隨著我國“十三五”能源發(fā)展規(guī)劃的確定,作為傳統(tǒng)高耗能制造業(yè),鋼鐵工業(yè)迫切需要提高能源利用率,解決能源管理落后的問題。目前,我國大多中小型鋼鐵企業(yè)自動化水平還有待提高,對生產(chǎn)過程中的能源產(chǎn)耗情況無法形成全面的監(jiān)控和調(diào)度,造成能源浪費(fèi)甚至引發(fā)生產(chǎn)安全問題。本文以數(shù)據(jù)采集作為能源調(diào)度問題的切入點(diǎn),研究以WirelessHART為典型的工業(yè)無線傳感網(wǎng)絡(luò)在鋼鐵企業(yè)能源管理中的應(yīng)用,論文主要工作如下:首先介紹了WirelessHART協(xié)議棧結(jié)構(gòu),對信道跳頻、時(shí)分多址等關(guān)鍵技術(shù)做出了說明。設(shè)計(jì)了基于冗余路徑的路由算法和基于邊著色的鏈路調(diào)度算法,提高了無線通信的可靠性與實(shí)時(shí)性,并使用OPNET軟件對算法進(jìn)行了仿真驗(yàn)證;然后以三維無線感知模型為基礎(chǔ),使用粒子群算法在鋼鐵生產(chǎn)現(xiàn)場部署WirelessHART節(jié)點(diǎn),實(shí)現(xiàn)無線傳感網(wǎng)絡(luò)在監(jiān)測區(qū)域的覆蓋率優(yōu)化;其次綜合分析了鋼鐵生產(chǎn)中煤氣、蒸汽、電力子系統(tǒng)的能耗關(guān)系,建立了鋼鐵聯(lián)合調(diào)度目標(biāo)函數(shù)和約束條件,將鋼鐵能源優(yōu)化調(diào)度轉(zhuǎn)化為多目標(biāo)能源優(yōu)化問題,采用多目標(biāo)規(guī)劃法進(jìn)行了模型求解并通過實(shí)例驗(yàn)證了模型可行性;最后將工業(yè)無線傳感網(wǎng)絡(luò)與鋼鐵能源調(diào)度模型相結(jié)合,研究并開發(fā)了... 

【文章來源】：北方工業(yè)大學(xué)北京市

【文章頁數(shù)】：83 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

工業(yè)無線傳感網(wǎng)絡(luò)示意圖

第二章WirelessHART無線傳感網(wǎng)絡(luò)8第二章WirelessHART無線傳感網(wǎng)絡(luò)2.1工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.15.4[35]是短距離無線傳感網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，適用于智能家居、智慧醫(yī)療、智能交通等多個(gè)領(lǐng)域，在工業(yè)無線傳感網(wǎng)絡(luò)誕生之前，已經(jīng)出現(xiàn)ZigBee和Bluetooth[36]等無線通信標(biāo)準(zhǔn)，但是這些技術(shù)不能滿足工業(yè)應(yīng)用環(huán)境的嚴(yán)格要求。如圖2-1所示，根據(jù)協(xié)議棧標(biāo)準(zhǔn)的不同，工業(yè)無線傳感網(wǎng)絡(luò)被分為ISA100.11a、WIA-PA、WirelessHART三大國際標(biāo)準(zhǔn)。圖2-1工業(yè)無線傳感網(wǎng)絡(luò)示意圖(1)ISA100.11a國際自動化學(xué)會(ISA)自2005年以來一直致力于工業(yè)無線標(biāo)準(zhǔn)ISA100.11a[37]的開發(fā)，于2014年9月被IEC批準(zhǔn)為正式的國際標(biāo)準(zhǔn)IEC62734，成為第一個(gè)面向無線工業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。該協(xié)議明確工業(yè)無線設(shè)備包括傳感器、執(zhí)行器、手持設(shè)備等現(xiàn)場自動化設(shè)備，規(guī)范了與有線現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)的兼容性，核心技術(shù)包括精確時(shí)間同步、自適應(yīng)信道跳頻、確定性調(diào)度等。(2)WIA-PAWIA-PA[38]是中科院沈陽自動化所牽頭東北大學(xué)、浙江大學(xué)、北京科技大學(xué)等國內(nèi)多家科研單位制定的最新的工業(yè)無線通信標(biāo)準(zhǔn)，于2011年正式批準(zhǔn)為國際標(biāo)準(zhǔn)IEC62601。該協(xié)議旨在解決無線系統(tǒng)干擾信號多、功耗高等問題，對信道跳頻、TDMA/CSMA混合接入、自動重傳等技術(shù)進(jìn)行了深入研究。

第二章WirelessHART無線傳感網(wǎng)絡(luò)9(3)WirelessHARTWirelessHART由HART通信基金會于2007年9月發(fā)布，是過程工業(yè)無線通信標(biāo)準(zhǔn)。該網(wǎng)絡(luò)使用2.4GHz頻段，通過擴(kuò)頻技術(shù)(DSSS)和跳頻技術(shù)(FHSS)，保證網(wǎng)絡(luò)低延時(shí)、高可靠、低功耗通信。在HART基金會的不斷推下，WirelessHART得到了Emerson、Siemens、ABB、E+H[39]等世界主流自動化儀表廠商的支持，成為應(yīng)用最廣泛的工業(yè)無線協(xié)議。從當(dāng)前IWSN網(wǎng)絡(luò)的研究現(xiàn)狀看，WirelessHART協(xié)議經(jīng)過多年發(fā)展，與WIA-PA和ISA100.11a相比而言開發(fā)更加成熟，兼容的儀表廠商最多，基于工程設(shè)計(jì)需要，本文選用WirelessHART作為課題數(shù)據(jù)采集部分的研究基矗2.2WirelessHART協(xié)議棧結(jié)構(gòu)HART是用于傳感器高速通道遠(yuǎn)程尋址的開放式通信協(xié)議，于1986年引入智能儀表和控制器中，如圖2-2所示，作為一種模擬化到數(shù)字化的過渡協(xié)議，HART在不影響4-20mA模擬回路輸出的基礎(chǔ)上疊加了數(shù)字信號，可以實(shí)現(xiàn)儀表與監(jiān)控設(shè)備的雙向通訊。圖2-2工業(yè)無線傳感網(wǎng)絡(luò)示意圖WirelessHART協(xié)議在兼容HART設(shè)備基礎(chǔ)下，根據(jù)IWSN實(shí)際特點(diǎn)，取消了OSI(OpenSystemInterconnection)模型的表示層和會話層，設(shè)計(jì)了由物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、應(yīng)用層組成的的OSI五層結(jié)構(gòu)，如圖2-3所示。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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