CN105242578A - 发电机组控制管理监测方法 - Google Patents
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Abstract
发电机组控制管理监测方法，包括以下步骤：开始，设备加电自检，主机、各电路、运算器、存储器初始化；主机供电指令，完成供电模式选择，切换至市电供电或启动发电机组供电；启动监测模式，采集发电机组工况时的主要运行参数；将采集数据调理后封装通过CAN总线上传至主机；主机根据内置策略形成故障类型，根据相应阈值确认故障发生，通过CAN总线输出相应控制信号，控制发电机组相应执行机构相应动作。通过管理单元硬件和软件组合，实现了对发电机组运行状态信息的采集，通过参数判断，对超压、过压、欠压、超频、过频、欠频、过流、油温高和油压低等故障做出判断，并形成反馈信号控制后续处理措施。
Description
技术领域
本发明涉及一种能量转换的监控方法，特别是涉及一种对发电机组工况状态的监控方法。
背景技术
发电机组作为车载移动交流电来源，是车辆移动过程中车载设备用电的重要保障。
目前的发电机组与成熟的微机电控制技术、多类型传感器采集技术、实时软件运算技术、进程和远程通信技术相结合，已经有机结合形成了发电机组控制管理单元硬件平台，主要包括：
能源线路，包括燃油机和燃油线路、进气线路等；
供电电路，包括可切换的市电电路和发电机供电电路等；
开关量输入采集电路，包括触发的继电器控制回路、持续采集的传感器回路，以及完成电信号隔离传输的高频光电传输电路等；
开关量输出控制电路，包括AC-DC电路、DC-DC电路，以及信号解码驱动电路等；
模拟量采集电路，包括模拟量光电隔离放大电路、主次线圈隔离电路、调理电路、多通道模拟信号选通电路，持续采集的特性元件回路等；
模拟量驱动控制电路，包括接触器电路、AC-DC电路、DC-DC电路等；
CAN总线通信电路，包括总线控制器、总线驱动器、总线隔离器等；
微处理器电路，包括FPGA运算电路、DSP信号处理电路，以及CPU等；
发电机组主要技术指标包括：发电机组的额定转速、额定输出功率，输出电压、电流、频率、燃油机油压、油温等参数信息。对发电机组的控制主要为发电机组的启停、交流电能输出及过热、过压、过流动作保护。如何有效的利用发电机组控制管理单元硬件平台高效实时地监控各种参数信号及时作出控制反馈，需要对监控方法作进一步优化和改进。
发明内容
本发明的目的是提供一种发电机组控制管理监测方法，解决无法将各种电动机的采集参数信号形成合理的控制反馈的技术问题。
本发明的发电机组控制管理监测方法，包括以下步骤：
步骤100，开始，设备加电自检，主机、各电路、运算器、存储器初始化；
步骤200，主机供电指令，完成供电模式选择，切换至市电供电或启动发电机组供电；
步骤300，启动监测模式，采集发电机组工况时的主要运行参数；
步骤400，将采集数据调理后封装通过CAN总线上传至主机；
步骤500，主机根据内置策略形成故障类型，根据相应阈值确认故障发生，通过CAN总线输出相应控制信号，控制发电机组相应执行机构相应动作；
步骤600，主机指令控制停止发电机组；
根据供电时长的数据，重复步骤400至步骤500，或执行步骤700，结束。
所述步骤200的控制管理监控流程包括以下步骤：
步骤201，主机发出电力供应指令，接收市电方向电流传感器反馈数据；
步骤202，判断市电方向电流传感器有电流信号？是则执行下一主要流程，否则执行步骤203；
步骤203，进入机组供电模式，主机发出预热指令，发电机组预热15s后反馈主机预热结束；
步骤204，启动马达工作10s，转速传感器持续采集转子转动频率；
步骤205，10s末的转子转动频率≥20？是则执行下一主要流程，否则执行步骤206；
步骤206，启动马达停机延时10s后工作10s，转速传感器持续采集转子转动频率；
