CN102664578B

CN102664578B - 柴油发电机分布式控制系统

Info

Publication number: CN102664578B
Application number: CN201210118524.1A
Authority: CN
Inventors: 陈勇; 周虎; 代文平; 于成志
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2012-04-20
Filing date: 2012-04-20
Publication date: 2014-09-03
Anticipated expiration: 2032-04-20
Also published as: CN102664578A

Abstract

本发明涉及柴油发电机控制技术。本发明公开了一种柴油发电机分布式控制系统，采用多核分布式控制原理实现柴油发电机控制、市电和柴油发电平滑切换。本发明的柴油发电机分布式控制系统，是一种ARM处理器、FPGA、DSP等芯片组成的多核系统，由电源质量管理模块、智能控制模块、时序逻辑控制模块等模块构成多模块化结构。各个模块在电源质量管理模块的集中管理下，由模块各自的微处理器进行分散控制，模块之间相互独立工作，各模块具有可拆除性，可进行独立维护。本发明主要用于柴油发电机的运行控制和电网切换。

Description

柴油发电机分布式控制系统

技术领域

本发明涉及柴油发电机控制技术，特别涉及基于多核技术的智能型柴油发电机分布式控制系统。

背景技术

柴油发电机作为重要场合的备用电源有着广泛的应用，在现代生产生活中发挥着重要的作用。从控制技术方面而言，柴油发电机监控技术已经从继电器控制、晶体管逻辑控制、数字集成逻辑控制，发展到目前的微机控制。随着计算机技术与现代化通信技术的发展，由于微机控制强大的逻辑分析能力和计算能力，柴油发电机监控设备在自动化控制中占据着主导地位。性能优越的发电机监控设备对保障用电安全和提高发电质量有着重要的作用。

目前，高档次智能化发电机组控制系统正逐渐采用数字化的监控系统。虽国内外有许多公司已成功的推行出数字化的柴油机监控系统，但其大多有如下缺点：

（1）采用单个核心芯片控制，时钟多,处理信息多,响应速度慢。

（2）没有高速数据采集系统，因为每个数据的频率、速度都有差别,导致数据有效性和实时性较差。

（3）集成化程度过高，一个模块有误，导致整个系统误差增大，并不利于维护和扩展。发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是提供一种柴油发电机分布式控制系统，采用多核分布式控制原理实现柴油发电机控制、市电和柴油发电平滑切换。

本发明解决所述技术问题，采用的技术方案是，柴油发电机分布式控制系统，包括多路采集模块、时序逻辑控制模块、智能控制模块、电源质量管理模块、人机交互模块、切换模块、负载平衡模块、远程通信模块；

所述多路采集模块在时序逻辑控制模块的时序控制下，采集柴油发电机参数、采集市电参数和发电机控制器参数；

所述时序逻辑控制模块，用于多路采集模块、智能控制模块、电源质量管理模块的时序逻辑控制，使得参数的采集、处理及控制信号的发送具有严格的时序一致性；

所述智能控制模块在时序逻辑控制模块的时序控制下，向发电机控制器、切换模块、负载平衡模块发送控制信号，控制柴油发电机系统运行，实现对柴油发电机的控制、市电与柴油发电的切换和三相负载的平衡；

所述电源质量管理模块，用于柴油发电机、市电、用户信息进行故障管理和调配以及实现人机交互和远程通信的管理，对采集的参数进行智能控制运算、故障分析及动态特性分析后，将控制信号发送到智能控制模块，将参数及分析结果发送到人机交互模块；

所述人机交互模块用于输入控制指令和状态显示；

所述切换模块根据智能控制模块的指令，切换用户与市电或柴油发动机的连接；

所述负载平衡模块用于消除谐波、补偿无功功率，在三相负载不平衡时，使柴油发电机输出电压平衡；

所述远程通信模块，用于实现对柴油发电机组系统的远程监测和远程控制。

具体的，所述柴油发电机参数包括柴油机的油压、油位、温度、柴油发电机的电压、柴油发电机电流及功率因数，所述市电参数包括市电的电压、电流、功率因数。

进一步的，所述切换模块采用软开关技术切换用户与市电或柴油发动机的连接。

具体的，所述时序逻辑控制模块采用FPGA芯片构成。

具体的，所述智能控制模块采用DSP芯片构成。

具体的，所述电源质量管理模型采用ARM处理器芯片构成。

本发明的有益效果是，采用多核技术和模块技术进行分布式控制，实现分散控制集中管理，提高了控制系统的反应速度和控制精确度。采用模块式控制单元，极大的提高了柴油发电机组的性能和可靠性，方便维护和扩展，实现了市电和柴油发动的平稳切换和三相负载平衡，保障了用电设备的安全。

