一種微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于燃?xì)廨啓C(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]控制系統(tǒng)是燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的重要組成部分，其主要負(fù)責(zé)機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)、啟動(dòng)控制、發(fā)電控制、故障檢測(cè)、停機(jī)控制等。因此，控制系統(tǒng)不僅要有邏輯控制，還有復(fù)雜的過程控制、各種嚴(yán)格的保護(hù)控制等。
[0003]燃?xì)廨啓C(jī)啟動(dòng)控制與發(fā)電控制是機(jī)組運(yùn)行過程中的兩個(gè)重要環(huán)節(jié)，而這兩個(gè)環(huán)節(jié)控制的關(guān)鍵點(diǎn)是對(duì)燃料系統(tǒng)中的電磁閥控制。
[0004]在傳統(tǒng)的燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)中，通常采用常規(guī)PID控制方法對(duì)燃料電磁閥進(jìn)行控制。即工程人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值，先給定一個(gè)初始PID控制參數(shù)，之后根據(jù)目標(biāo)燃?xì)廨啓C(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，人工調(diào)整相應(yīng)的PID參數(shù)，將參數(shù)固化后，便可獲得對(duì)指定目標(biāo)機(jī)組較好的控制效果。但是，當(dāng)目標(biāo)機(jī)組更換或機(jī)組固有工作狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，需要重新調(diào)整控制參數(shù)。
[0005]此外，當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)組所接負(fù)載變化劇烈時(shí)，機(jī)組的工作狀態(tài)將發(fā)生較大變化，如轉(zhuǎn)速超速或熄火停機(jī)現(xiàn)象?？刂葡到y(tǒng)要能夠根據(jù)負(fù)載變化情況，實(shí)時(shí)調(diào)整燃料供應(yīng)量，使機(jī)組發(fā)電頻率快速、平穩(wěn)的恢復(fù)到正常范圍內(nèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)，該微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)根據(jù)機(jī)組環(huán)境溫度、排氣溫度、機(jī)組轉(zhuǎn)速、發(fā)電頻率等自行調(diào)整PID控制參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同目標(biāo)機(jī)組的冷轉(zhuǎn)、啟動(dòng)控制、發(fā)電控制、故障保護(hù)以及停車等控制，最終達(dá)到加快燃?xì)廨啓C(jī)組的啟動(dòng)速度，提高機(jī)組發(fā)電頻率穩(wěn)定性的目的。
[0007]本發(fā)明通過以下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)。
[0008]本發(fā)明提供的一種微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)，包括光耦輸入隔離模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、運(yùn)放電路模塊、頻率測(cè)量模塊、中央控制模塊、RS485電平轉(zhuǎn)換模塊、電磁閥驅(qū)動(dòng)模塊和固體繼電器開關(guān)模塊，控制電經(jīng)電壓轉(zhuǎn)換模塊和濾波模塊變壓和濾波后給控制系統(tǒng)供電；指令/開關(guān)信號(hào)通過光耦輸入隔離模塊與中央控制模塊的信號(hào)輸入端連接;溫度傳感器信號(hào)依次通過信號(hào)調(diào)理模塊和運(yùn)放電路模塊與中央控制模塊的信號(hào)輸入端連接;轉(zhuǎn)速/頻率信號(hào)通過頻率測(cè)量模塊與中央控制模塊的信號(hào)輸入端連接;所述中央控制模塊的輸出端通過電磁閥驅(qū)動(dòng)模塊控制電磁閥動(dòng)作;所述中央控制模塊的輸出端還通過固體繼電器開關(guān)模塊控制外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