步骤207，10s末的转子转动频率≥20？是则执行下一主要流程，否则执行步骤208；
步骤208，启动马达停机延时30s后工作10s，转速传感器持续采集转子转动频率；
步骤209，10s末的转子转动频率≥20？是则执行下一主要流程，否则执行步骤210；
步骤210，启动马达停机,通过CAN总线反馈电机启动状态。
所述步骤300的控制管理监控流程包括以下步骤：
机组供电模式：
步骤301，进入机组供电模式，延时10s触发供电电路中相应模拟信号传感器和采集电路；
步骤302，模拟量采集U、V、W三相交流相电压信号、U相交流电流信号、频率信号、蓄电池电压信号；同时执行步骤303；
步骤303，开关量采集油温触发信号、油压触发信号；
在市电供电模式：
步骤304，进入市电供电模式，触发供电电路中相应模拟信号传感器和采集电路
步骤305，模拟量采集U、V、W三相交流相电压信号、U相交流电流信号、频率信号、蓄电池电压信号。
所述步骤400的控制管理监控流程包括以下步骤：
步骤401，将采集的U、V、W三相交流相电压信号、U相交流电流信号、频率信号分别通过模拟量光电隔离放大电路改变信号量程；同时执行步骤404、步骤405；
步骤402，利用多路复用器进行信号选择输出；
步骤403，通过采样器对信号顺序进行采样；而后执行步骤407；
步骤404，将采集的蓄电池电压信号通过调理电路改变信号量程；而后执行步骤402；
步骤405，通过传感器串联24V中间继电器传递触发采集油温触发信号、油压触发信号；
步骤406，通过光耦耦合器改变信号量程；
步骤407，通过采样处理器IO端口接收触发信号；
步骤408，对采样数据进行有效编码完成小封装包，通过CAN总线传送至主机及人机界面；
执行步骤409，延时1s为周期重复步骤408。
所述步骤500的控制管理监控流程包括以下步骤：
步骤501，主机装载的控制管理单元内置故障阈值组合形成的故障类型模型，根据故障类型向主机的人机界面传送显示数据；
步骤502，根据故障类型，对相应执行机构形成控制信号序列；
步骤503，通过CAN总线传送序列中的控制信号至相应执行机构，完成动作；
步骤504，返回步骤400。
所述故障类型包括超压、过压、欠压、超频、过频、欠频、过流、油温高、油压低。
所述超压的判断条件是交流相电压≥253V；过压的判断条件是交流相电压≥242V；欠压的判断条件是交流相电压≤198V；超频的判断条件是交流频率≥55Hz；过频的判断条件是交流频率≥52.5Hz；欠频的判断条件是交流频率≤47.5Hz；过流的判断条件是交流电流≥21A；油温高的判断条件是油温高报警触发；油压低的判断条件是油压低报警触发。
所述超压的容忍度是实时；过压的容忍度是持续2s；欠压的容忍度是持续2s；超频的容忍度是实时；过频的容忍度是持续1s；欠频的容忍度是持续1s；过流的容忍度是持续20min；油温高的容忍度是持续5min；油压低的容忍度是20ms。
所述超压的容忍度是切断交流输出，机组停机；过压的执行动作是切断交流输出，机组停机；欠压的执行动作是切断交流输出，机组停机；超频的执行动作是切断交流输出发电机组供电时，机组停机；过频的执行动作是切断交流输出，机组停机；欠频的执行动作是切断交流输出，机组停机；过流的执行动作是切断交流输出发电机组供电时，机组停机；油温高的执行动作是切断交流输出，机组停机；油压低的执行动作是切断交流输出，机组停机。
所述超压的后续动作是电气参数状态字节的超压标志位置标记，并通过CAN总线上传至人机监控界面；过压的后续动作是电气参数状态字节的过压标志位置标记，并通过CAN总线上传至人机监控界面；欠压的后续动作是电气参数状态字节的欠压标志位置1，并通过CAN总线上传至人机监控界面；超频的后续动作是电气参数状态字节的超频标志位置标记，并通过CAN总线上传至人机监控界面；过频的后续动作是电气参数状态字节的过频标志位置1，并通过CAN总线上传至人机监控界面；欠频的后续动作是电气参数状态字节的欠频标志位置1，并通过CAN总线上传至人机监控界面；过流的后续动作是电气参数状态字节的过流标志位置1，并通过CAN总线上传至人机监控界面；油温高的后续动作是油温状态字节置0xFF，并通过CAN总线上传至人机监控界面；油压低的后续动作是油压状态字节置0xFF，并通过CAN总线上传至人机监控界面。
