小区交换站供热系统数据采集模块开题报告

1、毕业设计开题报告 题 目：小区交换站供热系统数据采集模块的设计 学生姓名： 张雪娜 学 号： 100801331 专 业： 电气工程及其自动化 指导教师： 郭英军（副教授） 2014年3月25日毕业设计开题报告1文献综述1.1本课题的研究意义 近年来，随着人们节能降耗和环保意识的不断增强，通讯技术与计算机技术的发展，以往采用的分散供热的方式已由集中供热所取代，集中供热已成为我国北方城镇冬季供热的一种主要形式。城市集中供热是节能、环保的重要途径，是城市现代化的主要基础设施之一。城市集中供热系统主要包括热力站、热水管网、换热站、和用户等几部分。连接于热源厂和热用户之间的供热系统是整个集中供热系统的

2、重要主要部分，主要包括热水管网和热力站，热水管网分为一次网与二次网。热交换站，又称换热站，是供热网络向用户供热的重要连接场所，目前大型热电联产系统大多采用间接连接的供热方式。热电厂提供的高温过热蒸汽经电厂换热站汽水换热器形成供暖热水，由一次管网送至各换热站，高温热水再由板式换热器水水换热器形成供暖热水由二次管网送至用户。本课题主要研究小区交换站供热系统的数据采集模块的设计，通过对热水管网温度、压力、流量等数据参数的采集，实现对供热系统的实时监测与控制1。过调整和保持热媒参数（压力、温度和流量），使供热、用热达到安全经济运行，所以，换热站自动化控制系统的功能和性能就显得有为重要，其控制和监视的核

3、心主要是监控一次、二次网的进出水温度、压力、流量和循环泵、补水泵的状态、起停控制、转速、故障以及电量等参数；同时为了提高工作效率和管理水平，供热调度部门需要对分散在不同地理位置换热站的温度、压力、流量、液位、设备状态等许多参数进行集中实时监测，必要时远程控制换热站中各设备的运行，并进行远程视频监控2。该供热系统数据采集模块的研究设计，可使运行管理人员有效的掌握系统各数据参数的变化和主要设备的运行效率极其变化规律，改善供暖质量，为小区交换站供热系统的优化运行管理提供可靠的保证。1.2国内外发展状况数据采集系统起始于20世纪中期，在70年代初，随着计算机技术及大规模集成电路的发展，特别是微处理器及

4、高速A/D转换器的出现，数据采集系统结构发生了重大变革。原来由小规模集成的数字逻辑电路及硬件程序控制器组成的采集系统被微处理器控制的采集系统所代替。由微处理器去完成程序控制，数据处理及大部分逻辑操作，使系统的灵活性和可靠性大大地提高，系统硬件成本和系统的重建费用大大地降低3，4。(1) 国外发展状况 五十年代末，随着数字电压表的问世，测量科学发生了根本性的变化。人们将一个转化器附加于数字电压表的输入端，能自选最佳量程，使输入在不超载的情况下获得最高分辨率。测量结果通过一台独立的打印机记录下来。英国数力强公司率先制造了世界上第一台数据记录器。 早期的数字电压表使用一种“逐次逼近法”的A/D转换技

5、术，没有串态干扰的固有滤除能力，因而易受工业环境中的高频电磁干扰，不得不使用时间常数很大的低通滤波系统，甚至信噪比达到25分贝也必须如此。积分式A/D转换器的应用大大改善了串态干扰的噪声滤波能力（可达70分贝）。同时采用高质量的稳压电源，借以向应变仪、电阻温度计等普通使用的传感器功能。这样就产生了第二代数据记录器。 六十年代末，数字式小型计算机问世，把它同普通数据记录器连接起来就可进行大量数据的简化工作，例如数据的线性化处理和极限检验等。采用这种方法的主要优点是：（1）可以进行交叉通道计算，例如功率测量；（2）可以进行趋势分析，例如发电机厂高压蒸汽管道概率寿命的预估；（3）可以由预先测定的结果

6、来配置灵活多变的处理方式和成套加工设备的大规模控制；（4）具有软、硬磁盘驱动器等大容量存储外围设备的灵活性，配有键盘的直观显示装置提高分辨率图像处理能力，显示测定的和计算出的数据结果。这便是附加有计算能力的第三代数据记录器。例如颇受欢迎的35系列数据采集器，使用了带有双软盘驱动器的PDP LSI11/03计算机。 然而小型计算机价格昂贵，体积庞大，电路复杂，灵活性差和调试困难等缺点，限定了它的普及和推广。七十年代出现的微处理机以其体积小、成本低、耗电少、功能强、稳定性高以及易于维护等一系列优点，迅速应用于数据采集系统中。它一改小型计的全硬件机构，用软件编程方式取代了大量复杂的硬件电路，是数据采

