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管道泄漏监测远程终端模块的研制

作　者: 林涛
导　师: 靳世久；李一博
学　校: 天津大学
专　业: 精密仪器及机械
关键词: 管道泄漏监测 远程终端模块 嵌入式系统 提升小波
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 113次
引　用: 1次
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内容摘要


管道泄漏监测与定位,是管道运输管理系统的重要组成部份,在维护管道生产安全,减少泄漏造成的损失方面发挥着重要作用。先进的SCADA(supervisory control and data acquisition)系统作为工业监控平台,已广泛应用在电信、水利、环保、能源、油气炼制和运输等诸多领域。这两种工业技术的结合具有重大的现实意义。在SCADA系统中,远程终端模块(RTU)作为远端设备,基本应用是采集现场数据,对其进行封装以传输给中心监控站。本文的主要工作是构建基于嵌入式系统的远程终端模块,以适应其工作在负压波法管道泄漏监测系统中的需要。本文首先设计了RTU中的所必需的工业数据采集、存储、传输等组件,以满足系统泄漏定位的基本要求:压力,温度等管道运行参数信息,在经过信号调理后,由AD转换器件进行数据采集,软件模块由RTU内嵌的实时时钟触发以保证其实时性;为提高数据处理能力,系统设计了USB总线接口的数据缓存单元;基于工业以太网的数据传输控制系统,在工业数据通讯中扮演重要角色。本文基于TCP/IP协议,建立了网络传输模块以完成RTU与中心控制室的数据传输任务。由于以太网络传输固有的时延不确定性,系统在数据帧中为采样数据打上时间标签,并建立交互式数据通讯协议。另外,精确得到负压波传到管道上下游测量地的时间差,是本泄漏监测系统的关键技术之一。本文设计了GPS校时机制,利用GPS一体化接收机获得精确的世界时和1PPS脉冲时标,校正测量站RTU模块的实时时钟,完成对异地测量系统时基的同步。文章最后讨论了提升小波变换与卡尔曼滤波器算法在RTU模块的应用。小波变换与卡尔曼滤波等数字信号处理方法已作为成熟技术应用在管道压力波形拐点定位中。本文从算法需求的角度出发,基于RTU所采用的嵌入式系统特点,讨论利用卡尔曼滤波器实现压力信号消噪,提升小波变换实现压力波形信号奇异点定位,并通过对真实压力数据的实验,验证了算法的有效性。

全文目录


中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-14
  1.1 管道运输的发展与现状  8-9
    1.1.1 我国管道运输的现状  8
    1.1.2 数字化管道的发展  8-9
  1.2 管道安全监测技术概述  9-10
  1.3 工业控制领域的RTU 简介  10-12
    1.3.1 现场数据采集与处理方式介绍  10-11
    1.3.2 远程终端模块概述  11-12
  1.4 本文的工作与意义  12-14
第二章 远程终端模块总体设计方案  14-20
  2.1 基于负压波的管道泄漏监测方法  14-15
  2.2 远程终端模块概要设计  15-19
    2.2.1 硬件平台概要设计  16-18
    2.2.2 软件系统概要设计.  18-19
  2.3 本章总结  19-20
第三章 远程终端模块硬件设计  20-32
  3.1 信号调理模块设计  20-24
    3.1.1 电流/电压转换模块设计  20-21
    3.1.2 信号滤波与增益调节模块设计  21-23
    3.1.3 流量脉冲信号计数模块设计  23-24
  3.2 基于嵌入式386 的控制系统设计  24-31
    3.2.1 GPS 校时模块设计  24-25
    3.2.2 模数转换模块设计  25-26
    3.2.3 电源模块设计  26
    3.2.4 以太网通讯模块设计  26-28
    3.2.5 数据存储模块设计  28-29
    3.2.6 人机交互模块设计  29-31
  3.3 本章总结  31-32
第四章 远程终端模块软件系统设计  32-49
  4.1 软件系统任务调度实现  32-36
    4.1.1 嵌入式80386 中断体系  32
    4.1.2 中断控制单元  32-33
    4.1.3 系统软件任务分配  33-36
  4.2 数据采集与滤波设计  36-40
    4.2.1 过采样AD 转换方式简介  36-37
    4.2.2 数据采集的软件实现  37-40
  4.3 工况分析与系统报警  40
  4.4 嵌入式系统网络通讯实现  40-45
    4.4.1 TCP/IP 通讯协议实现  40-42
    4.4.2 TCP/IP 通讯数据帧的实现  42-44
    4.4.3 数据通讯冗余校验的实现  44-45
    4.4.4 网络通讯数据传输实验  45
  4.5 数据备份存储设计  45-46
  4.6 系统校时模块的实现  46-48
  4.7 本章总结  48-49
第五章 管道压力信号奇异性的实时监测  49-59
  5.1 小波变换的提升实现  49-52
  5.2 提升小波变换在信号去噪中的应用  52-54
  5.3 提升小波变换在奇异点分析中的应用  54-55
  5.4 RTU 信号奇异性监测设计  55-58
  5.5 本章总结  58-59
第六章 总结与展望  59-61
  6.1 论文总结  59-60
  6.2 前景展望  60-61
参考文献  61-65
发表论文和参加科研情况说明  65-66
致谢  66

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 数据处理、数据处理系统
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