本发明的监控方法通过发电机组控制管理单元硬件和发电机组控制管理单元软件组合，实现了对发电机组运行状态信息的采集，通过参数判断，对超压、过压、欠压、超频、过频、欠频、过流、油温高和油压低等故障做出判断，并形成反馈信号控制后续处理措施。同时实现对发电机组的远程运行和供电输出控制，进行工作期间不间断状态监测。并通过参照以往经验数据包络，实现对发电机组故障状态动态分级预警。提高了发电机组控制模式的数字化、信息化，增强了发电机组运行可靠性。
附图说明
图1为本发明发电机组控制管理监测方法的主要监控流程示意图；
图2为本发明发电机组控制管理监测方法中供电启动的流程示意图；
图3为本发明发电机组控制管理监测方法中信号采集的流程示意图；
图4为本发明发电机组控制管理监测方法中采集信号上传的流程示意图；
图5为本发明发电机组控制管理监测方法中控制信号形成的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。
如图1所示，本实施例中发电机组控制管理监测方法的主要监控流程包括以下步骤：
步骤100，开始，设备加电自检，主机、各电路、运算器、存储器初始化；
步骤200，主机供电指令，完成供电模式选择，切换至市电供电或启动发电机组供电；
步骤300，启动监测模式，采集发电机组工况时的主要运行参数；
步骤400，将采集数据调理后封装通过CAN总线上传至主机；
步骤500，主机根据内置策略形成故障类型，根据相应阈值确认故障发生，通过CAN总线输出相应控制信号，控制发电机组相应执行机构相应动作；
步骤600，主机指令控制停止发电机组；
根据供电时长的数据，重复步骤400至步骤500，或执行步骤700，结束。
本流程可以将发电机组控制管理单元硬件和发电机组控制管理单元软件组合，实现了对发电机组运行状态信息的采集，通过参数判断，实现对发电机组的远程运行和供电输出控制，进行工作期间不间断状态监测。可以通过总线通讯远程控制，实现对发电机组的动作控制，实时监测发电机组的运行状态，为后端用电设备提供电压、电流信息。
如图2所示，本实施例中供电启动的主要控制管理监控流程包括以下步骤：
步骤201，主机发出电力供应指令，接收市电方向电流传感器反馈数据；
步骤202，判断市电方向电流传感器有电流信号？是则执行下一主要流程，否则执行步骤203；
步骤203，进入机组供电模式，主机发出预热指令，发电机组预热15s后反馈主机预热结束；
步骤204，启动马达工作10s，转速传感器持续采集转子转动频率；
步骤205，10s末的转子转动频率≥20？是则执行下一主要流程，否则执行步骤206；
步骤206，启动马达停机延时10s后工作10s，转速传感器持续采集转子转动频率；
步骤207，10s末的转子转动频率≥20？是则执行下一主要流程，否则执行步骤208；
步骤208，启动马达停机延时30s后工作10s，转速传感器持续采集转子转动频率；
步骤209，10s末的转子转动频率≥20？是则执行下一主要流程，否则执行步骤210；
步骤210，启动马达停机,通过CAN总线反馈电机启动状态；
然后执行下一主要流程(步骤300)。
本流程可以完整的控供电起始阶段的电路模式切换和初始启动，实时反馈初始启动阶段的工况，对系统的初始正常状态保证意义重大。使得“预热”和“启动”不会出现重复操作。即预热过程中不执行再次“预热”命令；启动进行中或已经机组已经启动成功或上次启动不成功在延时30s的过程中，不执行“启动”命令，机组启动成功后，预热不能工作。
如图3所示，本实施例中信号采集的主要控制监控流程包括以下步骤：