7、集系统变为以微处理器为中心，软件支持的可编程控制自动测试系统。利用微处理器的ARM可以大量存储测试结果，有利于实现快速多路测量，而且配以相应接口电路可方便的同通信接口RS-232或通信仪器接口母线系统GB-IB相连接，可实现多种形式的数据存储和显示。 近年来，随着国外微电子技术、计算技术、测控技术和数字通信技术的发展，目前国外数据采集技术己经有了很大的发展5。从近来国外公司展示的新产品可以看出，主要的发展可以概括为体积小、功能多样和使用方便三个方面。国外数据采集系统快速发展，占据着大量市场，其结构基本上都是与一定个人计算机配套使用的模块化数采单元和系统，无论在性能、工艺或装潢方面都具有较强的竞

8、争力，并由专门的产业集团公司研制和生产，产品也在不断更新换代。比较典型的有美国的B+F公司、HP公司，英国输力强公司，法国迈威公司的MOVILOG数据采集器等6。(2)国内发展现状 上世纪80年代末到90年代初，我国一些仪器厂已研制出了多种数据采集器，其中单通道的有SP201、 SC247型，双通道的有EG3300、 YE5938型，超小型的有911、902和921型，具有采集静态信号的有SM-9012型。所配套的软件包基本上包括了设备维修管理和基本频谱分析两大部分，能够适应机器设备的一般状况监測和故障诊断， 基本己经达到了国外数据采集器的初期水平7。随着我国微计算机技术的发展及工业自动化水平

9、的提高，数据采集技术已经有了很大的提高，在众多领域中都有着重大的作用。数据采集系统性能的好坏，主要取决于它的精度和速度。在保证精度的条件下， 应有尽可能高的采样速度，以满足实时采集、实时处理和实时控制对速度的要求口。作为一个整体而言，数据采集系统的发展将受到多方面的影响，比如：测量技术、传感器技术、软件技术、网络技术以及在实践中不断提出的新要求，这些因素都将在很大程度上影响数据采集系统的发展8，9。朱本坤在在其文献中介绍了基于PC的单片机数据采集系统，讨论了PC机和单片机之间的通信原理和通讯方法，同时给出了VB通讯程序的设计要点。为了使数据采集系统具有良好的保密性，还讨论了单片机应用程序的加密

10、原理和加密方法。其系统的采用，解决了大数据量的数据采集、存储和复杂图表的显示等问题10。 小区交换站供热系统的数据采集与监控也在不断的提高，使我国城市的集中供热的有效运行更加可靠。例如，刘晓萍在其文献中谈到了基于微处理器F040的换热站数据采集与控制模块，为供热系统提供了一种新型现代化监控器，对于保证安全生产和提高换热站运行效率及自动化水平有着重要意义和广阔的应用前景。在其文章中，针对目前换热站运行多凭人工经验操作，管理水平和运营效率较低的缺点，还设计了基于ARM一体机的一套嵌入式人机交互平台，为换热站的运行和管理提供了良好的人机界面，从而实现了换热站管理、调度、系统仿真的集成化，为供热系统的

11、现代化运行和高效管理提供了一个有利的工具3。 我国现已实现集中供热智能无人值守换热站自控系统的设计，林舒宜与张炳伟在其文献中阐述了通过对换热站的数据参数进行数据采集、集中管理，通过网络把各个换热站 的信息汇总到服务器，增强自动化管理。通过对曲线进行对比、分析，可对换热站进行宏观调控，动态的修改控制参数，最终达到控制供热质量，节约能源的作用1。 另外，王萌也在其论文中阐述了设计的供暖换热站运行参数监测装置，可采集多个换热站的运行参数，并通过互联网将换热站的运行参数传送到供暖监控中心，集中显示和监测，从而减少各个换热站的工作人员，实现各换热站无人值守，达到了减员增效的目的，同时提高了供暖可靠性，保

12、证供暖质量4。由此可看出我国的城市的集中供暖，换热站的数据采集与自动监控已经取得了显著的成果，实现了监控管理自动化，同时也可以根据监控数据随时调整，达到有效供暖与节约能源双管齐下。 参考文献1林舒宜，张炳伟集中供热智能无人值守换热站自控系统的设计自动化与仪表，2013（09）：50532原贺新，马卫华，刘海英热网计算机监控系统煤力与热力，2000(02)：1231253 刘晓萍基于ARM的换热站数据采集与控制系统研究哈尔滨工业大学硕士论文，2009-06-014 王萌供暖换热站运行参数监测装置设计太原理工大学硕士学位论文，2005-02-015 M. MichaelSpace Science

