基于实时多任务操作系统的通用流量仪

摘要

在工业生产中,流量是需要经常测量和控制的重要参数之一,尤其在钢铁、电力、供水和天然气等流程工业中,原料流量是判断生产效率和经济效益的重要指标,流量仪表也因此有着极广泛的应用。目前国内企业所采用的流量仪表,计算模型普遍较为老化,测量精度低,所支持的流体单一;大多仍采用基于前后台的单任务循环执行的设计方案,存在实时性和可靠性不好,软件移植较为困难等问题,亟待解决。针对这一问题,本文详细讨论了各种流量传感器的工作原理,进而分析了各种流体流量的测量方法和算法实现,并在此基础上,介绍了一种基于FreescaleMC68HC908AZ60单片机和自主研发的FDCX08嵌入式实时操作系统的新型通用流量测量控制仪。本仪表主要有以下特点:1.支持多种流体(蒸汽,一般气体和液体)和流量传感器,借助Matlab作为建模工具,对每种流体,在使用不同的传感器时,分别设计了高精度,快速的测量算法;对蒸汽,直接使用IAPWS-IF97公式,这是现今精度最高的计算方法。2.通过引入实时多任务操作系统,采用多任务设计,极大地提高系统的实时性和可靠性。3.支持现场总线通信和反馈控制,可以作为分布式工业控制系统的现场节点使用。论文主要分为三个部分:第一部分,介绍流量测量的基本原理;第二部分,介绍整个项目的设计目标和整体设计方案;第三部分,介绍仪表的具体实现。包括作为软件平台的嵌入式实时操作系统和对于不同流体的流量计算算法的实现。

目录

摘要

Abstract

1 前言

2 背景知识

2.1 流量

2.2 流量仪表

2.3 常见流量传感器

2.3.1 差压式流量计

2.3.2 涡街流量计

3 一种通用流量测量控制仪

3.1 项目概述

3.2 M68HC908AZ60简介

3.3 硬件结构

3.4 软件结构

4 FDCX08嵌入式实时操作系统

4.1 嵌入式实时操作系统

4.2 FDCX08结构

4.3 FDCX08核心模块设计与实现

4.3.1 任务调度

4.3.2 通讯设施

4.3.3 实时时钟

4.3.4 中断处理

4.4 小结

5 流量计算任务的设计

5.1 输入数据预处理

5.1.1 小信号切除

5.1.2 数字滤波

5.2 流出系数非线性补偿

5.3 膨胀系数补偿

5.4 蒸汽流量的测量

5.4.1 补偿公式

5.4.2 IAPWS-IF97公式

5.4.3 补偿的数学模型

5.5 气体流量的测量

5.5.1 补偿公式

5.5.2 气体压缩系数Z补偿算法

5.6 气体干部分流量的测量

5.7 液体流量的测量

6 流量仪的软件设计与实现

6.1 概述

6.2 系统运行过程

6.3 数据采集任务

6.4 流量计算任务

6.5 控制输出任务

6.6 CAN收发任务

总结

参考文献

致谢