CN103114914A - 微型燃气轮机的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微型燃气轮机的控制方法，在微型燃气轮机数字式控制装置中采用数字信号处理器DSP为核心控制CPU，其软件按模块化设计思想，划分为驱动层、中间层、应用层三大部分。驱动层为控制软件最底层，中间层程序调用驱动层程序完成特定功能模块程序设计，应用层程序根据微型燃气轮机控制需求，实现控制功能。本发明提出的控制方法实现了对微型燃气轮机的起动、停机、冷运转、负载运行等各工况实行自动调节，满足了微型燃气轮机经济性、使用寿命方面的要求。同时微型燃气轮机控制规律发生变化时，可以通过软件即可更改控制参数，可以广泛应用到不同控制规律要求的燃气轮机上。

Description

微型燃气轮机的控制方法

技术领域

本发明涉及一种控制方法，尤其是一种微型燃气轮机的控制方法。

背景技术

现有的微型燃气轮机控制器大多使用机械式燃料调节器或模拟电路控制器调节燃料进而控制微型燃气轮机转速及涡轮后排气温度等参数。机械式燃料调节器对形位公差及材料性能要求较高，结构复杂。模拟电路控制器温度漂移较大，环境适应性较差。同时二者一般仅适应特定性能的微型燃气轮机，控制规律发生变化后，调整难度大：机械式燃料调节器往往需要对内部元件结构尺寸进行重新设计，加工周期长，成本高。模拟电路控制器则需要更换不同参数的元件，需要多次试验验证。

发明内容

本发明的目的是提供一种微型燃气轮机控制方法，可以对微型燃气轮机的起动、停机、冷运转、负载运行等各工况实行自动调节，将微型燃气轮机转速及涡轮后排气温度等参数控制在安全允许的范围内，以满足微型燃气轮机经济性、使用寿命方面的要求。同时微型燃气轮机控制规律发生变化时，通过软件即可更改控制参数。

本发明的技术方案是，所述的控制方法包括以下步骤：

1）主程序开始；

2）关总中断；

3）DSP处理器初始化：

4）微型燃气轮机状态自检是否成功，如成功则执行下一步骤，否则继续进行微型燃气轮机状态自检直对成功；

5）点亮“允许起动”指示灯；

6）开中断；

7）是否需要修改控制参数，如果需要修改，则修改控制参数后执行下一步骤，否则直接执行下一步骤；

8）是否需要标定模拟量，如果需要标定，则标定模拟量后执行下一步骤，否则直接执行下一步骤；

9）是否需要读取微型燃气轮机历史数据到上位机，如需要读取，则读取微型燃气轮机历史数据到上位机后执行下一步骤，否则直接执行下一步骤；

10）是否需要读取微型燃气轮机当前数据到上位机，如果需要读取，则读取微型燃气轮机当前数据到上位机后执行下一步骤，否则直接执行下一步骤；

11）是否需要检验微型燃气轮机电磁阀、点火器，如果需要检验，则检验后执行下一步骤，否则直接执行下一步骤；

12）是否需要测试指示灯，如果需要测试，则测试后执行下一步骤，否则直接执行下一步骤；

13）：是否需要解除报警，如果需要解除，则调用报警解除子程序后执行下一步骤，否则直接执行下一步骤；

14）是否需要冷运转，如果需要冷运转，则调用冷运转子程序后执行下一步骤，否则直接执行下一步骤；

15）是否热需要起动，如果需要热起动，则调用热起动子程序、闭环转速调节子程序、报警子程序，否则执行步骤7）；

16）当接收到正常停机命令后，执行正常停机子程序，当接收到紧急停机命令后，执行紧急停机子程序。

所述的步骤7）至步骤11）是由上位机通过通讯器发给控制器，由控制器解析后执行相应操作。

所述的步骤12）至步骤15是由控制箱上的操作按扭控制。

本发明在微型燃气轮机数字式控制装置中采用数字信号处理器DSP为核心控制CPU，其软件按模块化设计思想，划分为驱动层、中间层、应用层三大部分。驱动层为控制软件最底层，向CPU外围电路芯片提供合法指令，驱动其正常工作，如AD驱动、DA驱动、SCI驱动、定时器驱动、时间芯片驱动、flash驱动、通用输入输出驱动等。中间层程序调用驱动层程序完成特定功能模块程序设计，如DI扫描模块、模拟量采样及标定模块、数据发送模块、数据接收模块、数据存储模块、PID计算模块。应用层程序根据微型燃气轮机控制需求，调用中间层程序模块实现微型燃气轮机冷转、热起动、发电运行、报警、停机、控制参数修改、读取历史数据等控制功能。