机组供电模式：
步骤301，进入机组供电模式，延时10s触发供电电路中相应模拟信号传感器和采集电路；
步骤302，模拟量采集U、V、W三相交流相电压信号、U相交流电流信号、频率信号、蓄电池电压信号；同时执行步骤303；
步骤303，(启动中间继电器采集)开关量采集油温触发信号、油压触发信号；
然后执行下一主要流程。
在市电供电模式：
步骤304，进入市电供电模式，触发供电电路中相应模拟信号传感器和采集电路
步骤305，模拟量采集U、V、W三相交流相电压信号、U相交流电流信号、频率信号、蓄电池电压信号；
然后执行下一主要流程(步骤400)。
本流程可以独立的完成不同供电模式的数据采集，在同一模式中并行采集持续信号和触发信号，提高数据采集效率。
如图4所示，本实施例中数据上传的主要控制监控流程包括以下步骤：
步骤401，将采集的U、V、W三相交流相电压信号、U相交流电流信号、频率信号分别通过模拟量光电隔离放大电路改变信号量程；同时执行步骤404、步骤405；
步骤402，利用多路复用器进行信号选择输出；
步骤403，通过采样器对信号顺序进行采样；而后执行步骤407；
步骤404，将采集的蓄电池电压信号通过调理电路改变信号量程；而后执行步骤402；
步骤405，通过传感器串联24V中间继电器传递触发采集油温触发信号、油压触发信号；
步骤406，通过光耦耦合器改变信号量程；
步骤407，通过采样处理器IO端口接收触发信号；
步骤408，对采样数据进行有效编码完成小封装包，通过CAN总线传送至主机及人机界面；
然后执行下一主要流程(步骤500)；
执行步骤409，延时1s为周期重复步骤408。
本流程可以利用最少的采集通道复用实现实时高效的采集数据汇聚。利用高效地址编码封装数据上传可以有效节约带宽，保证数据的实时性。
例如U、V、W三相交流相电压、U相交流电流、频率、蓄电池电压6个模拟量，油温、油压2个状态量。其中，U、V、W三相交流相电压、U相交流电流、频率为通过传感器隔离转换后的4mA～20mA电流信号，经过250Ω采样电阻转换为电压0～5V信号，送入微控制器芯片AD采样模块进行采集；蓄电池电压为22V～28V电压信号，经过发电机组控制管理单元电压信号采集调理电路处理后，送入微控制器芯片AD采样模块进行采集。
为提高硬件利用效率，降低硬件元器件使用数量，在完成信号调理后，采用CD74HC4051芯片进行多路选通，利用一路AD采样模块完成模拟量采样。
对发电机组的油温、油压状态量监测，通过检测24V继电器电位实现，例如当油温过热时，油温检测装置接通油温信号传感器，此时发电机组控制管理单元收到24V高电平信号，通过光耦隔离，将24V电压信号转换为5V信号，送入微处理器的IO处理模块进行采集。
如图5所示，本实施例中信号处理和形成控制输出的主要控制监控流程包括以下步骤：
步骤501，主机装载的控制管理单元内置故障阈值组合形成的故障类型模型，根据故障类型向主机的人机界面传送显示数据；
步骤502，根据故障类型，对相应执行机构形成控制信号序列；
步骤503，通过CAN总线传送序列中的控制信号至相应执行机构，完成动作；
步骤504，返回步骤400。
本流程可以利用故障类型模型的约束条件形成对应信号控制执行机构。U、V、W三相交流相电压、U相交流电流、频率、蓄电池电压6个模拟量，油温、油压2个状态量，信息判断机组是否发生超压、过压、欠压、超频、过频、欠频、过流、油温高和油压低等故障。
例如，交流电压异常可分为欠压、过压和超压三种等级故障状态。对故障状态分级预警后，根据故障严重程度采取不同的处理措施，例如当交流电压低于欠压设定阈值时，延时2s确认欠压故障发生，切断交流输出，发电机组供电时，机组停机；当交流电压大于超压设定阈值时，立刻采取切断交流输出，发电机组供电时，机组停机，实现对发电机组的故障状态保护。
进而参照以往发电机组发生故障时的参数范围，在本控制方法中，按照参数阈值对发电机组可能出现的故障形成分级和相应的预处理控制。
