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基于Labview和Modbus总线的燃气轮机故障诊断系统研究与设计

作　者: 徐艳雷
导　师: 韩兵
学　校: 上海交通大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 虚拟仪器 labview Modbus总线 故障诊断 燃气轮机
分类号: TK478
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


随着3C技术的发展,通信网络化的开放式系统成为测控领域新的发展方向,现场总线与计算机网络技术在工业控制领域也变得越来越重要。Modbus现场总线作为一种有效支持实时分布式测试控制的总线,以其稳定性好、可靠性高、抗干扰能力强、维护成本低等特点越来越受到人们的重视。虚拟仪器技术作为测控领域的新技术,因其在系统设计、测试和维护方面所具有的独特优势,也得到了越来越广泛的应用,并引领着测控技术的发展方向。因此研究基于虚拟仪器技术和Modbus现场总线的测控系统的设计与开发具有非常现实的意义。燃气轮机及其联合循环发电机组作为一种新型发电设备,具有投资费用低、建设周期短、供电效率高、排放污染小等优点,得到了越来越多的重视、研究和应用。研究其运行特性,并对其进行故障检测和诊断则是提高燃气轮机系统工作稳定性的重要手段之一。本文首先分析了故障诊断技术、现场总线技术和虚拟仪器技术的研究现状和发展。重点研究了Modbus总线协议及其在TCP/IP上的实现,并设计了基于Modbus协议的系统通信程序。然后,研究了燃气轮机系统的数学模型,并设计了其UniSim仿真模型,得到了一系列燃气轮机在无故障状态下的运行参数。在此基础上,针对系统两种不同类型的故障引入自适应数值滤波器进行故障检测,并提出了联合故障诊断算法对系统进行故障诊断。最后,根据系统要求设计了软硬件系统结构,利用Access2003设计了系统数据库,并在Labview2010开发平台上设计了燃气轮机系统的上位机监控程序、故障诊断程序以及数据库管理程序,利用HC900控制器实现了上位机与燃气轮机仿真模型之间的通信,成功实现了燃气轮机诊断系统的设计和开发。本文为CCHP系统进一步的优化控制提供了基础方案。

全文目录


摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
第一章 绪论  10-17
  1.1 课题概述  10
    1.1.1 课题来源  10
    1.1.2 课题研究的目的及意义  10
  1.2 课题相关技术的国内外研究现状分析  10-16
    1.2.1 故障诊断技术研究现状与发展  10-13
    1.2.2 现场总线技术研究现状与发展  13-15
    1.2.3 虚拟仪器技术应用与发展  15-16
  1.3 本文研究的主要内容  16
  1.4 本章小结  16-17
第二章 MODBUS 现场总线与虚拟仪器技术研究  17-45
  2.1 MODBUS 总线概述  17
  2.2 MODBUS 总线协议  17-24
    2.2.1 Modbus 通讯原理  18-20
    2.2.2 Modbus 协议的传输方式  20-21
    2.2.3 Modbus 消息帧  21-24
  2.3 MODBUS 功能码定义  24-26
  2.4 MODBUS TCP  26-32
    2.4.1 客户机/服务器模式  27
    2.4.2 协议描述  27-30
    2.4.3 功能描述  30-32
  2.5 虚拟仪器技术  32-44
    2.5.1 虚拟仪器基本概念  33
    2.5.2 虚拟仪器系统结构  33-35
    2.5.3 虚拟仪器的特点  35-36
    2.5.4 Labview 特点及功能介绍  36-44
  2.6 本章小结  44-45
第三章 燃气轮机系统故障诊断研究  45-63
  3.1 燃气轮机系统介绍  45-46
  3.2 燃气轮机系统数学模型研究  46-54
    3.2.1 燃气轮机仿真方法介绍  47
    3.2.2 燃气轮机各部件数学模型  47-54
  3.3 燃气轮机系统故障诊断技术研究  54-62
    3.3.1 自适应滤波器原理  54-55
    3.3.2 自适应数值滤波器  55-57
    3.3.3 联合故障诊断方法  57-62
  3.4 本章小结  62-63
第四章 燃气轮机故障诊断系统结构设计与实现  63-91
  4.1 系统结构设计  63-68
    4.1.1 控制器选择  65-66
    4.1.2 系统软件选择  66-67
    4.1.3 通信方式选择  67-68
  4.2 燃气轮机系统UNISIM 模型结构设计  68-79
    4.2.1 UniSim 仿真模型设计  68-72
    4.2.2 UniSim 仿真模型通信模块设计  72-79
  4.3 下位机PLC 控制系统程序设计  79-81
  4.4 上位机监控系统程序设计  81-90
    4.4.1 数据管理系统设计  81-84
    4.4.2 Labview 程序实现联合故障诊断算法  84-88
    4.4.3 Labview 监控程序设计  88-90
  4.5 本章小结  90-91
第五章 系统实验研究  91-95
  5.1 仿真实验及结果分析  91-94
  5.2 本章小结  94-95
第六章 全文总结  95-96
  6.1 主要结论  95
  6.2 研究展望  95-96
参考文献  96-100
附录  100-107
致谢  107-108
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  108-109
附件  109-111

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中图分类: > 工业技术 > 能源与动力工程 > 内燃机 > 燃气轮机（燃气透平） > 检修与维护
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