阴极保护电源远程监控系统的研究与设计

摘要

随着经济的发展，金属结构设施建设愈来愈多，例如，能源需求的日益增加，需要长线输油以及输气金属管道和储油和储气罐群设施；交通运输的发展，需建设大型桥梁和跨海大桥等。这些金属结构设施的运行与维护中的一个重要问题就是对金属材料的有效防腐。近年来，为了延长金属结构设施的使用寿命，同时避免环境污染和发生社会公共安全问题，金属结构的防腐更为受到重视。生产实践表明，为使金属结构设施安全可靠运行，并延长其使用寿命，防腐工程至关重要。
　　 本文针对用于石油管线和储罐防腐的阴极保护电源装置，设计了一套阴极保护电源远程监控系统。在设计优化阴极保护电源模块装置的基础上，采用GPRS无线技术通过Internet公网传输，对阴极保护电源装置的运行状态和阴极保护系统进行实时有效的检测、故障诊断和远端控制，对于保证整个金属结构群强制电流阴极保护系统运行的稳定性和可靠性具有重要意义。首先分析并确定了系统的总体设计方案，根据系统所需要实现的功能，将系统分为采集电路单元模块、数字控制电路模块、GPRS通信电路模块、监控中心四大部分，并从硬件和软件两方面对系统的各个部分的设计进行了介绍。采集单元模块采用MSP430F169作为核心处理器构建阴极保护电位工作参数硬件采集平台。数字控制电路模块采用dsPIC33FJ16GS504高性能16位数字信号控制器微处理器作为其核心芯片。GPRS无线通信单元模块采用LPC2134(ARM7)处理器和SIM300作为构建硬件平台的核心部件。监控中心软件采用JAVA编程语言，MVC设计模式，B/S结构，服务器Windows Server2000，应用服务器Apache Tomcat6.0，开发框架SSH(Sping1.2+Struts1.2+Hibernate3.0)结合技术；数据库Microsoft SQL Server2000。实现Internet在线客户通过浏览器对阴极保护电源装置进行远程检测、故障诊断和控制的目的。最后搭建了系统测试实验平台，对整体系统的功能及性能进行了测试。测试结果表明采集单元模块能很好进行阴极保护金属群结构工作参数的采集；GPRS通信单元模块能稳定快速与监控中心建立通信；监控中心能稳定实现实时/历史数据、曲线、EXCEL报表导出、报警、设备信息及权限功能。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 阴极保护研究的国内外现状及存在的问题

1.3 课题的主要研究工作

第2章 阴极保护电源远程监控系统总体方案设计

2.1 系统总体方案设计

2.1.1 阴极保护电源远程监控系统技术需求

2.1.2 总体设计方案比较与选择

2.1.3 GPRS系统构架设计

2.2 远程监控系统系统工作流程

2.3 阴极保护电源远程监控系统相关技术

2.3.1 阴极保护技术

2.3.2 GPRS技术

2.3.3 WEB技术

2.3.4 Java技术

2.4 本章小结

第3章 监控系统数据采集和通信相关硬件设计

3.1 电位采集单元的硬件设计

3.1.1 辅助电源电路

3.1.2 电位采集电路

3.1.3 微处理器电路

3.1.4 RS485/RS422电路

3.2 电源模块电压、电流、温度采集电路的硬件设计

3.2.1 电源模块电压采集硬件电路

3.2.2 电源模块电流采集硬件电路

3.2.3 电源模块温度采集硬件电路

3.3 GPRS通信电路与CAN通信接口的硬件设计

3.3.1 GPRS无线模块设计

3.3.2 CAN通信接口电路

3.4 本章小结

第4章 阴极保护电源远程监控系统的软件设计

4.1 采集单元模块的软件设计

4.2 电源模块电压、电流、温度采集的软件设计

4.3 GPRS通信电路模块的软件设计

4.4 监控中心的软件设计

4.4.1 系统UML建模

4.4.2 服务器设计

4.4.2 数据库设计

4.4.3 登录模块设计

4.4.4 设备管理模块设计

4.4.5 GPRS实时通信模块设计

4.4.6 数据图形模块设计

4.5.7 用户及系统管理模块设计

4.6 本章小结

第5章 阴极保护电源远程监控系统测试

5.1 系统测试目的

5.2 系统测试平台的搭建及步骤

5.3 系统测试结果

5.4 系统测试分析

第6章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 系统展望

致谢

参考文献

作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文