基于ARM&μC/OS_Ⅱ平台的水电机组监测系统设计

【摘要】：我国蕴藏丰富的水资源，水电站是我国重点支持发展的能源建设。如何合理高效的利用水资源、如何确保水电站的安全稳定运行成为目前各大水电站研究的重要课题。水电机组运行效率、耗水率、发电量等是衡量水电站经济运行的准则，同时也是水电站诊断系统故障、确保稳定进行的重要分析指标。为确保水电站安全、经济、稳定的运行，及时发现异常现象或工程隐患，对水轮发电机组各项指标的实时监测尤为必要。 根据水电站对水电机组运行参数实时监测的要求，设计了一种基于STM32F103VC的水电机组运行状态监测系统，实现了对瞬时流量、累积流量、工作水头、耗水率、有功功率以及效率等表征水电机组工作状态参数的监测。通过对μC/OS-Ⅱ操作系统的剪裁和移植，实现了操作系统对任务的切换和调度，优化了系统功能模块的软件管理流程，提高了监测系统的实时性和稳定性。通过硬件电路的优化设计和软件的校正拟合，将输入差压信号、功率信号以及流速信号的采集精度提高到0.05%，远远优于传统监测仪。同时，通过优化数模转换部分电路设计，将提供给监测中心二次仪表的瞬时流量、工作水头、效率以及耗水率四个典型参数的模拟电流信号精度提高到0.04%，远远优于相关规定。在数据通信部分，采用了抗干扰及自我保护设计方法，降低了数据传输的误码率。实验结果表明，远程在线检测数据误码率不大于10-6。 本文所设计的水电机组监测系统从监测精度、监测稳定性、监测智能化等方面都进行了优化和改进，已经达到并远远优于《水电厂计算机监控系统的基本条件》中对监测的要求。该系统已成功用于各大水电站的水电机组运行参数监测并远销巴西越南等地。 【关键词】：水电机组 效率仪 监测系统 μC/OS-Ⅱ Cortex-M3
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TV736
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 课题的研究背景及意义10-11
• 1.2 水电机组状态监测主要技术11-12
• 1.3 水电机组监测系统国内外研究现状12-14
• 1.3.1 国外发展现状13
• 1.3.2 国内发展现状13-14
• 1.4 论文研究工作和论文主要内容14-15
• 1.4.1 论文主要研究工作14
• 1.4.2 论文主要内容14-15
• 第2章 水电机组监测参数及原理15-21
• 2.1 水轮机的效率测量15-16
• 2.2 水轮机的流量测量16-18
• 2.3 其他参数的测量18-20
• 2.3.1 工作水头的测量18-19
• 2.3.2 水电机组有功功率的测量19
• 2.3.3 耗水率的计算19-20
• 2.4 本章小结20-21
• 第3章 水电机组监测系统硬件设计21-32
• 3.1 水电机组监测系统总体结构设计21-22
• 3.1.1 系统的设计要求与性能指标21
• 3.1.2 总体方案设计21-22
• 3.2 输入信号采集模块设计22-25
• 3.2.1 输入信号 I/V 变换及电压调理22-24
• 3.2.2 数据采样及模数转换24-25
• 3.3 通信模块设计25-27
• 3.4 人机接口及输出模块设计27-29
• 3.4.1 人机接口模块设计27-28
• 3.4.2 输出模块设计28-29
• 3.5 核心控制模块介绍29-31
• 3.6 本章小结31-32
• 第4章 μC/OS-II 操作系统的移植32-45
• 4.1 μC/OS-II 操作系统介绍32-36
• 4.1.1 μC/OS-II 操作系统的任务管理与调度33-34
• 4.1.2 μC/OS-II 操作系统任务间的通信与同步34-36
• 4.2 ARM Cortex-M3 介绍36-37
• 4.3 μC/OS-II 操作系统的移植37-44
• 4.3.1 移植前的准备工作37-39
• 4.3.2 μC/OS-II 源代码的修改39-42
• 4.3.3 工程编译及移植验证42-44
• 4.4 本章小结44-45
• 第5章 水电机组监测系统软件设计45-57
• 5.1 软件总体设计45-48
• 5.2 通信部分设计48-52
• 5.2.1 通信协议49-51
• 5.2.2 下位机通信流程51-52
• 5.3 数据采集及处理52-54
• 5.4 按键及 LCD 显示54-56
• 5.5 本章小结56-57
• 第6章 水电机组监测系统的测试与分析57-60
• 6.1 精度测试57-58
• 6.2 组网测试58-59
• 6.3 本章小结59-60
• 结论60-62
• 参考文献62-65
• 致谢65-66
• 附录 A 攻读硕士学位期间发表的论文66-67
• 附录 B 电路 PCB 版图67-69
• 附录 C 部分移植代码69-71
• 附录 D 部分应用程序代码71-74

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