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天津地铁环控及火灾报警系统模拟闭环控制研究

作　者: 郑扬
导　师: 陈在平
学　校: 天津理工大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 环控系统火灾报警系统计算流体力学 OPC 模拟
分类号: TP277
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

地铁系统的运行管理是地铁工程建设中非常重要的方面,对地铁系统安全、可靠、高效地投入运行发挥重要的作用。地铁系统既涉及到正常情况下的运行管理,又涉及到异常情况下的应对策略,其中环控系统(ECS)和火灾报警系统(FAS)是保障地铁安全运行的重要环节。由于受专业领域限制,现行地铁环控系统和火灾报警系统一直处于开环运行状态,没有对通风方案,尤其是火灾通风方案的效果进行实时验证,使其有效性、适用性、可靠性、节能性都受到不同程度的影响。为解决这一问题,就必须建立能准确反映地铁系统运行与故障特点的模拟环节和符合车站空间典型特征的模拟空间,进而构建相应的环控系统与火灾报警系统闭环模拟平台,突破以往模拟系统只能检验土建结构而脱离控制方案的限制,实现对关键岗位的模拟,达到为地铁系统的运行与管理提供参考数据的目的,因此课题的研究工作对于天津地铁建设与发展具有重要的意义。本文简要介绍了地铁环控系统和火灾报警系统的功能及其模拟研究的发展现状和趋势,提出了一种将计算流体力学与控制理论相结合应用于模拟地铁环控与火灾报警系统的解决方案。概述了计算流体力学的原理与应用,包括网格划分软件GAMBIT和计算流体力学仿真软件FLUENT的简介,以及从操作员做出控制动作到FLUENT进行模拟仿真的工作流程,给出了用户自定义函数UDF的应用方法。然后阐述了WinCC的功能及其与STEP7和PLCSIM的集成使用方法。随后详细叙述了OPC技术的基础---COM/DCOM原理和OPC DA的技术规范,在此基础上开发了OPC客户端,通过客户端访问基于WinCC开发的OPC服务器,获得标签变量,并生成供FLUENT调用的C文件,从而解决了两个软件没有直接接口的问题,最终实现了WinCC和FLUENT的数据连接。在客户机上分别构建了地铁环控和火灾报警模拟系统,并在服务器上采用WinCC开发设计了系统的监控操作界面,根据流体力学原理,利用FLUENT实现对地铁环控与火灾报警系统不同环境、不同地点、不同边界条件的模拟,达到利用数值和图形反映不同工况、不同操作所产生的控制效果的目的,通过实验验证了该模拟系统的有效性和实用性。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第一章绪论  11-15
  1.1 ECS 系统和FAS 系统  11-13
    1.1.1 ECS 系统  11
    1.1.2 FAS 系统  11-12
    1.1.3 ECS 系统和FAS 系统模拟研究发展现状  12
    1.1.4 ECS 系统和FAS 系统模拟研究发展趋势  12-13
  1.2 论文的主要研究工作  13-14
  1.3 本章小结  14-15
第二章计算流体力学的原理与应用  15-27
  2.1 计算立体力学概述  15-23
    2.1.1 流体动力学控制方程  16-21
    2.1.2 计算流体力学工作步骤  21
    2.1.3 计算流体力学求解过程  21-23
  2.2 网格生成软件GAMBIT 简介  23-24
    2.2.1 网格生成方法概述  23-24
    2.2.2 GAMBIT 的特点  24
  2.3 计算流体力学仿真软件FLUENT 及其在系统模拟中的引入  24-26
    2.3.1 FLUENT 的运行机制  25
    2.3.2 FLUENT 的文件类型及数据接口  25-26
    2.3.3 FLUENT 在系统模拟中的引入  26
  2.4 本章小结  26-27
第三章 UDF 函数的应用  27-32
  3.1 UDF 函数介绍  27
  3.2 编制C 语言源代码  27-28
  3.3 激活UDF  28-29
  3.4 UDF 功能测试  29-31
  3.5 本章小结  31-32
第四章组态技术及西门子 WinCC 介绍  32-40
  4.1 组态技术简介  32-33
  4.2 西门子 Simatic WinCC 简介  33-38
    4.2.1 WinCC 简介  33-36
    4.2.2 客户机/服务器结构  36
    4.2.3 STEP7 与PLCSIM 的集成应用  36-38
  4.3 建立、测试服务器  38-39
  4.4 本章小结  39-40
第五章 OPC 技术规范  40-51
  5.1 OPC 概述  40-42
  5.2 OPC 技术基础  42-43
    5.2.1 OPC 报警与事件处理规范（OPC AE）  42
    5.2.2 OPC 历史数据访问规范（OPC HDA）  42-43
    5.2.3 OPC 批量过程规范  43
    5.2.4 OPC 安全性规范  43
  5.3 OPC 数据访问（DA）规范概述  43-50
    5.3.1 OPC 客户程序和OPC 服务器  43-45
    5.3.2 OPC 接口体系  45
    5.3.3 OPC 技术的应用  45-46
    5.3.4 OPC 的数据传输机制  46-47
    5.3.5 OPC 对象接口定义  47-50
  5.4 本章小结  50-51
第六章 OPC 客户端的开发及测试  51-60
  6.1 OPC 服务器和包装DLL  51-52
  6.2 服务器句柄  52-53
  6.3 OPC 的对象  53-56
    6.3.1 OPC 服务器对象  53
    6.3.2 OPC 组集合对象  53
    6.3.3 OPC 组对象  53-55
    6.3.4 OPC 标签集合对象  55-56
    6.3.5 OPC 标签对象  56
  6.4 OPC 客户端的编写  56-58
    6.4.1 设置OPC 包装DLL  56-57
    6.4.2 OPC 客户端编写流程  57-58
  6.5 OPC 客户端的测试  58-59
  6.6 本章小结  59-60
第七章 ECS、FAS 闭环模拟系统的实现  60-73
  7.1 系统概述  60-61
  7.2 系统组态  61-66
    7.2.1 操作员站组态  61-65
    7.2.2 DCOM 配置  65-66
  7.3 模拟实验  66-72
    7.3.1 模拟实验对象  66-67
    7.3.2 控制方程  67-68
    7.3.3 模拟实验的边界条件  68
    7.3.4 网格划分及数值求解  68-69
    7.3.5 实验结果  69-72
  7.4 本章小结  72-73
第八章结论与展望  73-74
参考文献  74-76
发表论文和科研情况说明  76-77
致谢  77-78

天津地铁环控及火灾报警系统模拟闭环控制研究

内容摘要

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