应用本发明提出的控制方法实现了对微型燃气轮机的起动、停机、冷运转、负载运行等各工况实行自动调节，将微型燃气轮机转速及涡轮后排气温度等参数控制在安全允许的范围内，满足了微型燃气轮机经济性、使用寿命方面的要求。同时微型燃气轮机控制规律发生变化时，可以通过软件即可更改控制参数，可以广泛应用到不同控制规律要求的燃气轮机上。

附图说明

图1为本发明的主程序流程图；

图2为冷运转程序流程图；

图3为热起动程序流程图；

图4为本发明所依赖的燃气轮机结构示意图。

具体实施方式

如图所示，微型燃气轮机的控制方法包括以下步骤：

1）主程序开始；

2）关总中断；

3）DSP处理器初始化：

4）微型燃气轮机状态自检是否成功，如成功则执行下一步骤，否则继续进行微型燃气轮机状态自检直对成功；

5）点亮“允许起动”指示灯；

6）开中断；

7）是否需要修改控制参数，如果需要修改，则修改控制参数后执行下一步骤，否则直接执行下一步骤；

8）是否需要标定模拟量，如果需要标定，则标定模拟量后执行下一步骤，否则直接执行下一步骤；

9）是否需要读取微型燃气轮机历史数据到上位机，如需要读取，则读取微型燃气轮机历史数据到上位机后执行下一步骤，否则直接执行下一步骤；

10）是否需要读取微型燃气轮机当前数据到上位机，如果需要读取，则读取微型燃气轮机当前数据到上位机后执行下一步骤，否则直接执行下一步骤；

11）是否需要检验微型燃气轮机电磁阀、点火器，如果需要检验，则检验后执行下一步骤，否则直接执行下一步骤；

12）是否需要测试指示灯，如果需要测试，则测试后执行下一步骤，否则直接执行下一步骤；

13）：是否需要解除报警，如果需要解除，则调用报警解除子程序后执行下一步骤，否则直接执行下一步骤；

14）是否需要冷运转，如果需要冷运转，则调用冷运转子程序后执行下一步骤，否则直接执行下一步骤；

15）是否热需要起动，如果需要热起动，则调用热起动子程序、闭环转速调节子程序、报警子程序，否则执行步骤7）；

16）当接收到正常停机命令后，执行正常停机子程序，当接收到紧急停机命令后，执行紧急停机子程序。

步骤14）所述的冷运转程序包括以下步骤：

1）接收到冷运转命令；

2）点亮控制面板“运行指示灯”，关闭“允许起动”指示灯，接通交流接触器21；

3）设定目标转速为冷运转转速N1，向起动系统[20]发出起动信号；

4）查询是否达到冷运转转速N1，如果达到则执行下一步骤，否则继续查询直至冷运转转速达到N1；

5）保持冷运转转速N1至规定时间T1秒；

6）向起动系统[20]发出停机信号；

7）查询微型燃气轮机转速是否降至0，如果是，则执行下一步骤，否则继续查询直至转速降至0；

8）关闭控制面板“运行”指示灯，点亮“允许起动”指示灯，断开交流接触器21；

9）返回。

步骤15）所述的热起动程序包括以下步骤：

1）接收到热起动命令；

2）点亮控制面板“运行”指示灯，关闭“允许起动”指示灯，接通起动系统20输出接触器；

3）设定目标转速为点火转速N3，向起动系统[20]发出起动信号；

4）查询是否达到点火转速N3，如果达到则进行下一步骤，否则继续查询直至达到点火转速N3；

5）接通点火器[16]，打开值班喷嘴截止阀[14]，给定值班喷嘴燃料调节阀[29]点火开度，启动定时器定时20S；

6）根据涡轮后排气温度T5上升率判断点火是否成功，若成功则进行下一步骤，不成功时，若定时时间未到20S则继续判断，到20S点火未成功则执行紧急停机程序；

7）设定起动系统[20]目标转速为脱机转速N4，驱动微型燃气轮机继续升速；

8）打开工作喷嘴截止阀13；

