CN105332807B - 热电联产内燃机发电机组的控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热电联产内燃机发电机组的控制系统及其控制方法，机组控制器能通过对热媒温度的精确控制快速的实现对用户热负荷需求的调节，另外机组控制器能对热电联产发电机组中热媒液位进行监测，并及时进行热媒补充，还能对故障报警并停机，确保热电联产发电机组各零部件的正常运行，提高了零部件使用寿命，大大提高了生产效率。

Description

热电联产内燃机发电机组的控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及工业自动化控制领域，尤其涉及热电联产内燃机发电机组的控制系统及其控制方法。

背景技术

随着人类社会工业现代化进程的加快及生活水平的提高，能源消耗日益增加，同时造成的负面影响是环境污染的加剧及能源危机的出现，燃烧柴油和汽油造成了石油资源的严重短缺，每年向大气中排放一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化合物，约占大气中同类污染物的55％以上。在石油资源日益短缺、环境日益恶化的情况下,节能减排刻不容缓,目前,内燃机发电机组有效效率只有 39％,约占25％的柴油燃烧热能以尾气排放的形式被白白浪费掉，若将这部分相对较高品位的热量回收利用,可使内燃机发电机组的热效率有较大的提升。

目前，热电联产内燃机发电机组已被广泛应用于社会各领域。市面上的热电联产柴油发电机组的控制系统其结构复杂，其无法判断用户热负荷需求。

发明内容

本申请人针对上述现有问题，进行了研究改进，提供一种热电联产内燃机发电机组的控制系统及其控制方法，有效实现了对用户热负荷需求的判断，实现了热电联产内燃机发电机组的补油判断及温度、液位的精确控制。

本发明所采用的技术方案如下：

一种热电联产内燃机发电机组的控制系统，包括：

一机组控制器：为热电联产内燃机发电机组的控制核心；

一温度传感器：安装于热媒进口管，用于检测热媒进口管内部热媒的温度；

一液位传感器：安装在膨胀罐的内部，用于检测膨胀罐内的液位值；

其进一步技术方案在于：

所述机组控制器包括主控单元、补油单元、补油判断单元、控阀单元、状态判断单元、执行单元及温度调节单元；

主控单元，用于接收用于开停机组信号并控制内燃机、发电机启闭；还用于接收补油单元、控阀单元报警输出信号；

补油单元，用于接收液位传感器反馈在膨胀罐内的液位值信号；

补油判断单元，用于判断膨胀罐内的液位是否达到程序设定值；

控阀单元，用于控制热媒循环泵的启闭及接收温度传感器的反馈信号；

状态判断单元，用于检测热电联产发电机组各阀运行情况以及热媒温度高低；

温度调节单元，用于与程序设定的热媒温度值进行对比；

执行单元，用于启闭内燃机集热消声器进气阀、内燃机集热消声器旁通电磁阀、热媒旁通电磁阀、应急风冷热交换器热媒进入电磁阀、应急风冷热交换器热媒排出电磁阀及应急风冷热交换器的启闭。

一种用于热电联产内燃机发电机组控制系统的控制方法，包括以下步骤：

第一步：主控单元接收用户开启机组信号并控制内燃机、发电机工作；

第二步：液位传感器检测膨胀罐内液位值后向补油单元反馈检测信号，补油单元接收检测信号后输出信号至补油判断单元，若补油判断单元判断为需要补充热媒，由热媒输送泵向膨胀罐内补充热媒；若补油判断单元判断为热媒未补充，由补油判断单元输出报警信号至主控单元，由主控单元输出状态信号至控阀单元，控阀单元再输出状态信号至状态判断单元，状态判断单元输出告警信号至执行程序，由执行程序关闭内燃机集热消声器进气阀、热媒旁通电磁阀并同时开启内燃机集热消声器旁通进气电磁阀、应急风冷热交换器热媒进入电磁阀、应急风冷热交换器热媒排出电磁阀；

