柴油发电机组的自动控制系统

维普资讯 http://www.cqvip.com 机电工程２ＯＯ２年第ｌ９卷第５期　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ＆Ｅｌｃｅｔｒｉｃｌａ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｍａｇａｚｉｎｅ　Ｖｏ１．１９　Ｎｏ．５　２００２　。９’　柴油发电机组的自动控制系统　吴根忠　，谢庆伟　，潘东浩　（１．浙江工业大学信息学院，杭州３１００１４；２．浙江省机电设计研究院，杭州３１（ＩＯ９９）　摘　要：介绍的控制系统通过自动检测电网的频率和电压，能在电网断电时，自动启动柴油发电机　组供电给负载，并能自动监控柴油机组的运行状况。系统中的励磁调节器能使柴油发电机组的输　出电压保持恒定。该系统还具有ＲＳ２３２口，能与上微机通讯，实现远程监控。　关键词：自动控制系统；单片机；柴油发电机组　中图分类号：ＴＭ３１４；ＴＰ２７３　．５　文献标识码：Ａ　文章编号：１００１—４５５１（２００２）０５一ＯＯＯ９—０４　ｒＩ１ｌｅ　Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　Ｄｉｅｓｅｌ　Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　ｗｕ　Ｇｅｎ－ｚｈｏｎｇ　，ＸＩＥ　Ｑｉｎｇ－ｗｅｉ２，ＰＡＮ　Ｄｏｎｇ－ｈａｏ２　（１．Ｚｈｅｊｉａｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ　３１００１４；　２．Ｚｈｅｊｉａｎｇ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｆＭｅｏｃｈａｎｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃｌ　ａＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ　３１０００２）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｙ　ｔｅｓｔ　ｔｈｅ　ｆｒｅｑｕｅｎｔ　ａｎｄ　ｖｏｌｔａｇｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄ，ｔｈｉｓ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓ￣ｔｅｍ　ｃａｎ　ｓｔａｒｔ　ｔｈｅ　ｄｉｅｓｅｌ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　ａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙ　ｗｈｅｎ　ｈｅ　ｇｒｔｉｄ　ｉｓ　ｏｆｆ．Ｔｈｉｓ　ｓ￣ｔｅｍ　Ｃａｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｔｈｅ　ｓｔａｔｅ　ｏｆ　ｉｅｓｄｅｌ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ．Ｔｈｅ　ｒｅｇｕｌａｔｏｒ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｙ￣ｅｍ　Ｃａｎ　ｓｔａｂｉｌｉｚｅ　ｔｈｅ　ｏｕｔｐｕｔ　ｖｏｌｔａｇｅ　ｏｆ　ｇｅｎｅｒａ—　ｔｏｒ．Ｉｔ　Ｃａｌｌ　ａｌｓｏ　ｂｅ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　ｂｙ　ｒｅｍｏｔｅ　ＰＣ　ｙ　ＲＳ２３２．ｂ　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ；ｍｉｃｒｏ－ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ；ｄｉｅｓｅｌ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　随着自动化程度的提高，通讯系统的许多差转台　指令，且具有内部上电复位电路、内部掉电锁定电路　和看门狗计时器，极大地提高了系统的可靠性。　