CN105626277B - 一种内燃机发电机组远程故障诊断和健康诊断的控制器及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种内燃机发电机组远程故障诊断和健康诊断的控制器，其包括中央处理模块、调速驱动电压采集模块、发动机数据采集模块、发电机数据采集模块、开关量输入采集模块、按键输入模块、电池组电压采集模块、显示模块、开关量输出模块、故障记录存储模块、通讯接口模块、指示模块、励磁电压采集模块;以及，本发明还提供了一种应用于上述所述的内燃机发电机组远程故障诊断和健康诊断的控制器的远程故障诊断和健康诊断的方法。本发明为维修人员做故障分析和诊断提供了详尽的参考数据，为潜在故障的诊断提供了机组性能参考数据，实现了远程故障和健康诊断分析，为远程维护奠定了基础。

Description

一种内燃机发电机组远程故障诊断和健康诊断的控制器及 方法
技术领域
本发明涉及内燃机发电机组的电子控制技术领域，特别是涉及一种内燃机发电机组远程故障诊断和健康诊断的控制器及方法。
背景技术
柴油内燃机发电机组在通讯工程、消防和工业应用领域中被广泛的作为重要备用电源，在机组运行的过程中会出现各种故障，特别是在机组的启动过程中。而现有的内燃机发电机组控制器所使用的故障记录方法是：在故障发生时仅记录某个被触发的保护阀值名和故障发生的时间。它不能为维修人员提供故障发生瞬间的其它数据，比如：故障发生时内燃机发电机组处于哪个工作流程、相关的其它参数是否也存在异常、开关量输入接口处于什么状态、输出接口处于什么状态、调速驱动是否正常......，它们之间有着千丝万缕的因果逻辑关系，如果没有这些信息或数据，会导致故障诊断上的难度，维修人员必须到现场反复启动机组测量分析，重现故障，才能诊断出具体故障原因。很多的故障，可以通过远程指导，用户自己快速解决，比如：简单的调节，部件的更换等。这样可以节省大量的人力和差旅费，提高厂商的售后服务水平。另外，现有的内燃机发电机组控制器无法监测机组的性能，导致机组存在带病工作，最后导致严重故障的现象。比如：机组在负载变化时转速或电压响应慢，频率或电压波动大，导致负载受到严重冲击，甚至影响安全生产。这些都是长久以来存在而又没能被很好解决的问题。
有鉴于此，特提出本技术发明，以解决人们一直在寻求的理想解决方案。
发明内容
针对上述现有技术，本发明所要解决的技术问题是提供一种在故障发生瞬间能全面采集，故障分析所需的各种数据的内燃机发电机组控制器，可以为维修人员再现故障场景，让维修人员不必到现场就可以快速的分析故障原因，为内燃机发电机组的紧急应用争取宝贵时间;同时为了及早发现潜在故障，本发明还提供了一种内燃机发电机组远程故障诊断和健康诊断的方法，提醒用户提前做好对维护保养和调整，让机组始终处于健康状态。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种内燃机发电机组远程故障诊断和健康诊断的控制器，其包括中央处理模块、调速驱动电压采集模块、发动机数据采集模块、发电机数据采集模块、开关量输入采集模块、按键输入模块、电池组电压采集模块、显示模块、开关量输出模块、故障记录存储模块、通讯接口模块、指示模块、励磁电压采集模块，所述调速驱动电压采集模块、发动机数据采集模块、发电机数据采集模块、开关量输入采集模块、按键输入模块、电池组电压采集模块、显示模块、开关量输出模块、故障记录存储模块、通讯接口模块、指示模块、励磁电压采集模块分别与中央处理模块电连接;
当中央处理模块接收到来自开关量输入采集模块或按键输入模块的启动指令进入启动流程，所述中央处理模块通过开关量输出模块发出启动信号和其它各种流程所需的信号，控制内燃机发电机组开始启动并有序的进入运行状态;当中央处理模块接收到来自开关量输入采集模块或按键输入模块的停机指令进入停机流程，所述中央处理模块通过开关量输出模块发出停机信号和其它各种流程所需的信号，控制内燃机发电机组有序的进入待机状态;
所述调速驱动电压采集模块将采集到的电压传送给中央处理模块，所述中央处理模块在发出启动信号1-5秒后，开始检测此电压，当此电压小于电池组电压预设阀值的25%时发出报警，并同时记录此数据到故障记录存储模块中；
所述励磁电压采集模块将采集到的电压传送给中央处理模块，当暖机流程中发电电压低时，检测此电压，当此电压达不到预设的阀值时发出报警，并同时记录此数据到故障记录存储模块中;
