燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)采用插件板結(jié)構(gòu)，包括主通道和從通道，主通道包括二次電源、單片機(jī)、光耦輸入隔離電路、光伏繼電器輸出隔離電路、數(shù)據(jù)采集電路、電磁閥驅(qū)動(dòng)電路；從通道采用時(shí)序邏輯電路實(shí)現(xiàn)控制功能。本發(fā)明通過(guò)接收外部指令，完成發(fā)電機(jī)冷啟動(dòng)、假啟動(dòng)、工序啟動(dòng)和程序啟動(dòng)程序，工作中監(jiān)測(cè)發(fā)電機(jī)組進(jìn)氣溫度、排氣溫度、滑油壓力及轉(zhuǎn)速等三十余項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)，完成二十余項(xiàng)故障保護(hù)及報(bào)警功能，并將排氣溫度、轉(zhuǎn)速及故障等信息傳至顯示控制裝置，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能。
【專利說(shuō)明】燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種中頻同步發(fā)電機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，尤其涉及一種燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)，屬于中頻(400Hz )發(fā)電領(lǐng)域，適用發(fā)電頻率為400Hz。
【背景技術(shù)】
[0002]中頻發(fā)電機(jī)組以其體積小、重量輕等優(yōu)勢(shì)在國(guó)內(nèi)主要應(yīng)用于飛機(jī)及地面設(shè)備。主要來(lái)源是進(jìn)口裝備配套，存在采購(gòu)渠道窄、售后保障困難、質(zhì)量大、體積大、功能不完善等問(wèn)題。國(guó)內(nèi)目前尚無(wú)成熟產(chǎn)品上市，只有部分在研產(chǎn)品，在研產(chǎn)品普遍存在兼容性差、實(shí)時(shí)性差、可靠性不高、電路集成度不高、結(jié)構(gòu)松散、體積大、質(zhì)量大等問(wèn)題。而目前，國(guó)內(nèi)在這方面的應(yīng)用需求范圍在逐步擴(kuò)大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，提供了一種集多種啟動(dòng)程序控制、發(fā)電機(jī)運(yùn)行監(jiān)測(cè)與保護(hù)的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有技術(shù)中中頻發(fā)電機(jī)啟動(dòng)可靠性和發(fā)電質(zhì)量穩(wěn)定性差的問(wèn)題。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
系統(tǒng)采用插件板結(jié)構(gòu)，包括主通道和從通道，主通道包括二次電源、單片機(jī)、光耦輸入隔離電路、光伏繼電器輸出隔離電路、數(shù)據(jù)采集電路、電磁閥驅(qū)動(dòng)電路；二次電源、光耦輸入隔離電路及數(shù)據(jù)采集電路的輸出端與單片機(jī)輸入端相連；單片機(jī)輸出端連接光伏繼電器輸出隔離電路和電磁閥驅(qū)動(dòng)電路；信號(hào)調(diào)理電路輸出端連接數(shù)據(jù)采集電路輸入端；從通道采用時(shí)序邏輯電路實(shí)現(xiàn)控制功能。
[0005]所述的二次電源的電`源入口端并接穩(wěn)壓二極管，同時(shí)反向接整流二極管。
[0006]所述的光耦輸入隔離電路接收開關(guān)量信號(hào)I一開關(guān)量信息η。
[0007]所述的信號(hào)調(diào)理電路接收溫度信號(hào)和轉(zhuǎn)速信號(hào)，溫度信號(hào)測(cè)量時(shí)，設(shè)置參考電壓為恒流源電路提供參考電壓，穩(wěn)壓二極管保護(hù)電流輸出端壓降小于一定值；轉(zhuǎn)速信號(hào)的輸出端并接穩(wěn)壓管。
[0008]所述的單片機(jī)上連接有晶振。
[0009]所述的光伏繼電器輸出隔離電路輸出端連接繼電器。
[0010]所述的電磁閥驅(qū)動(dòng)電路輸出端連接電磁閥，電磁閥驅(qū)動(dòng)電路中電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片與電液伺服閥連接的部分設(shè)置TVS 二極管。
