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基于虚拟仪器的冶金流程数据采集与处理系统

基于虚拟仪器的冶金流程数据采集与处理系统

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作者：杨旭华北水利水电大学

学位级别：硕士

2015年巴黎气候协定确定了各国的碳排放配额,我国作为最大的二氧化碳排放国,节能减排的任务十分艰巨。钢铁行业属于能源集中型工业,能耗约占我国能源使用总量的12.3%。《第十三个五年规划的建议》指出要主动对钢铁等能耗大户的碳排放实... 详细信息

2015年巴黎气候协定确定了各国的碳排放配额,我国作为最大的二氧化碳排放国,节能减排的任务十分艰巨。钢铁行业属于能源集中型工业,能耗约占我国能源使用总量的12.3%。《第十三个五年规划的建议》指出要主动对钢铁等能耗大户的碳排放实施更加严格的管理和控制,对钢铁行业实施节能降耗措施不仅对本行业产生积极影响,而且对加强生态文明建设具有积极作用。钢铁行业传统的节能措施都是针对单一的设备和工序,随着钢铁行业自动化和信息化的发展,通过对工序流程合理地匹配来达到节能目的成为新的研究方向。虚拟仪器技术具有灵活性的特点在数据采集领域中具有很大的优势,所以本文使用虚拟仪器技术对钢铁流程中的部分热工参数进行自动采集。本文设计的数据采集系统可以应用到冶金行业中完成远程自动采集数据和分析处理数据的功能并且具有良好的人机交互性。本文主要的工作内容如下:(1)本文将钢铁工业流程分为物质流和能量流两部分分别研究,建立了钢铁生产工序中烧结工序、焦化工序和炼铁工序的能量流和物质流的物理模型。对建立的模型进行研究,选取了部分与耦合节能相关的测量对象和热工参数。对整个系统做了详细的需求分析,根据功能要求设计了采集和处理系统硬件和软件的整体框架。(2)根据建立的采集系统框架对有线传输和无线传输方案进行对比,最后选择了有线传输方案,在有线传输方案中对比了数据采集卡传输方案和Mbus总线传输方案。经过对比,Mbus总线传输方案有抗干扰能力强、可靠性高和适用性强的特点,因而根据总线传输方案设计了Mbus总线集中器和从机的硬件通信电路。(3)设计基于虚拟仪器的上位机软件系统,软件设计包括结构设计和功能设计,软件结构采用“生产者消费者”结构,软件功能包括登录界面、串口通信、数据显示、数据存储等。根据方案二的通信电路并结合现场情况设计了具有主从结构的通信协议。(4)按照设计的硬件搭建了实物实验平台,经过测试后确认通信功能正常工作。对设计的通讯电路做了大量的通信测试实验,通过对实验数据的分析确保了总线的实际通信距离、通信速率和通信电路的可靠性。然后对软件的通信功能和数据存储回放功能进行了调试。最后通过测量热水冷却过程的温度对系统进行了测试,结果表明本系统实现了预期的设计目标并具有一定的优势。

关键词：冶金节能冶金模型工业采集 Mbus总线 LabVIEW

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