所述发动机数据采集模块将采集到的发动机机油压力、机油温度、水箱温度、转速信号传送给中央处理模块，所述中央处理模块内预设有发动机组各个流程的状态下机油压力、机油温度、水箱温度、转速的上下限阀值，当超出预设阀值时发出警报，甚至输出停机保护信号到开关量输出模块并停机，同时记录瞬间的各种数据到故障记录存储模块中;
所述发电机数据采集模块将采集到的发电机电压、电流、频率、功率信息发送给中央处理模块，所述中央处理模块内预设有内燃机发电机组各个流程的状态下电压、电流、频率、功率的上下限阀值，当超出预设阀值时发出警报，甚至输出停机保护信号到开关量输出模块并停机，同时记录瞬间的各种数据到故障记录存储模块中;
所述电池组电压采集模块将采集到的电池组电压传送给中央处理模块，所述中央处理模块内预设有上下限阀值，当超出预设阀值时发出警报，并同时记录瞬间的各种数据到故障记录存储模块中;
所述显示模块用于显示内燃机发电机组的各种运行参数和运行状态信息以及用户设置信息;
所述通讯接口模块用于与外部PC机连接实现远程配置、监测和控制，以及和电喷发动机的ECU连接获取发动机数据和报警数据;
所述指示模块用于指示内燃机发电机组的运行状态信息和操作指示信息。
本发明的进一步改进为，所述调速驱动电压采集模块为电子调速器输出的驱动电压采集模块。
本发明的进一步改进为，所述励磁电压采集模块为励磁电压调节器输出的励磁电压采集模块。
本发明的进一步改进为，当故障发生的瞬间，保存故障诊断所需的各种数据到故障记录存储模块中，所述各种数据包括故障触发的保护参数名、故障发生时刻的时间、发动机转速、机油温度、水箱温度、机油压力、燃油量、调速驱动电压、励磁电压、开关量输入的状态、三相电压、三相负载电流、功率因素、有功功率、无功功率、频率、内燃机发电机组当前的工作流程、从开机到故障之间的运行时间、开关量输出的状态。
本发明的进一步改进为，所述故障记录存储模块中的数据，通过通讯接口模块与上位机或服务器通讯，实现远程故障诊断分析。
本发明还提供了一种应用于上述所述的内燃机发电机组远程故障诊断和健康诊断的方法，在内燃机发电机组运行过程中按顺序对波动率、负载下降率、负载变化响应率、电池老化率进行计算，包括：
通过前置条件过滤模块对来自测量数据缓存模块的转速、发电电压、电流数据，按不同计算需求的过滤规则进行截取，并转存到计算缓存模块;
然后分成2路，一路保存到性能分析缓存模块中供远程性能分析和健康诊断使用，另一路由性能计算模块进行转速波动率、负载转速下降率、负载变化的转速响应率、发电电压波动率、负载电压下降率、负载变化的电压响应率、电池组老化率的性能计算;
当计算结果超过预设阀值时，发出健康报警提示，并记录性能计算结果和健康状况到健康诊断缓存模块中。
本发明的进一步改进为，所述健康诊断缓存模块中的数据，通过通讯接口模块与上位机或服务器通讯，实现远程故障诊断分析。
本发明的进一步改进为，所述性能分析缓存模块中的数据，通过通讯接口模块与上位机或服务器通讯，实现远程故障诊断分析。
与现有技术相比，本发明中增加了调速驱动电压采集模块，将采集到的驱动电压传送给中央处理器模块，中央处理器模块在发出马达启动信号1-5秒后，开始检测此电压，当此电压小于电池组电压预设阀值的25%时发出报警，并同时记录此数据到故障记录存储模块中;还增加了励磁电压采集模块，将采集到的励磁电压传送给中央处理模块，当暖机流程中发电电压低时，检测此电压，当此电压达不到预设的阀值时发出报警，并同时记录此数据到故障记录存储模块中。
与现有技术相比，本发明的优点有如下三点：
1.通过测量调速驱动电压和励磁驱动电压，为远程故障诊断提供了依据。
2.通过在故障发生的瞬间，记录各种重要数据，完整的再现故障场景，为远程故障诊断提供了依据。
3.通过性能计算和健康诊断，使得控制器可以提醒用户及早发现潜在故障;同时也为远程健康诊断提供依据。
附图说明
图1是发明的新型内燃机发电机组控制器的原理结构框图;
图2是本发明的内燃机发电机组性能诊断处理流程图;
图3是本发明的负载转速响应率的表述示意图;
图4是本发明的空载/满载转速下降率的表述示意图;
图5是本发明的发电电压响应率的表述示意图;
图6是本发明的空载/满载电压下降率的表述示意图。
图中各部件名称如下：
1—中央处理模块;