１运行状态　１．１　电网供电　和部分电力系统设施都实现了无人值班运行。为保　证设备的正常运行，首先必须保证设备的正常供电。　柴油发电机组的自动控制系统，能实现以下的功能：　当电网正常时，仪器设备由电网供电；当电网不正常　时，立刻起动柴油发电机组，由柴油发电机组供电；当　电网恢复正常后，恢复电网供电，并关闭柴油机组。　该系统还能与上微机进行通讯，实现远程监控。　由于该系统中需同时测量电网、柴油机的频率　在电网供电时，需要检测电压、电流、频率等参　数，电压的取样电路，如图１所示，电压信号经全桥　整流、放大后转换为直流信号送到单片机的Ａ／Ｄ　口，电流的取样电路类似。频率信号同样从电压互　感器取得，转换为方波信号后送到单片机的捕捉端　口（ＣＣＰ１），如图２所示。当检测到的电网电压、频　量，电压、电流和蓄电池的电压等的模拟量，还要实　现控制板与显示板、控制板与微机的通讯，而　率值都在正常范围内时，由电网供电；当超过设定的　上限或下限时，即判定为电网供电不正常，并立即启　动柴油机，进入柴油机启动状态。　１．２柴油机启动　ＰＩＣ１６Ｃ７４单片机中的３个定时器（计数器）ＴＭＲ０、　ＴＭＲ１、ＴＭＲ２可用于实现定时，２个捕捉／比较／脉宽　调制端口用于频率测量，片内的Ａ／Ｄ口用于测量电　压、电流等模拟量，同步串行口可用于控制板与显示　板的通讯，异步串行通讯口（ＳＣＩ）可实现控制板与微　机的通讯，因此在该系统中选用了ＰＩＣ１６Ｃ７４单片机　在柴油机起动过程中，不仅要检测柴油发电机　组的电压、电流、频率和柴油机的油压，还需判断柴　油机是否起动成功。由于柴油机启动过程中对信号　的干扰较大，电量参数的测量及是否成功起动的判　别，是该控制系统的核心之一。由于柴油发电机组　作为控制系统的核心，使得控制系统硬件变得较为　简单。同时因为ＰＩＣ系列单片机的指令均为单字节　收稿日期：２ＯＯ２—０８—１０　作者简介：吴根忠（１９６５一），男，浙江上虞人，工学硕士，浙江工业大学信息学院副教授，基础实验室主任，主要研究方向：机电智能控制。　维普资讯 http://www.cqvip.com Ｍｅｅｈａｎｉｃａｌ＆Ｅｌｅｅｔｒｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉ“ｇ　Ｍａｇａｚｉｎｅ　Ｖｏ１．１９　Ｎｏ．５　２００２　机电工程２０Ｏ２年第１９卷第５期　机在刚开始起动时，输出的电压较低，因此在起动过　程中，不以电压作为是否起动成功的标志，而以频率　和柴油机油压作为标志。在起动过程中检测到柴油　机的油压为高，或检测到频率在一段时间内连续上　升，才认为起动成功。为提高系统的可靠性，允许柴　油机连续起动３次，每次起动时间约３ｓ，间隔２ｓ。　输入（交流）　世　哥一Ｃｌ　ｌ［Ｂ２　　＝ｌ亍＝　２　ＩＣ１Ｂ　输出（直流）　接电压互感器　Ｒ３￣ＣＣＰｌ　Ｌｊ　Ｒｌ　＝＝｝’————＿＿．　频率信号＝　上频率信号　输入（方波）　输出（方波）　图２频率取样电路　如果３次起动均未成功，则禁止柴油机起动并　报错。考虑到蓄电池电压低时，也可能使柴油机起　动失败，因此在起动过程中，若检测到蓄电池电压　低，则通过蜂鸣器蜂鸣提示。而当电网恢复正常后，　蓄电池会被充电，此时允许再次起动柴油机。如果　柴油机启动成功，则进入柴油发电机组供电状态。　１．３柴油发电机组供电　在柴油发电机组供电时，同样要检测柴油发电　机组的电压、电流和柴油机的油压。在正常运行时，　当检测到的电压、频率超过设定的上下限（负载）时，　即切断负载，柴油发电机组处于空载运行状态；在空　载时，如果检测到的电压、频率又超过设定的上下限　（空载）时，即认为柴油机故障，停机报错。不论是在　空载还是负载，只要检测到柴油机的油压为低，即认　为柴油机工作不正常，停机报错。　该系统中还具有一个励磁调节装置，它能实现　柴油发电机组的低频保护，当系统供电的频率较低　时起到保护作用，同时通过电压和电流的矢量合成　及ＰＩＤ调节，能恒定柴油机组的输出电压，即使当负　载有较大变化时也能使输出电压的变化小于１％，　保证负载（设备）的正常运行。　考虑到电网有时会有短暂供电的情况出现，为　避免设备供电的经常切换，在此状态下，如果电网恢　复正常，则延时几秒后才切换至电网运行状态，然后　再延时几分钟，才停止柴油机运行。