附图说明

图1是本发明系统结构框图；

图2是多路采集模块的一种具体实施方式的结构框图；

图3是时序逻辑控制模块的一种具体实施方式的原理框图；

图4是电源质量管理模块的一种具体实施方式的原理框图；

图5是负载平衡模块的一种具体实施方式的原理框图；

图6本发明的一种具体实施方式的流程图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例，详细描述本发明的技术方案。

本发明的柴油发电机分布式控制系统，是一种ARM（Advanced RISC Machines，代表一种处理器构架）处理器、FPGA（可编程门阵列）、DSP（数字信号处理器）等芯片组成的多核系统，由电源质量管理模块、智能控制模块、时序逻辑控制模块等模块构成多模块化结构。各个模块在电源质量管理模块的集中管理下，由模块各自的微处理器进行分散控制，模块之间相互独立工作，各模块具有可拆除性，可进行独立维护。

实施例

本例柴油发电机分布式控制系统，采用多核分布式控制原理实现快速高效的柴油发电机控制、市电和柴油发电平滑切换，其结构如图1所示，包括多路采集模块、时序逻辑控制模块、智能控制模块、电源质量管理模块、人机交互模块、切换模块、负载平衡模块、远程通信模块。

时序逻辑控制模块，是本发明的时序控制中心，用于多路采集模块、智能控制模块、电源质量管理模块的时序逻辑控制，使得参数的采集、处理及控制信号的发送具有严格的时序一致性。

多路采集模块在时序逻辑控制模块的时序控制下，采集柴油发电机参数、市电参数和发电机控制器参数，并将采集的参数传输到智能控制模块进行处理。

智能控制模块在时序逻辑控制模块的时序控制下，向发电机控制器、切换模块、负载平衡模块发送控制信号，控制柴油发电机系统运行，实现对柴油发电机的控制、市电与柴油发电的切换和三相负载的平衡。该模块是本发明主要控制中枢。

电源质量管理模块，用于柴油发电机、市电、用户信息进行故障管理和调配以及实现人机交互和远程通信的管理，对采集的参数进行智能控制运算、故障分析及动态特性分析后，将控制信号发送到智能控制模块，将参数及分析结果发送到人机交互模块。

负载平衡模块用于电子负载的接入控制，在三相负载不平衡时，消除谐波、补偿无功功率，使柴油发电机三相输出电压保持平衡。

远程通信模块，用于实现对柴油发电机组系统的远程监测和远程控制。

切换模块根据智能控制模块的指令，切换用户与市电或柴油发动机的连接。切换模块采用软开关技术进行切换，在切换开关电路中通过谐振技术和无损耗缓冲电路为开关提供零电压开关和零电流开关状态，有效抑制电源的噪声和振荡，减少对用户的影响。

下面分别描述主要功能模块的具体结构。

多路采集模块的结构框图如图2所示，包括传感器模块、信号调理模块、数模转换模块、信号通道切换模块。市电的电压、电流、功率因数等市电参数和柴油发电机的油压、油位、温度、输出电压、电流、功率因数等柴油发电机参数通过传感器模块采集，信号调理模块和数模转换模块将采集的模拟信号转换为数字信号。在时序逻辑控制模块的控制信号下，信号通道切换模块进行信号通道切换，实现信号的多路采集。

图3是时序逻辑控制模块的原理框图。在本例中，时序逻辑控制模块采用FPGA芯片构成,芯片型号为EP2C8Q208I8N，负责多路采集模块、智能控制模块、电源质量管理模块等三核系统的时序逻辑控制，主要功能结构模块包括控制逻辑模块、通信模块Ⅰ、时钟管理模块、DMA（直接内存访问）控制模块、存储控制模块Ⅰ、用户配置寄存器。