[0011]所述的從通道包括二次電源、輸入模塊、輸出模塊及邏輯控制模塊，二次電源給輸入模塊、輸出模塊及邏輯控制模塊提供電源；輸入模塊、邏輯控制模塊及輸出模塊依次連接。
[0012]所述的輸入模塊接受開關(guān)量信號(hào)I一開關(guān)量信息η。
[0013]所述的輸出模塊輸出開關(guān)量信號(hào)I一開關(guān)量信息η。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)效果如下: 1、采用無(wú)共因失效設(shè)計(jì)方案對(duì)核心功能實(shí)現(xiàn)備份，增加發(fā)電機(jī)的可靠性。
[0015]2、電路集成度更高，有效減小了產(chǎn)品的體積和質(zhì)量。
[0016]3、增加了部分內(nèi)部參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能，能夠更準(zhǔn)確的了解發(fā)電機(jī)組的內(nèi)部狀態(tài)，有利于操作人員更合理的制定后續(xù)工作計(jì)劃。
[0017]4、采用插件板結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)板級(jí)替換和組合級(jí)替換，方便維修和維護(hù)。
[0018]5、二次電源部分，在電源入口端并接一只穩(wěn)壓二極管，防止電壓波動(dòng)損傷內(nèi)部電路，同時(shí)反向接一只大功率整流二極管，防止在使用時(shí)將電源接反，造成電路損壞；輸入與輸出信號(hào)間進(jìn)行光耦隔離，誤操作也不會(huì)造成對(duì)產(chǎn)品的損壞。
[0019]6、信號(hào)輸入采用光耦隔離將高電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為低電壓信號(hào)送單片機(jī)端口處理，信號(hào)輸出則是通過(guò)單片機(jī)產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)過(guò)光伏繼電器將低電壓開關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)換為高電壓通斷控制信號(hào)。
[0020]7、溫度測(cè)量時(shí)設(shè)置一個(gè)參考電壓為恒流源電路提供參考電壓，穩(wěn)壓二極管保護(hù)電流輸出端壓降小于一定值，防止熱電阻產(chǎn)生過(guò)流損壞和電壓測(cè)量電路過(guò)壓損壞。
[0021]8、轉(zhuǎn)速測(cè)量時(shí)在轉(zhuǎn)速信號(hào)的輸出端，并接穩(wěn)壓管，防止過(guò)壓損壞單片機(jī)。
[0022]9、電磁閥驅(qū)動(dòng)電路部分，電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片與電液伺服閥連接的部分增加了 TVS 二極管用于抑制電液伺服閥在工作過(guò)程中出現(xiàn)的瞬態(tài)過(guò)沖電壓。
[0023]10、本發(fā)明所有高電壓輸出端口加二極管進(jìn)行反向隔離，防止外部電信號(hào)對(duì)控制組合輸出信號(hào)的影響。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1為本發(fā)明主通道結(jié)構(gòu)示意框圖。
[0025]圖2為本發(fā)明從通道結(jié)構(gòu)示意框圖。
[0026]圖3為本發(fā)明啟動(dòng)曲線示意圖。
[0027]圖4是機(jī)組在100%負(fù)載突加時(shí)的機(jī)組發(fā)電頻率瞬態(tài)響應(yīng)曲線示意圖。
[0028]圖5是機(jī)組在100%負(fù)載突減時(shí)的機(jī)組發(fā)電頻率瞬態(tài)響應(yīng)曲線示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]本發(fā)明參照附圖，結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)行詳細(xì)描述如下。
實(shí)施例