这样就能保证　只有在电网确实已恢复正常后，才切换至电网供电，　同时也避免柴油机的频繁启动。　２系统操作　为便于操作，系统设置了“试验”、“参数显示”、　“错误显示”３个按钮。　在柴油机未工作时，按下“试验”按钮，就能立刻　起动柴油机，以检查柴油机是否能正常工作。启动　柴油机后，就能查看柴油发电机组和蓄电池电压等　有关电参数；按下“参数显示”按钮，能查看电网及柴　油发电机组的电压、频率、电流和蓄电池电压等参　数；按下“错误显示”按钮，能查看近期出现过的故　障，如柴油机３次起动失败、电网或柴油发电机组电　压过高或过低、柴油机无油压、频率过低等。　若长时间未按键，显示部分自动切换为轮流显　示状态：在电网供电时依次显示电网的电压、频率、　电流；在柴油机供电时依次显示柴油发电机组的电　压、频率、电流。　３系统硬件　为提高系统的可靠性，控制系统把控制和显示　设计为相对独立的两部分，相互之间通过通讯传送　数据。这样，可以根据实际情况把控制部分安装在　合适的位置，使其受到的干扰最小，而显示部分则可　以安装在便于观察的位置。　控制部分的输入信号包括：电网的电压、频率；　柴油发电机组电压、频率；负载电流；蓄电池电压和　“试验”按钮。输出信号均通过小型继电器触点输　出，包括：电网并网信号、柴油发电机组并网信号、柴　油机起动信号、柴油机停机信号。控制板的线路图，　如图３所示。　显示部分的输入信号有：“参数显示”按钮、“错　误显示”按钮；无输出信号。　为防止在电网或柴油机供电时，因电压低而不　能使接触器可靠工作，在本控制系统中采用了ＨＴ１　型双投式自动转换开关，它实际上是一种具有一组　转换触点的空气开关。这样，只要在切换时电压是　正常的，就能保证转换开关可靠工作。　系统还提供了与微机通讯的标准ＲＳ２３２口，只　要在微机上运行相应的通讯程序，就能在微机上显　示实时的运行情况：是处于电网供电状态还是柴油　机供电状态，电压、频率、电流及蓄电池电压的数值，　维普资讯 http://www.cqvip.com 机电工程２ＯＯ２年第ｌ９卷第５期　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ＆Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｍａｇａｚｉｎｅ　Ｖｏ１．１９　Ｎｏ．５　２００２　还能查看近期发生的故障情况。　４软件　为使该系统能适用于不同场合，程序中对许多　参数设置了相应的变量，如蓄电池电压最小值、频率　最小值（最大值）、电压最小值（最大值）、电流限定　改，以适应不同的需要。　利用ＰＩＣ１６Ｃ７４单片机的捕捉／比较／脉宽调制　口ＣＣＰ１、ＣＣＰ２对电网、柴油发电机组的频率进行测　量，当该端口工作于捕捉模式时，能在ＣＣＰ１（或　ＣＣＰ２）引脚信号的上升沿或下降沿自动捕捉记录下　该时定时器１（ＴＭＲ１）的值，从而得到电网或柴油发　值、延时时间等，可以非常方便地对这些参数进行修　图３控制部分线路图　图４主程序流程图　图５显示程序流程图　维普资讯 http://www.cqvip.com Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ＆Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｍａｇａｚｉｎｅ　Ｖｏ１．１９　Ｎｏ．５　２００２　机电工程２０Ｏ２年第１９卷第５期　１５８０轧机在线磨辊装置的单片机试验测控系统设计　武小兰，张镭，高航　１１０００４）　（东北大学４０４信箱，辽宁沈阳摘要：根据１５８０轧机在线磨辊装置的电气及液压驱动系统的测控要求，提出了以单片机为核心　的微机测控系统的设计方案，并详细阐述了单片机测控系统的硬件组成、软件设计。　关键词：在线磨辊装置；单片机；测控系统　中图分类号：ＴＧ３３３．１１　文献标识码：Ａ　文章编号：１００１—４５５１（２００２）０５—００１２—０３　Ｔｈｅ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ａ　Ｓｉｎｇｌｅ－ｃｈｉｐ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　Ｔｅｓｔ　Ｕｓｅｄ　ｉｎ　１５８０　Ｒｏｌｌｉｎｇ　Ｍｉｌｌ　ＯＲＧ　Ｊ　Ｘｉａｏ—ｌａｎ．