基于冗余机制的水质数据采集系统的软硬件设计

摘要

我国是水资源大国之一,但人均淡水资源占有量却是世界13个人均水资源最贫乏的国家之一。同时我国正处于发展中阶段,伴随着国家经济的迅猛发展,能源与环境之间矛盾日趋尖锐,水环境的污染情况日益严重。因此,城市水资源的处理与防治被给予高度的重视与支持。城市水质处理系统是城市核心公共设施之一,对于城市的重要性无需赘言,其可靠性能关乎城市用水供给与污水处理的能力,影响着市民的正常生活起居。本文在进行整体水质监控系统设计的同时,着重对系统可靠性进行深入的研究分析,并设计了一种基于冗余机制的高速数据采集系统。
　　在水质处理监控系统的整体架构中,数据采集功能作为实现水质处理过程控制目的的核心部分,无论是在数据处理方面,还是在稳定可靠的工作性能方面都需要进行精心的设计。其中针对负责水质处理现场信号采集任务的数据信号输入模块进行冗余结构设计,以保证水质处理控制系统实时可靠地对水质信息数据进行准确的采集;并且依靠输入模块与输出模块协同作业,形成闭环控制结构来提高控制决策输出的可靠性与安全性。在实现系统可靠性技术的设计中,论文着重分析了系统冗余技术,通过对各种冗余结构与策略分析比对,最终选定在双机热备冗余结构的基础上,进行二取二冗余策略的创新性改进。并在系统可靠性技术的理论支持下,完成了对冗余化的数据采集系统的软硬件设计。最后,对该监测系统进行测试,其中通过MATLAB仿真软件进行了可靠性能的仿真分析,并通过搭建测试平台对模拟通道和数字通道的各个模块进行测试。结果表明该系统在平均无故障运行时间指标中远优于单系统,而且通过故障注入等方法测试了冗余系统的容错功能,并且对水质处理过程中的数据采集功能也达到了预期效果,满足实际需求。

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第一章 绪论

1.1 课题背景

1.2 国内外相关领域研究现状

1.3 研究的目的与意义

1.4 论文主要研究内容

第二章 系统冗余及其可靠性分析

2.1引言

2.2可靠性技术分析

2.3冗余技术与策略

2.4可靠性模型建立与分析

2.5本章小结

第三章 水质处理监控系统设计

3.1引言

3.2水质处理监控系统整体设计

3.3数据采集系统冗余方案设计

3.4本章小结

第四章 冗余数据采集系统软硬件设计

4.1 引言

4.2 冗余数据采集系统硬件设计

4.3 冗余数据采集系统软件设计

4.4 本章小结

第五章 冗余数据采集系统可靠性测试

5.1 引言

5.2 系统性能测试

5.3 本章小结

结论

参考文献

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致谢