9）调节值班喷嘴燃料调节阀[29]和工作喷嘴燃料调节阀[10]开度，驱动微型燃气轮机继续升速；

10）判断电机起动电流是否小于5A，如果是则执行下一步骤，否则返回执行步骤9）；

11）断开交流接触器[21]，向起动系统[20]发出停机指令；

12）继续调节值班喷嘴燃料调节阀[29]、工作喷嘴燃料调节阀[10]开度，驱动微型燃气轮机继续升速；

13）查询转速是否达到额定转速N5的98%，如果达到，则执行下一步骤，否则返回执行步骤12）；

14）调节工作喷嘴燃料调节阀[10]开度，进行转速闭环调节；

15）查询转速是否稳定，如果是则执行下一步骤，否则返回执行步骤14）；

16）点亮控制面板“发电”指示灯，接通交流接触器[22]，允许加载，电力变换系统[27]开始工作，用户负载[26]运行；

17）返回。

所述的步骤7）至步骤11）是由上位机通过通讯器发给控制器，由控制器解析后执行相应操作。

所述的步骤12）至步骤15是由控制箱上的操作按扭控制。

本发明的控制方法所依赖的微型燃气轮机包括压气机[24]、涡轮[25]、燃烧室[19]、回热器[28]、高速永磁电机[23]、点火器[16]、值班喷嘴[18]、工作喷嘴[17]、起动系统[20]、用户负载[26]、电力变换系统[27]等。其燃料流向为：燃料入口[1]→防火阀[2]→粗过滤器[3]→压缩机[4]→单向阀[6]→细过滤器[8]→泵后截止阀[9]，随后燃料流向分开一路经工作喷嘴燃料调节阀[10]→工作喷嘴前截止阀[13]→工作喷嘴[18]→燃烧室[19]；另外一路经值班喷嘴燃料调节阀[29]→值班喷嘴前截止阀[14]→值班喷嘴[17]→燃烧室[19]。在粗过滤器[3]的出口与单向阀[6]入口前设置了溢流阀[5]，溢流阀[6]后设置了泵后压力传感器[7]，在工作喷嘴燃料调节阀[10]与工作喷嘴前截止阀[13]之间设置了放空阀[11]和工作喷嘴前压力传感器[12]，在值班喷嘴燃料调节阀[29]与值班喷嘴前截止阀[14]之间设置了值班喷嘴前压力传感器[15]。

微型燃气轮机工作过程大致如下：在微型燃气轮机数字式控制装置控制下，高速永磁电机[23]拖动微型燃气轮机至点火转速后，燃料与经空气混合燃烧，涡轮[25]作功与高速永磁电机[23]一起拖动微型燃气轮机继续升速，至脱机转速后，起动系统[20]断开，涡轮[25]单独拖动微型燃气轮机升速至空载转速，而后可以根据用户需求负载运行。回热器[28]的作用是使压气机[24]压缩的空气与排气进行热交换以提高热效率。

微型燃气轮机数字式控制装置接收到操作面板冷运转按键发出的冷转命令后，调用冷起动程序，起动系统驱动高速永磁电机[23]升速至冷运转转速，微型燃气轮机与高速永磁电机[23]同轴同速旋转。冷运转过程燃料系统不供燃料，点火器[16]不点火。热起动程序工作时，微型燃气轮机数字式控制装置向起动系统[20]发出起动命令，起动系统[20]驱动高速永磁电机[23]升速至17000r/min时开始供给燃料并点火，当涡轮后排气温度T5上升20℃时即认为点火成功，起动系统[20]继续驱动高速永磁电机[23]向更高转速上升，微型燃气轮机进入双机拖动运行阶段。若点火后20秒内涡轮后排气温度T5没有上升20℃，则认为点火失败，执行紧急停机控制程序。在双机拖动运行阶段，微型燃气轮机数字式控制装置根据微型燃气轮机转速实时开环调节燃料调节阀开度，使高速永磁电机[23]起动电流逐渐减小。当高速永磁电机[23]起动电流小于5A时，切断起动系统[20]，即脱机，微型燃气轮机在涡轮做功下继续升速。当转速升至额定转速的98%时，微型燃气轮机数字式控制装置根据转速反馈调节工作喷嘴燃料调节阀[10]开度，进入转速闭环控制。

Claims (5)