13、Studies Come to the InternetAviation Week & Space Technology， 1988(6) ：59666 M. Panti， L. Penserini A P2P Approach to Land Warriors Coordination, International SympOn Collaborative Technologies and Systems in conjunction with the 2003 Western Multi Conferences, Orlando, Florida, Khrwer Acendemic Pre

14、ss，2003(1)：1091177 Andrew ChathaThe Foundaion for Field Control Suterm Control Engineering,，may 1994 37398 田亚娟基于单片机的数据采集控制工业科技，2004（4）：6169 许 强基于8位单片机的数据采集系统的研究湖南广播电视大学学报，2005（1）：575810 朱本坤基于PC机的数据采集及其通信系统镇江高专学报，2004（1）：32352. 本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段及途径：2.1 课题要求本课题要求利用所学专业知识，完成小区热交换站供热系统数据采集模块的设计任务。该模

15、块可以实时检测和记录热交换站的主要温度、压力、流量以及水泵的启停状态等数据。例如热源温度，循环水的出水温度、回水温度、出水压力和回水压力等。此外，该记录仪应预留SD卡或者优盘数据存储功能以及与上位机进行数据通讯的功能。具体要求包括完成采集模块整体方案的设计，硬件电路的设计并进行软件编程及样机调试。2.2 拟采用的研究手段及途径2.2.1 城市集中供热系统的构成城市集中供热系统主要包括热力站（或称热源厂）、热水管网、换热站、用户（或称居民小区）等几部分。连接于热源厂和热用户之间的供热系统是整个集中供热系统的重要组成部分，居民小区的供热系统主要包括小区的热水管网和热力站，热水管网分为一次网与二次网

16、，一次网是指连接于城市管网与热力站之间的管网，二次网是指连接于热力站与热用户之间的管网，热力站通过二次管网把热量送到终端用户。集中供热系统的构成如图1所示： 一次网供水 二次网供水 热 换 用 源 热 二次网回水 户 一次网回水 站 循 补 环 水 泵 泵 图1 城市集中供热系统的构成 连接于一次网与二次网的相关设备、仪表和控制设备的机房，是热量交换、热量分配以及系统监控和调节的枢纽，它用于调整和保持热媒参数（压力、温度和流量），使供热、用热达到安全经济运行，所以，换热站自动化控制系统的功能和性能就显得有为重要，其控制和监视的核心主要是监控一次、二次网的进出水温度、压力、流量和循环泵、补水泵的

17、状态、起停控制等参数；同时为了提高工作效率和管理水平，供热调度部门需要对分散在不同地理位置换热站的温度、压力、流量、液位、设备状态等许多参数进行集中实时监测，必要时远程控制换热站中各设备的运行，并进行远程视频监控。2.2.2 研究方案根据课题要求，通过查阅相关文献资料，本课题的数据采集模块的构成如图2所示，具体包括两方面的设计，即硬件设计和软件设计。A/D转换器A/D转换器A/D转换器 温度检测 压力检测 流量检测 数据显示 电源 单 键盘输入 片 通信电路 机 循环泵，补水泵 数据存储电路 的启停状态 图2 数据采集模块的构成（1）硬件设计 本课题的研究设计主要是实现基于以单片机为核心的对供

18、热系统温度、压力、流量等模拟量及循环泵和补水泵启停控制等开关量的数据采集模块的设计，具体包括： 1）、热交换站一次侧总管的供水温度和回水温度（两路温度信号） 2）、热交换站二次侧总管的供水温度和回水温度（两路温度信号） 3）、热交换站一次侧供水总管压力和回水总管压力（两路压力信号） 4）、热交换站二次侧供水总管压力和回水总管压力（两路压力信号） 5）、热力站补水管网的的流量（一路流量信号） 6）、热力站一次管网的流量（一路流量信号） 7）、循环泵和补水泵的启停（开关量信号）系统硬件设计是以单片机为核心器件，进行小区交换站供热系统的数据采集设计，逐步分析硬件设计过程中应考虑的实际问题。温度，压力和流量等模拟参数的采集，就需要用到传感器。经传感器采集的模拟信号经过A/D转换器变为数字信号传送到单片机进行显示，循环泵和补水泵的启停作为开关量传送到单片机进行显示。单片机