ＺＨＡＮＧ　Ｌｅｉ，ＧＡＯ　Ｈａｎｇ　（Ｐ．Ｏ．Ｂｏｘ　４０４，Ｎｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎ　Ｕｒｄｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ　１１０００４）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｄｅｍａｎｄ　ｏｆ　ｍｅａｓｕｒｉｎｇ　ａｎｄ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｂｏｕｔ　ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ　ａｎｄ　ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　１５８０　Ｒｏｌｌｉｎｇ　Ｍｉｌｌ　ＯＲＧ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｐｕｔｓ　ｆｏｒｗａｒｄ　ａ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ｍｅａｓｕｒｉｎｇ　ａｎｄ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｓｉｎｇｌｅ　ｃｈｉｐ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ．Ｆｕｒｔｈｅｒ—　ｍｏｒｅ，ｉｓ　ｈａｒｄｗａｒｔｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｄｅｓｉｎ　ａｌｅ　ｄｅｓｃｒｇｉｂｅｄ　ｉｎ　ｄｅｔａｉｌｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＯＲＧ；ｓｉｎｇｌｅ－ｃｈｉｐ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ；ｍｅａｓｕｒｉｎｇ　ａｎｄ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　１引言　２在线磨辊装置的结构及动作原理　整个磨辊装置，由上下架２部分构成，其结构对　称，上磨辊装置，如图１所示。每部分各有２个磨头　在线磨辊装置是１５８０热轧生产线上的重要设　备。在轧制间歇，该装置对轧辊进行在线修磨，提高　轧制精度。但是，由于原有设计修磨砂轮为被动磨　削，影响修磨效果，因此有必要对其进行改造设计。　收稿日期：２０Ｏ２—０５—２１　分别对上下磨辊施行修磨。完成一次修磨的整个动　作过程如下：　作者简介：武小兰（１９７５一），女，东北大学硕士研究生，主要从事现代测量理论与机电一体化测控技术方向的研究。　电机组的周期，进而求得频率。电网（柴油发电　机组）的电压、电流、蓄电池电压等参数由ＰＩＣ１６Ｃ７４　的Ａ／Ｄ口进行测量。为去除干扰的影响，每一参数　均测量ｌ８次，去除最大值和最小值后取平均值作为　内的数据依次发送给微机，发送完毕，仍以累加和进　行校验。　根据前面介绍的控制、显示和系统设置等功能，　控制部分的主程序流程图和显示部分的显示程序流　程图，如图４、图５所示。　次测量值。　控制板与显示板的通讯利用ＰＩＣ１６Ｃ７４的同步　５结束语　该系统已在日本进口柴油机组上进行了试验。　试验结果表明，该系统运行稳定可靠，发电机组工作　正常，达到了各项设计要求。　参考文献　［１］　窦振中，汪立森．ＰＩＣ系列单片机应用设计与实例［Ｍ１．　北京：北京航空航天大学出版社，１９９８．　串行通讯口ＳＳＰ实现。该通讯口工作于串行外围接　口模式（ＳＰＩ），控制板处于主控方式，显示板处于从　动方式。数据每隔ｌｓ传送一次，传送数据时，控制　板将缓冲区内的数据依次传送给显示板，传送完毕，　用累加和进行校验。　控制板与微机的通讯利用ＰＩＣ１６Ｃ７４的异步串　行通讯口ＳＣＩ实现。通讯开始，微机发送某一特定　数据作为握手信号，控制板收到该数据后，将缓冲区　［２］　窦振中，汪立森、ＰＩＣ系列单片机原理和程序设计［Ｍ］．　北京：北京航空航天大学出版社，１９９８．