故障类型模型由与各种故障类型相对应的采集信号的预置阈值形成，还包括与本机组物理特性参数配皮的阈值持续时长，预置阈值由经验数值统计形成，与阈值持续时长结合形成具有前反馈控制作用的故障状态分级预警信号。故障类型、预警条件，预警等级和执行动作的对应关系见表1：
表1
本模型作为内置策略可以为信号判断提供及时的控制响应，模拟前反馈控制中可以形成自学习模式，记录发电机组的故障频率和类型，修正相关数据，使得模型约束的经验数据包络，可以实现在通用反馈-控制模型基础上的针对本机的精确控制策略，对于适应严苛使用环境意义重大。
控制信号的输出，可以通过IO输出模块—隔离光耦—24V供电电路向发电机组控制箱发送控制信号，进而实现对发电机组的启动、停机、预热、对外输出供电、故障状态保护等动作。
通过CAN总线与主机进行通讯，上传发电机组运行状态信息及故障状态代码。发电机组向主机传送数据通讯协议见表3及表4，接收主机指令通讯协议见表5和表6。
表3
表4
表5
表6
| 序号 | 功能项(B0) | 操作指令(B1) |
| 1 | 0x01-采集交流电压 | 0xFF |
| 2 | 0x02-采集交流电流、频率及蓄电池电压 | 0xFF |
| 3 | 0x03-机组运行状态 | 0xFF |
| 4 | 0x04-启动机组/关闭机组 | 0xFF/0x00 |
| 5 | 0x05-启动预热/关闭预热 | 0xFF/0x00 |
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (10)
1.发电机组控制管理监测方法，包括以下步骤：
步骤100，开始，设备加电自检，主机、各电路、运算器、存储器初始化；
步骤200，主机供电指令，完成供电模式选择，切换至市电供电或启动发电机组供电；
步骤300，启动监测模式，采集发电机组工况时的主要运行参数；
步骤400，将采集数据调理后封装通过CAN总线上传至主机；
步骤500，主机根据内置策略形成故障类型，根据相应阈值确认故障发生，通过CAN总线输出相应控制信号，控制发电机组相应执行机构相应动作；
步骤600，主机指令控制停止发电机组；
根据供电时长的数据，重复步骤400至步骤500，或执行步骤700，结束。
2.如权利要求1所述发电机组控制管理监测方法，所述步骤200的控制管理监控流程包括以下步骤：
步骤201，主机发出电力供应指令，接收市电方向电流传感器反馈数据；
步骤202，判断市电方向电流传感器有电流信号？是则执行下一主要流程，否则执行步骤203；
步骤203，进入机组供电模式，主机发出预热指令，发电机组预热15s后反馈主机预热结束；
步骤204，启动马达工作10s，转速传感器持续采集转子转动频率；
步骤205，10s末的转子转动频率≥20？是则执行下一主要流程，否则执行步骤206；
步骤206，启动马达停机延时10s后工作10s，转速传感器持续采集转子转动频率；
步骤207，10s末的转子转动频率≥20？是则执行下一主要流程，否则执行步骤208；
步骤208，启动马达停机延时30s后工作10s，转速传感器持续采集转子转动频率；
步骤209，10s末的转子转动频率≥20？是则执行下一主要流程，否则执行步骤210；
步骤210，启动马达停机,通过CAN总线反馈电机启动状态。
3.如权利要求2所述发电机组控制管理监测方法，所述步骤300的控制管理监控流程包括以下步骤：
机组供电模式：
步骤301，进入机组供电模式，延时10s触发供电电路中相应模拟信号传感器和采集电路；
步骤302，模拟量采集U、V、W三相交流相电压信号、U相交流电流信号、频率信号、蓄电池电压信号；同时执行步骤303；
步骤303，开关量采集油温触发信号、油压触发信号；
在市电供电模式：
步骤304，进入市电供电模式，触发供电电路中相应模拟信号传感器和采集电路