第三步：在机组正常工作时，控阀单元接收温度传感器采集的热媒温度信号，由控阀单元输出温度信号至状态判断单元，状态判断单元输出温度信号至温度调节单元，温度调节单元将已设定温度值与采集温度值进行比较，若采集温度值高于设定温度值，由温度调节单元输出信号至执行单元，由执行单元减小内燃机集热消声器进气阀、增大热媒旁通电磁阀、并同时增大内燃机集热消声器旁通进气电磁阀、应急风冷热交换器热媒进入电磁阀、应急风冷热交换器热媒排出电磁阀；若采集温度低于设定温度值，由温度调节单元输出信号至执行单元，由执行单元减少内燃机集热消声器旁通进气电磁阀、减少应急风冷热交换器热媒进入电磁阀、应急风冷热交换器热媒排出电磁阀、同时增大内燃机集热消声器进气阀、减少热媒旁通电磁阀；

第四步：主控单元接收用户停机信号，由执行单元全闭内燃机集热消声器进气阀、热媒旁通电磁阀、并同时全开内燃机集热消声器旁通进气电磁阀、应急风冷热交换器热媒进入电磁阀、应急风冷热交换器热媒排出电磁阀；对热媒进行冷却，再由主控单元控制内燃机、发电机停止工作。

本发明的有益效果如下：

本发明结构简单、使用方便，机组控制器能通过对热媒温度的精确控制快速的实现对用户热负荷需求的调节，另外机组控制器能对热电联产发电机组中热媒液位进行监测，并及时进行热媒补充，还能对故障报警并停机，确保热电联产发电机组各零部件的正常运行，提高了零部件使用寿命，大大提高了生产效率。

附图说明

图1为本发明在热电联产内燃机发电机组中的结构示意图。

图2为本发明的工作流程示意图。

其中：1、内燃机；2、发电机；3、内燃机集热消声器；4、内燃机集热消声器进气阀；5、内燃机集热消声器旁通进气电磁阀；6、内燃机集热消声器排气管；7、热媒循环泵；8、热媒旁通电磁阀；9、应急风冷热交换器热媒进入电磁阀；10、应急风冷热交换器热媒排出电磁阀；11、应急风冷热交换器；12、膨胀罐；13、热媒输送泵；14、热负荷交换器；50、液位传感器；51、温度传感器；52、机组控制器。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，热电联产内燃机发电机组的控制系统包括机组控制器52，机组控制器52为整个热电联产内燃机发电机组的控制核心；温度传感器51安装在热媒进口管，其用于检测热媒进口管内流通热媒的温度。液位传感器50安装在膨胀罐12的内部，其用于检测膨胀罐12内的液位值。如图1所示，如图 1所示，上述机组控制器包括主控单元、补油单元、补油判断单元、控阀单元、状态判断单元、执行单元及温度调节单元；其中主控单元用于接收开停机组信号并控制内燃机1、发电机2启闭；还用于接收补油单元、控阀单元报警输出信号；补油单元，用于接收液位传感器50反馈在膨胀罐12内的液位值信号；补油判断单元，用于判断膨胀罐12内的液位是否达到程序设定值；控阀单元，用于控制热媒循环泵的启闭及接收温度传感器51的反馈信号；状态判断单元，用于检测热电联产发电机组各阀运行情况以及热媒温度高低；温度调节单元，用于与程序设定的热媒温度值进行对比；执行单元，用于启闭内燃机集热消声器进气阀4、内燃机集热消声器旁通电磁阀5、热媒旁通电磁阀8、应急风冷热交换器热媒进入电磁阀9、应急风冷热交换器热媒排出电磁阀10及应急风冷热交换器11的启闭。

热电联产内燃机发电机组的控制方法，包括以下步骤：

第一步：如图2所示，当用户发向主控单元发出开机信号(图2中开机信号与停机信号合并为用户开停机组信号)，机组控制器52中主控单元控制内燃机1与发电机2工作，如图1所示，内燃机工作后排出尾气，尾气通过管路进入内燃机集热消声器3，内燃机集热消声器3工作。