[0009]所述電磁閥驅(qū)動(dòng)模塊采用PWM脈寬調(diào)制技術(shù)調(diào)節(jié)閥門的開度來控制供油量。
[0010]所述中央控制模塊通過RS485電平轉(zhuǎn)換模塊與控制臺(tái)通訊連接。
[0011]所述頻率測(cè)量模塊將轉(zhuǎn)速/頻率傳感器輸出的正弦波信號(hào)轉(zhuǎn)換成能被中央控制模塊識(shí)別的TTL脈沖信號(hào)。
[0012]所述中央控制模塊的控制芯片為Atmega640。
[0013]所述電磁閥驅(qū)動(dòng)模塊采用半橋驅(qū)動(dòng)電路。
[0014]所述頻率測(cè)量模塊輸入輸出端均接有能夠限幅的穩(wěn)壓二極管。
[0015]所述控制系統(tǒng)在機(jī)組啟動(dòng)運(yùn)行階段和發(fā)電運(yùn)行階段均采用模糊參數(shù)自整定PID控制方法進(jìn)行控制。
[0016]本發(fā)明的有益效果在于:該控制系統(tǒng)的集成化程度較高，相比于原有國(guó)外控制系統(tǒng)，其體積小、重量輕;采用光隔離模式，相對(duì)于電磁繼電器等機(jī)械式隔離元器件，光隔離元件具有體積小、響應(yīng)速度快、壽命長(zhǎng)、可靠性高等特點(diǎn)；采用模糊推理的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組運(yùn)行PID參數(shù)的在線自動(dòng)整定，并依此設(shè)計(jì)出用于該燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)控制與發(fā)電頻率控制的模糊參數(shù)自整定PID控制算法。該控制算法不依賴于燃?xì)廨啓C(jī)的模型，能夠根據(jù)環(huán)境溫度、排氣溫度、機(jī)組轉(zhuǎn)速、發(fā)電頻率等變量對(duì)機(jī)組運(yùn)行PID參數(shù)進(jìn)行在線自動(dòng)調(diào)整，從而達(dá)到對(duì)不同目標(biāo)機(jī)組自適應(yīng)控制的目的。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明的原理圖；
[0018]圖2是圖1控制系統(tǒng)的控制流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面進(jìn)一步描述本發(fā)明的技術(shù)方案，但要求保護(hù)的范圍并不局限于所述。
[0020]如圖1所示的一種微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)，包括光耦輸入隔離模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、運(yùn)放電路模塊、頻率測(cè)量模塊、中央控制模塊、RS485電平轉(zhuǎn)換模塊、電磁閥驅(qū)動(dòng)模塊和固體繼電器開關(guān)模塊，控制電經(jīng)電壓轉(zhuǎn)換模塊和濾波模塊變壓和濾波后給控制系統(tǒng)供電；指令/開關(guān)信號(hào)通過光耦輸入隔離模塊與中央控制模塊的信號(hào)輸入端連接;溫度傳感器信號(hào)依次通過信號(hào)調(diào)理模塊和運(yùn)放電路模塊與中央控制模塊的信號(hào)輸入端連接;轉(zhuǎn)速/頻率信號(hào)通過頻率測(cè)量模塊與中央控制模塊的信號(hào)輸入端連接;所述中央控制模塊的輸出端通過電磁閥驅(qū)動(dòng)模塊控制電磁閥動(dòng)作;所述中央控制模塊的輸出端還通過固體繼電器開關(guān)模塊控制外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)?？刂葡到y(tǒng)中有硬件看門狗模塊，其看門狗定時(shí)器溢出時(shí)間為1.6秒?？刂葡到y(tǒng)采用光耦輸入隔離模塊和固體繼電器開關(guān)模塊對(duì)輸入、輸出信號(hào)進(jìn)行電氣隔離。電壓轉(zhuǎn)換模塊與濾波模塊對(duì)直流電壓進(jìn)行變壓和濾波，且輸出電壓為+5V、+12V、± 15V，為中央控制模塊、信號(hào)調(diào)理模塊等供電。所述信號(hào)調(diào)理模塊主要對(duì)熱電阻、熱電偶等溫度傳感器的信號(hào)進(jìn)行變換、隔離、濾波等處理，使調(diào)理后的信號(hào)滿足中央控制模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的要求。
