,提高了系统工作效率和控制精度及速度,满足了设计需求。
摘要第3-4页
abstract第4-5页
1 绪论第9-13页
    1.1 背景和意义第9页
    1.2 国内外现状及发展趋势第9-11页
    1.3 论文结构安排及章节主要内容第11-12页
    1.4 本文创新点第12-13页
2 凝结水回收监控系统需求分析与总体设计第13-21页
    2.1 凝结水现场回收设备第13-16页
        2.1.1 回收设备的功能需求分析第13-14页
        2.1.2 水泵功率损失分析第14-15页
        2.1.3 回收设备的组成及其工作原理第15-16页
    2.2 凝结水远程监控系统第16-19页
        2.2.1 远程监控系统的功能需求分析第16页
        2.2.2 远程监控系统的组成及介绍第16-19页
    2.3 系统总体设计第19-20页
    2.4 本章小结第20-21页
3 现场回收设备水箱建模及其仿真第21-30页
    3.1 回收设备水箱建模第21-25页
    3.2 水箱液位PID控制第25-29页
        3.2.1 PID控制原理第26-27页
        3.2.2 PID参数整定第27-29页
    3.3 PID控制仿真及结果分析第29页
    3.4 本章小结第29-30页
4 现场回收设备控制器硬件设计第30-49页
    4.1 系统硬件总体设计第30-31页
    4.2 控制电路设计与实现第31-36页
        4.2.1 芯片介绍第31-32页
        4.2.2 时钟及复位电路第32-33页
        4.2.3 通讯接口电路第33页
        4.2.4 继电器控制电路第33-34页
        4.2.5 D/A转换电路第34-36页
    4.3 数据采集与 3G模块电路设计第36-43页
        4.3.1 传感器选择第36-38页
        4.3.2 液位信号采集电路第38页
        4.3.3 电流信号采集电路第38-40页
        4.3.4 温度信号采集电路第40-42页
        4.3.5 3G模块电路第42-43页
    4.4 STM32控制电路及人机交互电路第43-46页
        4.4.1 STM32最小系统电路第43-45页
        4.4.2 TFT-LCD接口电路第45页
        4.4.3 SDIO存储电路第45-46页
    4.5 电源模块电路第46-48页
    4.6 本章小结第48-49页
5 现场回收设备控制器软件设计第49-73页
    5.1 软件总体设计第49页
    5.2 通信模块软件设计第49-59页
        5.2.1 Modbus- RTU通讯协议的搭建第50-55页
        5.2.2 3G通信模块的配置第55-59页
    5.3 数据采集模块软件设计第59-62页
        5.3.1 液位值数据采集处理第59-60页
        5.3.2 电流值数据采集处理第60-62页
    5.4 控制模块软件设计第62-64页
        5.4.1 PID控制器软件设计第62-63页
        5.4.2 控制逻辑的软件设计第63-64页
    5.5 电机保护软件设计第64-68页
        5.5.1 电机保护电器控制回路介绍第64-65页
        5.5.2 电机故障判断第65-66页
        5.5.3 电机保护机制第66-67页
        5.5.4 电机保护方法设计第67-68页
    5.6 本地上位机设计第68-72页
        5.6.1 μC/OS-II操作系统与 μC/GUI图形系统移植第68-70页
        5.6.2 现场控制系统人机交互界面设计第70-72页
    5.7 本章小结第72-73页
6 远程监控系统软件详细设计及实现第73-93页
    6.1 面向对象建模分析第73-79页
        6.1.1 系统介绍及用例模型第74-75页
        6.1.2 系统对象模型第75-76页
        6.1.3 系统动态模型第76-78页
        6.1.4 系统功能模型第78-79页
    6.2 系统数据库设计第79-83页
        6.2.1 系统数据库结构及存储分析第80-81页
        6.2.2 数据库表设计第81-83页
    6.3 系统实现第83-90页
        6.3.1 登录模块和用户管理第83-85页
        6.3.2 数据采集及存储第85-87页
        6.3.3 站点及设备管理第87-88页
        6.3.4 数据查询及管理第88-89页
        6.3.5 故障查询及管理第89页
        6.3.6 图形化交互及显示第89-90页
        6.3.7 远程凝结水调度第90页
    6.4 凝结水调度算法原理第90-92页
    6.5 本章小结第92-93页
7 系统调试及结果分析第93-105页
    7.1 凝结水现场回收控制器测试第93-98页
        7.1.1 控制器电源测试第93-95页
        7.1.2 控制器数据采集信号测试第95-96页
        7.1.3 控制器控制信号测试第96-97页
        7.1.4 控制器通讯测试第97-98页
    7.2 远程监控系统主要功能测试第98-102页
        7.2.1 服务器监控通讯网络测试第98-100页
        7.2.2 凝结水调度测试第100-102页
    7.3 现场设备调试第102-105页
8 总结与展望第105-107页
    8.1 主要工作总结第105-106页
    8.2 工作展望第106-107页
致谢第107-108页
参考文献第108-114页
附录Ⅰ 回收设备控制系统主要硬件电路第114-118页
附录Ⅱ 攻读硕士期间发表论文、专利第118页
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