[0030]如圖1-2所示，系統(tǒng)采用插件板結(jié)構(gòu)，包括主通道和從通道，主通道包括二次電源、單片機(jī)、光耦輸入隔離電路、光伏繼電器輸出隔離電路、數(shù)據(jù)采集電路、電磁閥驅(qū)動(dòng)電路；二次電源、光耦輸入隔離電路及數(shù)據(jù)采集電路的輸出端與單片機(jī)輸入端相連；單片機(jī)輸出端連接光伏繼電器輸出隔離電路和電磁閥驅(qū)動(dòng)電路；信號(hào)調(diào)理電路輸出端連接數(shù)據(jù)采集電路輸入端；光耦輸入隔離電路接收開關(guān)量信號(hào)I一開關(guān)量信息η ;信號(hào)調(diào)理電路接收溫度信號(hào)和轉(zhuǎn)速信號(hào)，溫度信號(hào)測(cè)量時(shí)，設(shè)置參考電壓為恒流源電路提供參考電壓，穩(wěn)壓二極管保護(hù)電流輸出端壓降小于一定值；轉(zhuǎn)速信號(hào)的輸出端并接穩(wěn)壓管；光伏繼電器輸出隔離電路輸出端連接繼電器；所述的電磁閥驅(qū)動(dòng)電路輸出端連接電磁閥，電磁閥驅(qū)動(dòng)電路中電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片與電液伺服閥連接的部分設(shè)置TVS 二極管。[0031]從通道采用時(shí)序邏輯電路實(shí)現(xiàn)控制功能；從通道包括二次電源、輸入模塊、輸出模塊及邏輯控制模塊，二次電源給輸入模塊、輸出模塊及邏輯控制模塊提供電源；輸入模塊、邏輯控制模塊及輸出模塊依次連接；所述的輸入模塊接受開關(guān)量信號(hào)I一開關(guān)量信息η ;所述的輸出模塊輸出開關(guān)量信號(hào)I一開關(guān)量信息η。
[0032]所述的單片機(jī)上連接有晶振。
[0033]本發(fā)明采用了無(wú)共因失效冗余備份設(shè)計(jì)方案，計(jì)算機(jī)為主控制，時(shí)序電路為備份控制。兩部分控制電路原理完全不同，可完全獨(dú)立工作，互不影響，也可同時(shí)工作。同時(shí)工作時(shí)，時(shí)序電路控制實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)算機(jī)控制的熱備份，完成發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)、運(yùn)行的基本功能控制，有效提高了系統(tǒng)的可靠性。
[0034]所述的二次電源為控制模塊提供工作電源；主控制模塊由單片機(jī)和晶振、復(fù)位電路等外圍電路組成，實(shí)現(xiàn)主通道的控制功能，完成多種啟動(dòng)程序和二十余種故障檢測(cè)和保護(hù)功能；輸入輸出部分經(jīng)過(guò)隔離處理實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換；數(shù)據(jù)采集模塊對(duì)溫度和轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行采集，送主控制模塊進(jìn)行處理，作為程序判斷的依據(jù)；電液伺服閥調(diào)理電路對(duì)燃油供油量進(jìn)行調(diào)節(jié)，以達(dá)到產(chǎn)生合格電能的目的。
[0035]從通道采用時(shí)序邏輯電路實(shí)現(xiàn)控制功能，完成主通道故障情況下的各種啟動(dòng)程序。
[0036]二次電源在電源入口端并接一只穩(wěn)壓二極管，防止電壓波動(dòng)損傷內(nèi)部電路，同時(shí)反向接一只大功率整流二極管，防止在使用時(shí)將電源接反，造成電路損壞；輸入與輸出信號(hào)間進(jìn)行光耦隔離，誤操作也不會(huì)造成對(duì)產(chǎn)品的損壞。
[0037]信號(hào)輸入采用光耦隔離將高電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為低電壓信號(hào)送單片機(jī)端口處理，信號(hào)輸出則是通過(guò)單片機(jī)產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)過(guò)光伏繼電器將低電壓開關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)換為高電壓通斷控制信號(hào)。
[0038]溫度測(cè)量時(shí)設(shè)置一個(gè)參考電壓為恒流源電路提供參考電壓，穩(wěn)壓二極管保護(hù)電流輸出端壓降小于一定值，防止熱電阻產(chǎn)生過(guò)流損壞和電壓測(cè)量電路過(guò)壓損壞。