用户配置寄存器，用于配置软件工作模式、通信速率等；时钟管理模块，为各模块和片外通信提供所需的时钟基准；存储控制模块Ⅰ，用于控制片外存储器，提供数据或者程序的临时存储空间；DMA控制模块，用于控制各模块间批量数据的传输，提高数据的处理速度和吞吐量；通信模块Ⅰ用于数据的传输、数据格式转化、控制信号的发送等；控制逻辑模块负责各个模块在统一时序下协调工作。

在本例中，智能控制模块采用DSP芯片构成，芯片型号为TMS320F2812。在时序逻辑控制模块的时序控制下，智能控制模块接收时序逻辑模块传送的控制信号，并向发电机控制器、切换模块、负载平衡模块等设备模块发出控制信号，控制柴油发电机运行，实现对柴油发电机的控制、市电与柴油发电的切块以及三相负载的平衡。

电源质量管理模块是本发明的核心模块，负责整个系统的管理和监测。在本例中，采用ARM控制器芯片，芯片具体型号为AT91RM9200。图4是电源质量管理模块的原理框图，该模块包括：通信模块Ⅱ、人机交互控制模块、远程控制模块、运算控制模块、参数动态特性分析模块、故障预测模块、存储控制模块Ⅱ、流程控制模块等。

通信模块Ⅱ用于数据的传输、数据格式转化、控制信号的发送等；人机交互控制模块与人机交互模块相连接，负责人机操作与显示；远程控制模块与远程通信模块相连接，负责远程控制和远程监测；运算控制模块负责控制运算处理，并产生控制信号，控制发电机控制器、切换模块、负载平衡模块等设备模块；参数动态特性分析模块负责对采集的参数进行动态特性分析；故障预测模块要根据采集的参数值及参数动态特性分析结果，预测柴油发电机的故障及运行状态，并将预测结果发送到人机交互控制模块予以显示和报警，发送到运算控制模块用于产生控制信号；存储控制模块Ⅱ用于控制存储器，提供数据的临时存储空间；流程控制模块负责各个模块的协调有序的工作。

图5是负载平衡模块的一种具体实施方式的原理框图。其负载不平衡补偿器的拓扑结构采用IGBT（绝缘栅双极性晶体管）构成带直流电容的电压型逆变器（电子负载）。采用ＰＷＭ（脉冲宽度调制）控制，能有效的消除谐波、补偿无功功率和实现负荷平衡。ＰＷＭ控制信号由智能控制模块（在本实施例中为DSP）产生。

图6示出了本例控制流程图，主要包括以下步骤：

a、通过人机交互模块设置相关命令参数、通信参数等。

b、在时序逻辑控制模块的时序控制下，采集模块采集市电、柴油发电机、发电机控制器等的参数。

c、时序逻辑控制模块将采集模块采集的参数传送到电源质量管理模块，电源质量管理模块进行参数动态特性分析、故障预测、运算控制。

d、智能控制模块向发电机控制器、切换模块、负载平衡模块等设备模块发出控制信号。

e、人机交互模块显示故障信息、参数信息等。

Claims

1.柴油发电机分布式控制系统，包括多路采集模块、时序逻辑控制模块、智能控制模块、电源质量管理模块、人机交互模块、切换模块、负载平衡模块、远程通信模块；

所述人机交互模块用于输入控制指令和状态显示；

所述远程通信模块，用于实现对柴油发电机组系统的远程监测和远程控制；

所述时序逻辑控制模块采用FPGA芯片构成，所述智能控制模块采用DSP芯片构成，所述电源质量管理模型采用ARM处理器芯片构成。

2.根据权利要求1所述的柴油发电机分布式控制系统，其特征在于，所述柴油发电机参数包括柴油机的油压、油位、温度、柴油发电机的电压、柴油发电机电流及功率因数，所述市电参数包括市电的电压、电流、功率因数。

3.根据权利要求1所述的柴油发电机分布式控制系统，其特征在于，所述切换模块采用软开关技术切换用户与市电或柴油发动机的连接。