2—调速驱动电压采集模块;
3—发动机数据采集模块;
4—发电机数据采集模块;
5—开关量输入采集模块;
6—按键输入模块;
7—电池组电压采集模块;
8—显示模块;
9—开关量输出模块;
10—故障记录存储模块;
11—通讯接口模块;
12—指示模块；
13—励磁电压采集模块。
具体实施方式
下面结合附图说明及具体实施方式对本发明进一步说明。
如图1所示，一种远程故障诊断和健康诊断的内燃机发电机组控制器，其包括中央处理模块1、调速驱动电压采集模块2、发动机数据采集模块3、发电机数据采集模块4、开关量输入采集模块5、按键输入模块6、电池组电压采集模块7、显示模块8、开关量输出模块9、故障记录存储模块10、通讯接口模块11、指示模块12、励磁电压采集模块13，所述调速驱动电压采集模块2、发动机数据采集模块3、发电机数据采集模块4、开关量输入采集模块5、按键输入模块6、电池组电压采集模块7、显示模块8、开关量输出模块9、故障记录存储模块10、通讯接口模块11、指示模块12、励磁电压采集模块13分别与中央处理模块1电连接;当中央处理模块1接收到来自开关量输入采集模块5或按键输入模块6的启动指令进入启动流程，所述中央处理模块1通过开关量输出模块9发出启动信号和其它各种流程所需的信号，控制内燃机发电机组开始启动并有序的进入运行状态;当中央处理模块1接收到来自开关量输入采集模块5或按键输入模块6的停机指令进入停机流程，所述中央处理模块1通过开关量输出模块9发出停机信号和其它各种流程所需的信号，控制内燃机发电机组有序的进入待机状态;所述调速驱动电压采集模块2将采集到的电压传送给中央处理模块1，所述中央处理模块1在发出启动信号1-5秒后，开始检测此电压，当此电压小于电池组电压预设阀值的25%时发出报警，并同时记录此数据到故障记录存储模块10中;所述发动机数据采集模块3将采集到的发动机机油压力、机油温度、水箱温度、转速信号传送给中央处理模块1，所述中央处理模块1内预设有发动机组各个流程的状态下机油压力、机油温度、水箱温度、转速的上下限阀值，当超出预设阀值时发出警报，甚至输出停机保护信号到开关量输出模块9并停机，同时记录瞬间的各种数据到故障记录存储模块10中;所述发电机数据采集模块4将采集到的发电机电压、电流、频率、功率信息发送给中央处理模块1，所述中央处理模块1内预设有内燃机发电机组各个流程的状态下电压、电流、频率、功率的上下限阀值，当超出预设阀值时发出警报，甚至输出停机保护信号到开关量输出模块9并停机，同时记录瞬间的各种数据到故障记录存储模块10中;所述电池组电压采集模块7将采集到的电池组电压传送给中央处理模块1，所述中央处理模块1内预设有上下限阀值，当超出预设阀值时发出警报，并同时记录瞬间的各种数据到故障记录存储模块10中;所述显示模块8用于显示内燃机发电机组的各种参数和运行信息;所述通讯接口模块11用于与外部PC机连接实现远程配置、监测和控制，以及和电喷发动机的ECU连接获取发动机参数和报警数据;所述指示模块12用于指示内燃机发电机组的运行状态信息和操作指示信息;所述励磁电压采集模块13将采集到的电压传送给中央处理模块1，当暖机流程中发电电压低时，检测此电压，当此电压达不到预设的阀值时发出报警，并同时记录此数据到故障记录存储模块10中。
具体地，如图1所示，所述中央处理模块1为ARM单片机。所述调速驱动电压采集模块2为电子调速器输出的驱动电压采集模块。所述发动机数据采集模块3包括用于采集发动机机油压力的压力传感器电路，用于采集机油温度、水箱温度的温度传感器电路、用于采集燃油量的液位传感器电路，以及用于采集发动机转速的转速传感器电路。所述发电机数据采集模块4包括用于采集发电机电压的电压转换采集电路，用于采集发电机负载电流的电流转换采集电路和用于采集发电机频率的频率采集电路，以及用于采集发动机功率的功率转换采集电路。所述开关量输入采集模块5是用于各种开关量数据的采集。所述按键输入模块6用于输入各种数据和指令。所述电池组电压采集模块7用于采集电池组电压。所述显示模块8采用LCD或LED显示。所述开关量输出模块9与内燃机发电机组连接，用于输出各种指令，以便于控制内燃机发电机组。所述故障记录存储模块10用于存储各种数据和指令。所述通讯接口模块11包括RS232接口、USB接口、RS485接口、CAN接口;其中RS232接口还可以和各种通讯模块连接，实现无线远程监控。所述指示模块12采用LCD或LED指示。所述励磁电压采集模块13为励磁电压调节器输出的励磁电压采集模块。所述启动流程包括预热流程、盘车流程、安全延时流程、怠速流程、暖机流程、合闸等待流程。所述停机流程包括分闸等待流程、停机冷却流程、停机怠速流程、得电停机流程、等待停稳流程。所述故障记录存储模块10中的数据，通过通讯接口模块11与上位机或服务器通讯，实现远程故障诊断分析。