[0039]轉(zhuǎn)速測(cè)量時(shí)在轉(zhuǎn)速信號(hào)的輸出端，并接穩(wěn)壓管，防止過(guò)壓損壞單片機(jī)。
[0040]電磁閥驅(qū)動(dòng)電路部分，電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片與電液伺服閥連接的部分增加了 TVS 二極管用于抑制電液伺服閥在工作過(guò)程中出現(xiàn)的瞬態(tài)過(guò)沖電壓。
[0041]本發(fā)明所有高電壓輸出端口加二極管進(jìn)行反向隔離，防止外部電信號(hào)對(duì)控制組合輸出信號(hào)的影響。
[0042]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的發(fā)電機(jī)的指標(biāo)參數(shù)如下。
[0043]1、啟動(dòng)控制
在啟動(dòng)階段，控制系統(tǒng)主要根據(jù)轉(zhuǎn)速和排氣溫度，對(duì)啟動(dòng)電機(jī)、電加熱器、注油泵、電磁閥等執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，使指令輸出與指令撤銷的時(shí)間點(diǎn)滿足要求，保證機(jī)組能正常啟動(dòng)。啟動(dòng)過(guò)程的指令加載情況可間接通過(guò)監(jiān)測(cè)啟動(dòng)電壓來(lái)觀察，啟動(dòng)曲線如圖3所示，圖中橫坐標(biāo)為時(shí)間點(diǎn)，縱坐標(biāo)為啟動(dòng)電壓。
[0044]通過(guò)觀察圖中啟動(dòng)電壓的轉(zhuǎn)折點(diǎn)時(shí)刻，可判斷發(fā)電機(jī)控制信號(hào)輸出情況。如在開始啟動(dòng)時(shí)刻，發(fā)電機(jī)接通啟動(dòng)電機(jī)，此時(shí)啟動(dòng)電壓降低；在5s時(shí)刻機(jī)組解除限流電阻,啟動(dòng)電壓緩慢上升；在Hs時(shí)刻，發(fā)電機(jī)接通啟動(dòng)電機(jī)勵(lì)磁；在26s時(shí)刻，發(fā)電機(jī)斷開啟動(dòng)電機(jī)、電機(jī)勵(lì)磁,此時(shí)啟動(dòng)電壓恢復(fù)。從啟動(dòng)電壓監(jiān)測(cè)曲線看出，本發(fā)明能夠?qū)Πl(fā)電機(jī)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)打順序控制，完成發(fā)電機(jī)啟動(dòng)。
[0045]2、變負(fù)載工況
實(shí)際使用中，發(fā)電機(jī)負(fù)載情況會(huì)根據(jù)需要不定時(shí)變動(dòng)，但要求發(fā)電機(jī)輸出的交流電電壓和頻率保持基本不變，這就要求本發(fā)明在負(fù)載突變狀態(tài)下能夠?qū)Πl(fā)電機(jī)輸出進(jìn)行快速矯正和恢復(fù)，以維持輸出交流電狀態(tài)的相對(duì)穩(wěn)定。
[0046]試驗(yàn)所使用的發(fā)電機(jī)組額定功率為75KW，輸出電壓為交流220V/400HZ。圖4和圖5是機(jī)組在100%負(fù)載突加和100%負(fù)載突減時(shí)的機(jī)組發(fā)電頻率瞬態(tài)響應(yīng)曲線。
[0047]從圖中可以看出，當(dāng)發(fā)電機(jī)負(fù)載突加100%或突減100%時(shí)，燃機(jī)的轉(zhuǎn)速會(huì)有小幅波動(dòng)，從而導(dǎo)致機(jī)組發(fā)電頻率有所下滑或上升(但仍然在400±8Hz穩(wěn)態(tài)區(qū)間內(nèi))。此時(shí)控制系統(tǒng)根據(jù)轉(zhuǎn)速偏差，對(duì)發(fā)電機(jī)電液伺服閥進(jìn)行快速調(diào)整，減少或增加系統(tǒng)供油量，讓燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)速平穩(wěn)、快速恢復(fù)，使發(fā)電頻率恢復(fù)到400Hz附近。從發(fā)電機(jī)發(fā)電頻率瞬態(tài)響應(yīng)曲線可以看出，控制系統(tǒng)的頻率波動(dòng)在允許范圍內(nèi)，控制效果較為理想。