步骤305，模拟量采集U、V、W三相交流相电压信号、U相交流电流信号、频率信号、蓄电池电压信号。
4.如权利要求3所述发电机组控制管理监测方法，所述步骤400的控制管理监控流程包括以下步骤：
步骤401，将采集的U、V、W三相交流相电压信号、U相交流电流信号、频率信号分别通过模拟量光电隔离放大电路改变信号量程；同时执行步骤404、步骤405；
步骤402，利用多路复用器进行信号选择输出；
步骤403，通过采样器对信号顺序进行采样；而后执行步骤407；
步骤404，将采集的蓄电池电压信号通过调理电路改变信号量程；而后执行步骤402；
步骤405，通过传感器串联24V中间继电器传递触发采集油温触发信号、油压触发信号；
步骤406，通过光耦耦合器改变信号量程；
步骤407，通过采样处理器IO端口接收触发信号；
步骤408，对采样数据进行有效编码完成小封装包，通过CAN总线传送至主机及人机界面；
执行步骤409，延时1s为周期重复步骤408。
5.如权利要求4所述发电机组控制管理监测方法，所述步骤500的控制管理监控流程包括以下步骤：
步骤501，主机装载的控制管理单元内置故障阈值组合形成的故障类型模型，根据故障类型向主机的人机界面传送显示数据；
步骤502，根据故障类型，对相应执行机构形成控制信号序列；
步骤503，通过CAN总线传送序列中的控制信号至相应执行机构，完成动作；
步骤504，返回步骤400。
6.如权利要求1至5任一所述发电机组控制管理监测方法，其中所述故障类型包括超压、过压、欠压、超频、过频、欠频、过流、油温高、油压低。
7.如权利要求6所述发电机组控制管理监测方法，其中所述超压的判断条件是交流相电压≥253V；过压的判断条件是交流相电压≥242V；欠压的判断条件是交流相电压≤198V；超频的判断条件是交流频率≥55Hz；过频的判断条件是交流频率≥52.5Hz；欠频的判断条件是交流频率≤47.5Hz；过流的判断条件是交流电流≥21A；油温高的判断条件是油温高报警触发；油压低的判断条件是油压低报警触发。
8.如权利要求7所述发电机组控制管理监测方法，所述超压的容忍度是实时；过压的容忍度是持续2s；欠压的容忍度是持续2s；超频的容忍度是实时；过频的容忍度是持续1s；欠频的容忍度是持续1s；过流的容忍度是持续20min；油温高的容忍度是持续5min；油压低的容忍度是20ms。
9.如权利要求8所述发电机组控制管理监测方法，所述超压的容忍度是切断交流输出，机组停机；过压的执行动作是切断交流输出，机组停机；欠压的执行动作是切断交流输出，机组停机；超频的执行动作是切断交流输出发电机组供电时，机组停机；过频的执行动作是切断交流输出，机组停机；欠频的执行动作是切断交流输出，机组停机；过流的执行动作是切断交流输出发电机组供电时，机组停机；油温高的执行动作是切断交流输出，机组停机；油压低的执行动作是切断交流输出，机组停机。
10.如权利要求9所述发电机组控制管理监测方法，所述超压的后续动作是电气参数状态字节的超压标志位置标记，并通过CAN总线上传至人机监控界面；过压的后续动作是电气参数状态字节的过压标志位置标记，并通过CAN总线上传至人机监控界面；欠压的后续动作是电气参数状态字节的欠压标志位置1，并通过CAN总线上传至人机监控界面；超频的后续动作是电气参数状态字节的超频标志位置标记，并通过CAN总线上传至人机监控界面；过频的后续动作是电气参数状态字节的过频标志位置1，并通过CAN总线上传至人机监控界面；欠频的后续动作是电气参数状态字节的欠频标志位置1，并通过CAN总线上传至人机监控界面；过流的后续动作是电气参数状态字节的过流标志位置1，并通过CAN总线上传至人机监控界面；油温高的后续动作是油温状态字节置0xFF，并通过CAN总线上传至人机监控界面；油压低的后续动作是油压状态字节置0xFF，并通过CAN总线上传至人机监控界面。
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