阴极保护的智能控制装置的研究

论文摘要

在工业现代化高速发展的今天,城市中人们对水、天然气的需求不断增加,导致地下钢结构管道日益增多,但这些金属管道易遭受腐蚀介质的侵蚀,因此,对地下金属构筑物的保护就越来越重要,而阴极保护技术是运用最广泛的方法之一。阴极保护是以某种方式在被保护金属构筑物上施以足够的阴极电流,通过阴极极化使金属电位负移,从而使腐蚀的金属阳极溶解速度大幅度减小,甚至完全停止,这样保护金属构筑物免遭腐蚀破坏。本课题是以地下管道阴极保护的现场为研究基础,采集被保护金属管道现场参比电位值,并对采集的大量数据进行理论分析,求出变化规律,利用模糊控制算法来实现智能控制,并根据参数的变化自动调节输出电流,使被保护金属现场电位值处于最佳值,最终达阴极保护的目的。本课题的主要创新点有以下四点:(1)以智能控制算法使被保护管道均达到最佳保护电位;(2)两级计算机的控制、管理系统。下位计算机主要由单片计算机组成,主要有两项任务。第一,测量被保护金属电极电位。第二,定时将输出电流和保护电位两个参数,通过无线网上传至上位计算机;(3)以脉冲式保护电源取代以往的直流式保护电源,脉冲电源是利用单片机来实现脉宽调制的功能并结合控制算法改变输出脉冲宽度(占空比)来改变阴极保护电位,并且,每个检测点都提供一主一备脉冲式保护电源,同时监控该电源的运行情况,异常报警并自动切换到备用电源以保证被保护管道的常年正常使用;(4)无线传送被保护管道的主要运行参数到上位机。上位机显示、存储主要运行参数。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 问题的提出
• 1.2 阴极保护简介
• 1.3 研究路线和方法
• 1.4 创新点及取得的主要成果
• 第二章 阴极保护的智能控制装置的总体设计方案
• 2.1 阴极保护的智能控制系统装置
• 2.2 控制部分系统结构图
• 第三章 控制系统硬件电路设计
• 3.1 参考电位AD 采集保护电路
• 3.2 电流AD 采集保护电路
• 3.3 温度采集电路
• 3.4 显示电路设计
• 3.5 主备脉冲电源切换电路
• 3.6 主脉冲电源故障报警电路
• 3.7 Mega16 与Mega8515 之间的SPI 通信
• 3.8 Mega8515 与无线模块的RS-232 通信
• 3.9 看门狗电路
• 3.10 硫酸铜参比电极
• 3.11 PWM（脉冲宽度可调）电源电路
• 第四章 无线传输系统设计
• 4.1 PC 机与单片机的串口通信
• 4.2 数据处理与显示系统
• 4.3 无收发模块主要芯片介绍
• 4.3.1 CC1020 主要引脚功能
• 4.3.2 内部结构与工作原理
• 4.3.3 CC1020 的性能及特点
• 4.4 无线收发系统原理与设计
• 4.4.1 系统组成
• 4.4.2 各部分工作原理
• 4.4.2.1 电源部分
• 4.4.2.2 接口电路
• 4.4.2.3 接收电路
• 4.4.2.4 发射电路
• 4.5 收发模块功能特点
• 第五章 控制系统装置的控制算法及软件设计
• 5.1 控制算法设计
• 5.1.1 模糊控制理论基础
• 5.1.1.1 模糊控制起源及理论基础
• 5.1.1.2 实现模糊控制的具体步骤
• 5.1.2 模糊控制器的设计
• 5.2 下位机控制部分软件设计
• 5.2.1 软件滤波
• 5.2.2 CRC 校验
• 5.2.3 软件控制流程图
• 5.3 上位机界面控制系统的设计
• 5.3.1 阴极保护监控显示数据系统
• 5.3.2 界面程序流程图及基本工作原理
• 5.3.3 下位机（单片机）与上位机的全双工串口通信
• 5.3.4 上位机串口全双工通信（VB 编程）
• 第六章 阴极保护控制系统的制作、调试与实验
• 6.1 系统制作
• 6.1.1 系统原理图
• 6.1.2 印刷电路板的设计
• 6.1.3 焊接元器件
• 6.2 系统调试
• 6.2.1 系统调试方法
• 6.2.2 硬件电路调试部分
• 6.2.2.1 电源硬件调试
• 6.2.2.2 控制部分硬件调试
• 6.2.2.3 无线发射部分的调试
• 6.2.3 软件调试部分
• 6.2.3.1 Mega16 单片机主控程序的调试
• 6.2.3.2 可编程脉冲电源控制程序的调试
• 6.2.3.3 上位机显示控制界面VB 程序的设计与调试
• 6.2.4 整机调试
• 6.2.4.1 整机调试——硬件和软件调试
• 6.2.4.2 调试结果分析
• 6.2.5 系统实验
• 第七章 总结与展望
• 7.1 工作总结
• 7.2 系统改进和工作展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