[0048]本系統(tǒng)通過(guò)接收外部指令，完成發(fā)電機(jī)冷啟動(dòng)、假啟動(dòng)、工序啟動(dòng)和程序啟動(dòng)程序，工作中監(jiān)測(cè)發(fā)電機(jī)組進(jìn)氣溫度、排氣溫度、滑油壓力及轉(zhuǎn)速等三十余項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)，完成二十余項(xiàng)故障保護(hù)及報(bào)警功能，并將排氣溫度、轉(zhuǎn)速及故障等信息傳至顯示控制裝置，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能。
[0049]本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求為準(zhǔn)，不受具體實(shí)施例所限制。
【權(quán)利要求】
1.燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于系統(tǒng)采用插件板結(jié)構(gòu)，包括主通道和從通道，主通道包括二次電源、單片機(jī)、光耦輸入隔離電路、光伏繼電器輸出隔離電路、數(shù)據(jù)采集電路、電磁閥驅(qū)動(dòng)電路；二次電源、光耦輸入隔離電路及數(shù)據(jù)采集電路的輸出端與單片機(jī)輸入端相連；單片機(jī)輸出端連接光伏繼電器輸出隔離電路和電磁閥驅(qū)動(dòng)電路；信號(hào)調(diào)理電路輸出端連接數(shù)據(jù)采集電路輸入端；從通道采用時(shí)序邏輯電路實(shí)現(xiàn)控制功能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于所述的二次電源的電源入口端并接穩(wěn)壓二極管，同時(shí)反向接整流二極管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于所述的光耦輸入隔離電路接收開關(guān)量信號(hào)I一開關(guān)量信息η。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于所述的信號(hào)調(diào)理電路接收溫度信號(hào)和轉(zhuǎn)速信號(hào)，溫度信號(hào)測(cè)量時(shí)，設(shè)置參考電壓為恒流源電路提供參考電壓，穩(wěn)壓二極管保護(hù)電流輸出端壓降小于一定值；轉(zhuǎn)速信號(hào)的輸出端并接穩(wěn)壓管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于所述的單片機(jī)上連接有晶振。
6.根據(jù)權(quán)利要 求1所述的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于所述的光伏繼電器輸出隔離電路輸出端連接繼電器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于所述的電磁閥驅(qū)動(dòng)電路輸出端連接電磁閥，電磁閥驅(qū)動(dòng)電路中電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片與電液伺服閥連接的部分設(shè)置TVS 二極管。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于所述的從通道包括二次電源、輸入模塊、輸出模塊及邏輯控制模塊，二次電源給輸入模塊、輸出模塊及邏輯控制模塊提供電源；輸入模塊、邏輯控制模塊及輸出模塊依次連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于所述的輸入模塊接受開關(guān)量信號(hào)I一開關(guān)量信息η。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于所述的輸出模塊輸出開關(guān)量信號(hào)I一開關(guān)量信息η。
【文檔編號(hào)】F02C9/00GK103603726SQ201310649490
【公開日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年12月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月6日
【發(fā)明者】盧爽, 管鵬, 王寶新, 陳海軍 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)航天新光集團(tuán)有限公司