基于Lon总线的热力站智能节点研究

摘要

该论文是源于黑龙江省科技攻关项目《基于LonWorks技术和预测控制的供热FCS研究》，并在哈尔滨热电建设指挥部大力支持下进行研究的。在对国内外集中供热和分户计量供热监控现状综述和分析后，提出了基于LonWorks技术研发集中供热FCS的方案。 系统数学模型是分析和设计自动控制系统的依据，论文首先对热力站供热过程的建模进行了研究，应用机理分析给出供热过程的微分方程描述。在取得现场大量实验数据的基础上，将典型信号响应与最小二乘方法相结合，建立了以一级网流量作输入，二级网供水、回水作输出；以二级网循环泵速作输入，循环水压作输出的三个热工过程传递函数模型。 在取得系统的模型和选择LonWorks技术平台后，对控制系统结构、控制算法和Lon网的底层节点进行了规划。热交换监控过程，由两个独立系统构成，质调系统以一级网流量为控制量，二级网供回水温差为被控量；量调系统以二级网循环泵速为控制量，水循环选定点压力为被控量。两个回路均采用PID控制。在Lon网底层，从可靠性及易实现出发，每一热交换器用两个节点监控。一个节点完成模拟信号处理，另一个节点实现对数字信号的处理。 最后，论文介绍了热力站智能节点的研发工作。根据热力站要实现满意、均匀和节能供热要求，设计2个节点的软硬件。节点1主要完成对温度、流量、压力等模拟量的采样、提前算法的实现和给出一二级网调节阀、二级网循环泵的模拟控量。节点2实现设备状态监控、开关量控制、报警及显示功能。硬件电路设计以神经元控制模块为核心，辅以相应的接口电路。软件采用NeuronC语言编程，采用模块化的方法，编写主程序、控制算法子程序、显示子程序、采样滤波子程序等。两个节点软硬件设计已在实验室通过调试。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1课题的来源及研究的目的和意义

1.2集中供热热力站概述

1.2.1集中供热技术发展概况

1.2.2集中供热热力站运行现状

1.3计量供热系统热力站控制现状

1.3.1计量供热系统的提出

1.3.2目前供热系统控制综述

1.4现场总线技术概况

1.4.1现场总线技术简介

1.4.2几种有影响的现场总线技术

1.4.3 LonWorks技术

1.5本文的主要研究内容

第2章系统热力站供热过程建模

2.1概述

2.2供热过程机理建模

2.3现场测试实验

2.4供热过程模型辨识

2.4.1模型辨识方法

2.4.2供热过程各环节模型的辨识与比较

2.4.3供热过程各环节模型及控制系统结构

2.5本章小结

第3章方案论证及选择

3.1研发技术平台及选择

3.1.1 LonWorks技术特点

3.1.2用Lon控制网络构成热网的FCS系统

3.2热力站供热过程控制系统的构成

3.2.1热力站热交换工艺介绍

3.2.2热力站双回路控制系统

3.2.3热力站控制算法选择

3.3热力站监控的Lon节点规划

3.3.1热交换器监控节点配置

3.3.2各节点的硬件结构

3.4本章小结

第4章节点的硬件设计

4.1硬件总体方案设计

4.1.1智能节点功能规划

4.1.2智能节点的总体方案设计

4.2 Lon控制模块设计

4.3节点1的设计

4.3.1模拟量输入电路

4.3.2模拟量输出电路

4.4节点2的设计

4.4.1数字量输入电路

4.4.2数字量输出电路

4.4.3显示电路

4.5本章小结

第5章节点的软件设计

5.1软件总体方案设计

5.2采样与滤波

5.2.1采样程序

5.2.2滤波程序

5.3采用PID算法的模拟量输出程序设计

5.3.1模拟量输出程序

5.3.2 PID控制算法程序

5.4数字输入与数字输出程序

5.5显示驱动程序

5.6本章小结

结论

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明和使用授权书

致谢

个人简历