基于超声波方法的一次风风速监测系统的研究

论文摘要

随着国家能源紧张和电力工业的迅猛发展,对电厂运行的自动化水平要求越来越高,同时亦对运行的安全性和经济性提出了更高的要求。在我国火力发电厂中,对于采用中间仓储式、热风送粉、四角布置直流燃烧器的煤粉锅炉要建立良好的炉内空气动力工况,燃烧稳定,就必须保持四角一次风配风均匀合理。因此一次风风速准确地、实时地监测直接影响到锅炉的燃烧状况,对指导锅炉的优化运行,保证安全具有重要的意义。论文在介绍了传统的一次风风速在线监测技术在测量中所存在的种种问题后,提出了基于超声波传感器的一次风风速在线监测的方法。通过对超声波测速基本原理的深入研究,提出了一种将改进后的时间差法和具有高精度检测波至点的相关算法相结合的方法。为了验证这种方法的正确性,设计了系统的软、硬件。基于柔性化电路设计思想采用了FPGA+DSP以提高系统硬件的可升级性及可扩展性,并采用工控组态软件MCGS开发了人机界面,完成了在线监测任务。经过实验测试对比,本系统相对传统动压测速系统有较高的精度,较好的实时性等优点,具有较高的应用价值。它可以帮助集控操作员随时了解锅炉一次风风速状况,以便在发生火焰中心偏斜等不良状况前及时采取相关措施,从而增强了机组运行的安全性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国内外研究现状概述
• 1.2.2 国内广泛应用的一次风风速在线监测技术研究
• 1.3 超声波测速技术发展概况及其特点
• 1.3.1 超声波测速技术发展概况
• 1.3.2 超声波测速技术的特点
• 1.4 本课题研究的主要内容
• 第2章 超声波一次风风速测量的理论研究
• 2.1 超声波测速的理论基础
• 2.1.1 时差法
• 2.1.2 多普勒法
• 2.1.3 相关法
• 2.1.4 波束偏移法
• 2.1.5 噪声法
• 2.2 超声波相关时差法测速的基本原理
• 2.2.1 改进时差法
• 2.2.2 超声波波至信号的处理方案
• 2.2.3 互相关检测原理
• 2.2.4 相关时差法的基本原理
• 第3章 超声波一次风速监测系统的硬件设计
• 3.1 系统硬件电路的总体设计
• 3.1.1 硬件电路设计所遵循的原则
• 3.1.2 硬件总体设计框架
• 3.2 超声波发射/接收模块
• 3.2.1 超声波换能器的选择
• 3.2.2 超声波发射驱动电路
• 3.2.3 超声波信号接收电路
• 3.2.4 超声波发射/接收转换电路
• 3.3 模拟信号调理模块
• 3.3.1 前置放大电路
• 3.3.2 滤波电路
• 3.3.3 主放大电路
• 3.4 多通道巡回切换模块
• 3.5 数字信号处理模块
• 3.5.1 A/D 转换电路
• 3.5.2 DSP 芯片
• 3.5.3 DSP 供电、保护电路
• 3.5.4 存储电路
• 3.6 FPGA 控制模块
• 3.6.1 FPGA 简介
• 3.6.2 EP1K30TC144-3 开发实验系统
• 3.6.3 EP1K30TC144-3 各引脚分配
• 3.7 上位机串行通讯模块
• 第4章 超声波一次风速监测系统的软件设计
• 4.1 系统软件的总体设计
• 4.2 初始化设计
• 4.3 数据采集设计
• 4.4 数据处理设计
• 4.4.1 基准信号获取的算法
• 4.4.2 互相关算法的实现
• 4.5 监测界面设计
• 4.5.1 MCGS 组态软件的整体结构
• 4.5.2 MCGS 组态软件五大组成部分
• 4.5.3 人机界面
• 第5章 实验结果与分析
• 5.1 模拟实验平台介绍
• 5.2 实验结果及分析
• 5.3 误差产生原因分析
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