[0021]所述中央控制模塊由控制芯片、晶振、復(fù)位芯片、數(shù)據(jù)采集芯片、程序加載接口等器件組成，主要實(shí)現(xiàn)開關(guān)量信號(hào)檢測(cè)、數(shù)據(jù)采集與分析、機(jī)組冷轉(zhuǎn)控制、啟動(dòng)流程控制、模糊參數(shù)自整定PID控制、總線通訊等功能。所述中央控制模塊的控制芯片為Atmega640。所述中央控制模塊通過RS485電平轉(zhuǎn)換模塊與控制臺(tái)通訊連接。所述RS485電平轉(zhuǎn)換模塊能夠?qū)⑦h(yuǎn)程控制臺(tái)傳輸過來的RS485總線信號(hào)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，并提供給中央控制模塊處理。
[0022]所述電磁閥驅(qū)動(dòng)模塊采用HVM脈寬調(diào)制技術(shù)調(diào)節(jié)閥門的開度來控制供油量;所述電磁閥驅(qū)動(dòng)模塊采用半橋驅(qū)動(dòng)電路。
[0023]所述頻率測(cè)量模塊將轉(zhuǎn)速/頻率傳感器輸出的正弦波信號(hào)轉(zhuǎn)換成能被中央控制模塊識(shí)別的TTL脈沖信號(hào);所述頻率測(cè)量模塊輸入、輸出端均接有能夠限幅的穩(wěn)壓二極管。
[0024]所述控制系統(tǒng)在機(jī)組啟動(dòng)運(yùn)行階段和發(fā)電運(yùn)行階段均采用模糊參數(shù)自整定PID控制方法進(jìn)行控制。
[0025]本發(fā)明的控制系統(tǒng)在機(jī)組啟動(dòng)運(yùn)行階段，以排氣溫度To為控制目標(biāo)，當(dāng)實(shí)際排氣溫度T介于To±30°C之間時(shí)，以排氣溫度T和該溫度變化率△ T作為輸入變量，以機(jī)組燃料電磁閥開度Y作為輸出，進(jìn)行模糊PID控制；當(dāng)實(shí)際排氣溫度T在To±30°C區(qū)間之外時(shí)，燃料電磁閥開到最大或關(guān)閉。
[0026]本發(fā)明的控制系統(tǒng)在發(fā)電運(yùn)行階段，以發(fā)電機(jī)輸出頻率fQ為控制目標(biāo)，當(dāng)實(shí)際發(fā)電頻率f介于fQ( 1 ± 5% )區(qū)間時(shí)，以發(fā)電頻率f和該頻率變化率Λ f作為輸入變量，以機(jī)組燃料電磁閥開度Y作為輸出，進(jìn)行模糊PID控制；當(dāng)實(shí)際發(fā)電頻率在f ο (1 ± 5 % )區(qū)間之外時(shí)，燃料電磁閥開到最大或關(guān)閉。
[0027]本發(fā)明中，控制系統(tǒng)上電后，對(duì)發(fā)電機(jī)組的檢測(cè)與控制流程如圖2所示。
[0028]控制系統(tǒng)上電，進(jìn)行上電延時(shí)并系統(tǒng)初始化后，首先進(jìn)入系統(tǒng)自檢，若自檢合格則繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)程序，否則報(bào)警提示。
[0029]進(jìn)一步地，自檢合格后，首先獲取存儲(chǔ)在EEPR0M中的歷史故障信息，然后再進(jìn)行滑油溫度、排氣溫度、進(jìn)氣溫度、轉(zhuǎn)速測(cè)量以及實(shí)時(shí)故障檢測(cè)。
[0030]進(jìn)一步地，如果檢測(cè)發(fā)電機(jī)組當(dāng)前轉(zhuǎn)速為零且無故障信息，則允許機(jī)組啟動(dòng)指示燈亮。
[0031]進(jìn)一步地，控制器通過RS485電平轉(zhuǎn)換模塊將當(dāng)前溫度、轉(zhuǎn)速、故障信息發(fā)送到操控臺(tái)進(jìn)行更新顯示。
[0032]進(jìn)一步地，控制系統(tǒng)等待操控臺(tái)的冷轉(zhuǎn)、啟動(dòng)、查詢等指令，并以中斷方式響應(yīng)。
[0033]本發(fā)明的控制系統(tǒng)的集成化程度較高，相比于原有國(guó)外控制器，其體積小、重量輕;采用光隔離模式，相對(duì)于電磁繼電器等機(jī)械式隔離元器件，光隔離元件具有體積小、響應(yīng)速度快、壽命長(zhǎng)、可靠性高等特點(diǎn)；采用模糊推理的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組運(yùn)行PID參數(shù)的在線自動(dòng)整定，并依此設(shè)計(jì)出用于該燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)控制與發(fā)電頻率控制的模糊參數(shù)自整定PID控制算法。該控制算法不依賴于燃?xì)廨啓C(jī)的模型，能夠根據(jù)環(huán)境溫度、排氣溫度、機(jī)組轉(zhuǎn)速、發(fā)電頻率等變量對(duì)機(jī)組運(yùn)行PID參數(shù)進(jìn)行在線自動(dòng)調(diào)整。從而達(dá)到對(duì)不同目標(biāo)機(jī)組自適應(yīng)控制的目的。