基于虚拟仪器技术的计量供热测控系统的研究与设计

摘要

随着社会经济的持续快速发展,能源紧张的态势也日益显现,节能已成为世界各国共同关注的焦点。实施供热体制改革,提高供热系统的热效率是建筑节能中的一项重要措施。目前我国的供热计量技术还处在试点阶段,供热计量方式的选择没有统一的技术标准;同时,由于热用户具有一定的自主调节手段,传统的供热系统调节方式不再适应计量供热系统的调节。针对上述存在的问题,对现有的各种热计量方式分析比较,并针对热计量改造后相应的供热系统进行有效的调节,以保证供热系统能够满足热用户调节的需求,这两个方面是本论文研究的重点。
　　热计量技术的广泛应用,使得传统供热系统的定流量运行方式变为变流量运行方式,这就要求热网能够根据热用户的需要也进行相应的自动调节。本文在对计量供热系统调节和控制原理分析研究的基础上,重点对分户计量供热系统调节和控制的实现方法进行了分析研究,并提出了计量供热测控系统的设计方案;同时结合虚拟仪器技术和模糊控制技术,开发了一套基于虚拟仪器技术的计量供热测控系统。该系统以计算机为硬件基础,图形化编程软件LabVIEW为软件开发平台,选用美国NI公司的PCI-6014数据采集卡进行数据采集和控制信号输出。系统在满足供热变流量系统运行调节的同时,极大的提高了供热系统运行的热效率;现代虚拟仪器技术的引入,采用模块化的硬件和软件进行编程,明显地缩短了系统的开发周期,并使得该系统具有很强的可扩展性和移植性,更易于系统的更新和升级;同时,利用LabVIEW作为系统的开发平台,人机界面友好,可直观、简洁的显示热力工况运行的状态。
　　本论文首先介绍了课题的来源、目前的研究现状及研究意义。其次,从工作原理和系统构成上对现有的各种热计量方式进行对比分析;并对已编入甘肃省地方标准《民用建筑集中供热计量技术规程》中的热量表法、流温法和热分配表法三种热计量方式的热网调控方式进行了深入的研究。再次,概括介绍了虚拟仪器的基本概念和LabVIEW测控平台的构建。最后,设计了基于虚拟仪器技术的计量供热测控系统,并详细阐述和分析了该系统的组成、硬件选型及软件组成模块。系统硬件主要包括:传感器和数据采集卡的选择及数据采集卡的配置。在此基础上,结合LabVIEW平台,从软件的主程序流程、功能结构两个方面研究了软件系统的组成,及各个功能模块的具体设计方案,各功能模块主要包括:登录模块、参数设置模块、多通道数据同步采集模块、信号分析处理模块、控制信号输出模块、数据保存和打印模块等,从而实现了计量供热测控系统的设计。
　　本论文以甘肃省榆中县热计量改造项目所测数据为蓝本,对热量表法、流温法和热分配表法三种热计量方式的小区耗热量及热指标数据进行分析,为供热计量方式的选择提供了科学依据;并对计量供热测控系统的节能效果进行重点分析,与人工调节和气候补偿器调节方式相比,计量供热测控系统调节可分别节约供热量约25％和2%,在满足热用户调节需求的情况下,实现了最大程度的节能。

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1 绪论

1.1 课题来源与主要内容

1.2 课题研究内容的发展现状

1.3 课题研究的意义

1.4 本论文的主要工作

2 计量供热系统的调节与控制

2.1 热计量的基本原理及方式

2.2 计量供热系统的调节

2.3 计量供热系统的控制

2.4 分户计量供热系统的调节与控制

3 虚拟仪器技术及LabVIEW测控平台的构建

3.1 虚拟仪器技术

3.2 LabVIEW简介

3.3 LabVIEW编程环境

3.4 LabVIEW测控平台的构建

4 供热测控系统组成及硬件选型

4.1 系统组成

4.2 传感器的选择

4.3 数据采集及采集卡的选择

4.4 NI PCI-6014数据采集卡的选用

5 系统软件设计与实现

5.1 系统软件总体设计

5.2 模糊控制器的设计

5.3 系统主界面的设计

5.4 软件系统各子模块的设计

6 节能效果分析

6.1 项目试点概况

6.2 热计量数据分析

6.3 系统节能效果分析

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果