第二步：如图2所示，机组控制器52中补油单元由液位传感器50检测膨胀罐12中热媒的液位，液位传感器50检测热媒液位并判断是否需要补油，当热媒液位未达到程序设定值时，补油判断单元为“是“由热媒输送泵13通过管路向膨胀罐12内补充热媒，当膨胀罐12内未补充到热媒时，补油判断单元为“否”并将信息反馈给补油单元，由补油单元报警输出至主控单元，主控单元接收报警信号后对控阀单元发出状态信号，控阀单元接收该状态信号后进行状态判断单元，然后通过执行单元关闭内燃机集热消声器进气阀、同时打开内燃机集热消声器旁通进气电磁阀5，此时内燃机1的尾气不与热媒交换，直接由内燃机集热消声器排气管6排出至机组外，同时由执行单元打开应急风冷热交换器热媒进入电磁阀9、应急风冷热交换器热媒排出电磁阀10并关闭热媒旁通电磁阀8，利用应急风冷热交换器11使热媒循环管路内热媒温度下降。

第三步：如图1、图2所示，在机组正常工作时，热媒循环泵7开始循环热媒，机组控制器52中的控阀单元通过温度传感器51判断用户热负荷需求。

当检测到热媒温度上升，说明用户热负荷交换器14所需的热量减少，为了防止热媒温度过高产生积炭或者高温燃烧，由控阀单元通过温度调节单元及执行单元逐渐关闭直至全闭内燃机集热消声器进气阀4，同时由执行单元逐渐打开直至全开内燃机集热消声器旁通进气电磁阀5内燃机1的尾气通过内燃机集热消声器旁通进气管、以及内燃机集热消声器3的旁通进气口流入内燃机集热消声器3内的膨胀室，该尾气不与热媒交换，直接由内燃机集热消声器排气管6排出至机组外，减少机组的采暖量。另一种更为精确、迅速的调节采暖量的措施是由执行单元逐渐关闭直至全闭热媒旁通电磁阀8，同时由执行单元逐渐打开直至全开应急风冷热交换器热媒进入电磁阀9，使内燃机集热消声器排出的热媒经过应急风冷热交换器11风冷后流入用户热负荷交换器14的量逐渐增大直至最大，同时从内燃机集热消声器3排出的热媒通过热媒旁通电磁阀8 直接流入用户热负荷交换器14的量逐渐减少直至为零，再此过程中机组热媒所输出的采暖量减少，使热媒平均温度保持在安全范围内。

当检测到热媒温度下降，说明用户需求热负荷交换器14所需的热量增加，由控阀单元向状态判断单元输出信号，状态判断单元判断为机组运行后由温度调节单元发出信号至执行单元，执行单元逐渐关闭直至全闭内燃机集热消声器旁通进气电磁阀5，同时逐渐打开内燃机集热消声器进气阀4，使内燃机1的尾气通过内燃机集热消声器旁通进气管、旁通进气口流入内燃机集热消声器3 内膨胀室的量逐渐减少直至为零。另一种更精确、迅速调节采暖量的措施是由执行单元逐渐打开直至全开热媒旁通电磁阀8，同时逐渐关闭直至全闭应急风冷热交换器热媒进入电磁阀9、应急风冷热交换器热媒排出电磁阀10，使从内燃机集热消声器3排出的热媒经应急风冷热交换器11风冷后流入用户的热负荷热交换器31的量逐渐减少直至为零，同时从内燃机集热消声器3排出的热媒通过热媒旁通电磁阀8直接流入用户的热负荷热交换器31量逐渐增大直至最大。在此过程中机组热媒所输出的采暖量增加，热媒平均温度保持在安全范围内。