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)，包括光耦輸入隔離模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、運(yùn)放電路模塊、頻率測(cè)量模塊、中央控制模塊、RS485電平轉(zhuǎn)換模塊、電磁閥驅(qū)動(dòng)模塊和固體繼電器開關(guān)模塊，控制電經(jīng)電壓轉(zhuǎn)換模塊和濾波模塊變壓和濾波后給控制系統(tǒng)供電，其特征在于:指令/開關(guān)信號(hào)通過光耦輸入隔離模塊與中央控制模塊的信號(hào)輸入端連接;溫度傳感器信號(hào)依次通過信號(hào)調(diào)理模塊和運(yùn)放電路模塊與中央控制模塊的信號(hào)輸入端連接;轉(zhuǎn)速/頻率信號(hào)通過頻率測(cè)量模塊與中央控制模塊的信號(hào)輸入端連接;所述中央控制模塊的輸出端通過電磁閥驅(qū)動(dòng)模塊控制電磁閥動(dòng)作;所述中央控制模塊的輸出端還通過固體繼電器開關(guān)模塊控制外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)。2.如權(quán)利要求1所述的微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)，其特征在于:所述電磁閥驅(qū)動(dòng)模塊采用PWM脈寬調(diào)制技術(shù)調(diào)節(jié)閥門的開度來控制供油量。3.如權(quán)利要求1所述的微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)，其特征在于:所述中央控制模塊通過RS485電平轉(zhuǎn)換模塊與控制臺(tái)通訊連接。4.如權(quán)利要求1所述的微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)，其特征在于:所述頻率測(cè)量模塊將轉(zhuǎn)速/頻率傳感器輸出的正弦波信號(hào)轉(zhuǎn)換成能被中央控制模塊識(shí)別的TTL脈沖信號(hào)。5.如權(quán)利要求1所述的微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)，其特征在于:所述中央控制模塊的控制芯片為Atmega640。6.如權(quán)利要求1?5中任一所述的微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)，其特征在于:所述電磁閥驅(qū)動(dòng)模塊采用半橋驅(qū)動(dòng)電路。7.如權(quán)利要求1?5中任一所述的微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)，其特征在于:所述頻率測(cè)量模塊輸入輸出端均接有能夠限幅的穩(wěn)壓二極管。8.如權(quán)利要求1?5中任一所述的微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)，其特征在于:所述控制系統(tǒng)在機(jī)組啟動(dòng)運(yùn)行階段和發(fā)電運(yùn)行階段均采用模糊參數(shù)自整定PID控制方法進(jìn)行控制。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)，控制電經(jīng)電壓轉(zhuǎn)換模塊和濾波模塊變壓和濾波后給控制系統(tǒng)供電；指令/開關(guān)信號(hào)通過光耦輸入隔離模塊與中央控制模塊的信號(hào)輸入端連接；溫度傳感器信號(hào)依次通過信號(hào)調(diào)理模塊和運(yùn)放電路模塊與中央控制模塊的信號(hào)輸入端連接；轉(zhuǎn)速/頻率信號(hào)通過頻率測(cè)量模塊與中央控制模塊的信號(hào)輸入端連接；所述中央控制模塊的輸出端通過電磁閥驅(qū)動(dòng)模塊控制電磁閥動(dòng)作。采用模糊推理的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組運(yùn)行PID參數(shù)的在線自動(dòng)整定，并依此設(shè)計(jì)出用于該燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)控制與發(fā)電頻率控制的模糊參數(shù)自整定PID控制算法，從而達(dá)到對(duì)不同目標(biāo)機(jī)組自適應(yīng)控制的目的。
【IPC分類】F02C9/48
【公開號(hào)】CN105422288
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510936991
【發(fā)明人】楊秀濤, 孔令濤, 周振
【申請(qǐng)人】貴州航天電器股份有限公司
【公開日】2016年3月23日
【申請(qǐng)日】2015年12月15日