1.一种微型燃气轮机的控制方法，其特征是，所述的方法包括以下步骤：

1）主程序开始；

2）关总中断；

3）DSP处理器初始化：

4）微型燃气轮机状态自检是否成功，如成功则执行下一步骤，否则继续进行微型燃气轮机状态自检直对成功；

5）点亮“允许起动”指示灯；

6）开中断；

7）是否需要修改控制参数，如果需要修改，则修改控制参数后执行下一步骤，否则直接执行下一步骤；

8）是否需要标定模拟量，如果需要标定，则标定模拟量后执行下一步骤，否则直接执行下一步骤；

9）是否需要读取微型燃气轮机历史数据到上位机，如需要读取，则读取微型燃气轮机历史数据到上位机后执行下一步骤，否则直接执行下一步骤；

10）是否需要读取微型燃气轮机当前数据到上位机，如果需要读取，则读取微型燃气轮机当前数据到上位机后执行下一步骤，否则直接执行下一步骤；

11）是否需要检验微型燃气轮机电磁阀、点火器，如果需要检验，则检验后执行下一步骤，否则直接执行下一步骤；

12）是否需要测试指示灯，如果需要测试，则测试后执行下一步骤，否则直接执行下一步骤；

13）：是否需要解除报警，如果需要解除，则调用报警解除子程序后执行下一步骤，否则直接执行下一步骤；

14）是否需要冷运转，如果需要冷运转，则调用冷运转子程序后执行下一步骤，否则直接执行下一步骤；

15）是否热需要起动，如果需要热起动，则调用热起动子程序、闭环转速调节子程序、报警子程序，否则执行步骤7）；

16）当接收到正常停机命令后，执行正常停机子程序，当接收到紧急停机命令后，执行紧急停机子程序。

2.如权利要求1所述的微型燃气轮机的控制方法，其特征是，步骤14）所述的冷运转程序包括以下步骤：

1）接收到冷运转命令；

2）点亮控制面板“运行指示灯”，关闭“允许起动”指示灯，接通交流接触器21；

3）设定目标转速为冷运转转速N1，向起动系统[20]发出起动信号；

4）查询是否达到冷运转转速N1，如果达到则执行下一步骤，否则继续查询直至冷运转转速达到N1；

5）保持冷运转转速N1至规定时间T1秒；

6）向起动系统[20]发出停机信号；

7）查询微型燃气轮机转速是否降至0，如果是，则执行下一步骤，否则继续查询直至转速降至0；

8）关闭控制面板“运行”指示灯，点亮“允许起动”指示灯，断开交流接触器21；

9）返回。

3.如权利要求1所述的微型燃气轮机的控制方法，其特征是，步骤15）所述的热起动程序包括以下步骤：

1）接收到热起动命令；

2）点亮控制面板“运行”指示灯，关闭“允许起动”指示灯，接通起动系统20输出接触器；

3）设定目标转速为点火转速N3，向起动系统[20]发出起动信号；

4）查询是否达到点火转速N3，如果达到则进行下一步骤，否则继续查询直至达到点火转速N3；

5）接通点火器[16]，打开值班喷嘴截止阀[14]，给定值班喷嘴燃料调节阀[29]点火开度，启动定时器定时20S；

6）根据涡轮后排气温度T5上升率判断点火是否成功，若成功则进行下一步骤，不成功时，若定时时间未到20S则继续判断，到20S点火未成功则执行紧急停机程序；

7）设定起动系统[20]目标转速为脱机转速N4，驱动微型燃气轮机继续升速；

8）打开工作喷嘴截止阀13；

9）调节值班喷嘴燃料调节阀[29]和工作喷嘴燃料调节阀[10]开度，驱动微型燃气轮机继续升速；

10）判断电机起动电流是否小于5A，如果是则执行下一步骤，否则返回执行步骤9）；

11）断开交流接触器[21]，向起动系统[20]发出停机指令；

12）继续调节值班喷嘴燃料调节阀[29]、工作喷嘴燃料调节阀[10]开度，驱动微型燃气轮机继续升速；

13）查询转速是否达到额定转速N5的98%，如果达到，则执行下一步骤，否则返回执行步骤12）；

14）调节工作喷嘴燃料调节阀[10]开度，进行转速闭环调节；

15）查询转速是否稳定，如果是则执行下一步骤，否则返回执行步骤14）；

16）点亮控制面板“发电”指示灯，接通交流接触器[22]，允许加载，电力变换系统[27]开始工作，用户负载[26]运行；

17）返回。

4.如权利要求1所述的微型燃气轮机的控制方法，其特征是，所述的步骤7）至步骤11）是由上位机通过通讯器发给控制器，由控制器解析后执行相应操作。

5.如权利要求1所述的微型燃气轮机的控制方法，其特征是，所述的步骤12）至步骤15是由控制箱上的操作按扭控制。

Images