第四步：当用户发向主控单元发出停机信号(图2中开机信号与停机信号合并为用户开停机组信号)，组控制器52中主控单元控制内燃机1与发电机2 关闭，主控单元发出状态信号至控阀单元，由控阀单元进行状态判断单元为冷机，由执行单元全闭内燃机集热消声器进气电磁阀4，全开内燃机集热消声器旁通进气电磁阀5，内燃机1的尾气不与热媒热交换，直接由内燃机集热消声器排气管6排出至机组外，同时开应急风冷热交换器热媒进入电磁阀9、开应急风冷热交换器热媒排出电磁阀10、全闭热媒旁通电磁阀8，通过应急风冷热交换器11使热媒循环管路内热媒温度下降。再由主控单元控制内燃机、发电机停止工作。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在不违背本发明的基本结构的情况下，本发明可以作任何形式的修改。

Claims (2)

1.热电联产内燃机发电机组的控制系统，其特征在于包括：

一机组控制器：为热电联产内燃机发电机组的控制核心；

一温度传感器：安装于热媒进口管，用于检测热媒进口管内部热媒的温度；

一液位传感器：安装在膨胀罐的内部，用于检测膨胀罐内的液位值；

所述机组控制器包括主控单元、补油单元、补油判断单元、控阀单元、状态判断单元、执行单元及温度调节单元；

主控单元，用于接收用于开停机组信号并控制内燃机、发电机启闭；还用于接收补油单元、控阀单元报警输出信号；

补油单元，用于接收液位传感器反馈在膨胀罐内的液位值信号；

补油判断单元，用于判断膨胀罐内的液位是否达到程序设定值；

控阀单元，用于控制热媒循环泵的启闭及接收温度传感器的反馈信号；

状态判断单元，用于检测热电联产发电机组各阀运行情况以及热媒温度高低；

温度调节单元，用于与程序设定的热媒温度值进行对比；

执行单元，用于启闭内燃机集热消声器进气阀、内燃机集热消声器旁通电磁阀、热媒旁通电磁阀、应急风冷热交换器热媒进入电磁阀、应急风冷热交换器热媒排出电磁阀及应急风冷热交换器的启闭。

2.一种用于热电联产内燃机发电机组控制系统的控制方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步：主控单元接收用户开启机组信号并控制内燃机、发电机工作；

第二步：液位传感器检测膨胀罐内液位值后向补油单元反馈检测信号，补油单元接收检测信号后输出信号至补油判断单元，若补油判断单元判断为需要补充热媒，由热媒输送泵向膨胀罐内补充热媒；若补油判断单元判断为热媒未补充，由补油判断单元输出报警信号至主控单元，由主控单元输出状态信号至控阀单元，控阀单元再输出状态信号至状态判断单元，状态判断单元输出告警信号至执行程序，由执行程序关闭内燃机集热消声器进气阀、热媒旁通电磁阀并同时开启内燃机集热消声器旁通进气电磁阀、应急风冷热交换器热媒进入电磁阀、应急风冷热交换器热媒排出电磁阀；

第三步：在机组正常工作时，控阀单元接收温度传感器采集的热媒温度信号，由控阀单元输出温度信号至状态判断单元，状态判断单元输出温度信号至温度调节单元，温度调节单元将已设定温度值与采集温度值进行比较，若采集温度值高于设定温度值，由温度调节单元输出信号至执行单元，由执行单元减小内燃机集热消声器进气阀、增大热媒旁通电磁阀、并同时增大内燃机集热消声器旁通进气电磁阀、应急风冷热交换器热媒进入电磁阀、应急风冷热交换器热媒排出电磁阀；若采集温度低于设定温度值，由温度调节单元输出信号至执行单元，由执行单元减少内燃机集热消声器旁通进气电磁阀、减少应急风冷热交换器热媒进入电磁阀、应急风冷热交换器热媒排出电磁阀、同时增大内燃机集热消声器进气阀、减少热媒旁通电磁阀；

第四步：主控单元接收用户停机信号，由执行单元全闭内燃机集热消声器进气阀、热媒旁通电磁阀、并同时全开内燃机集热消声器旁通进气电磁阀、应急风冷热交换器热媒进入电磁阀、应急风冷热交换器热媒排出电磁阀；对热媒进行冷却，再由主控单元控制内燃机、发电机停止工作。