所述中央处理模块1、调速驱动电压采集模块2、发动机数据采集模块3、发电机数据采集模块4、开关量输入采集模块5、按键输入模块6、电池组电压采集模块7、显示模块8、开关量输出模块9、故障记录存储模块10、通讯接口模块11、指示模块12、励磁电压采集模块13都为现有技术的一部分，本发明把它们重新组合应用达到了本发明的发明目的, 解决了本发明不能为维修人员做故障分析和诊断提供了详尽的参考数据，不能实现远程售后服务的技术问题。
本发明的目的是为解决现有内燃机发电机组控制器在存储故障记录时存在的不足，通过使用大容量的EEPROM存储器（保存时间超过100年），可以记录故障发生瞬间的各种参数。由于故障发生瞬间，中央处理器需要处理的任务繁重，所以必须使用内部RAM建立专用的故障缓存，另外还必须使用高速的大容量存储器，以便尽快将缓存内容转存到外部EEPROM中。通过使用本发明可以为维修人员再现故障情景，使得维修人员不到现场就可以快速的分析故障原因，为内燃机发电机组的快速抢修争取宝贵时间。具体记录的故障瞬间发生的数据如下表：
故障发生瞬间所记录的内容 故障发生瞬间所记录的内容
1 故障触发的保护参数名 10 3相电压
2 故障发生时刻的时间 11 3相负载电流
3 发动机转速 12 功率因素
4 机油温度 13 有功功率
5 水箱温度 14 无功功率
6 机油压力 15 频率
7 燃油量 16 内燃机发电机组当前的工作流程状态（共12个）
8 调速驱动电压、励磁电压 17 从开机到故障时之间的运行时间
9 开关量输入的状态 18 开关量输出的状态
工作流程状态：启动流程包括预热流程、盘车流程、安全延时流程、怠速流程、暖机流程、合闸等待流程;停机流程包括分闸等待流程、停机冷却流程、停机怠速流程、得电停机流程、等待停稳流程。
本发明的专利重点在于：
1.在故障发生的瞬间记录了故障分析所需的全部参数，特别是内燃机发电机组的工作流程状态和开关量输入、输出的状态，因为很多故障都和工作流程状态和开关量输入、输出相关；
2.在现有的内燃机发电机组控制器上增加了：电子调速的驱动电压采集模块2，这是故障分析所需的重要数据，通常是必须到现场反复启动测量此参数，才能判断故障是发生在内燃机发电机组控制器部分，还是电子调速器部分。还可以判断电子调速器是故障损坏还是调节不当造成；
3.在现有的内燃机发电机组控制器上增加了：励磁电压调节器的励磁电压采集模块2，这是故障分析所需的重要数据，通常是必须到现场反复启动测量此参数，才能判断故障是发生在发电机励磁电压调节器部分，还是励磁整流桥部分。
本发明的一种远程故障诊断和健康诊断的内燃机发电机组控制器工作原理：当中央处理模块1接收到来自开关量输入采集模块5或按键输入模块6的启动指令进入启动流程，中央处理模块1通过开关量输出模块9发出启动信号和其它各种流程所需的信号，控制内燃机发电机组开始启动并有序的进入运行状态;当中央处理模块1接收到来自开关量输入采集模块5或按键输入模块6的停机指令进入停机流程，中央处理模块1通过开关量输出模块9发出停机信号和其它各种流程所需的信号，控制内燃机发电机组有序的进入待机状态;调速驱动电压采集模块2将采集到的电压传送给中央处理模块1，中央处理模块1在发出启动信号1-5秒后，开始检测此电压，当此电压小于电池组电压预设阀值的25%时发出报警，并同时记录此数据到故障记录存储模块10中;发动机数据采集模块3将采集到的发动机机油压力、机油温度、水箱温度、转速信号传送给中央处理模块1，中央处理模块1内预设有发动机组各个流程的状态下机油压力、机油温度、水箱温度、转速的上下限阀值，当超出预设阀值时发出警报，甚至输出停机保护信号到开关量输出模块9并停机，同时记录瞬间的各种数据到故障记录存储模块10中;发电机数据采集模块4将采集到的发电机电压、电流、频率、功率信息发送给中央处理模块1，中央处理模块1内预设有内燃机发电机组各个流程的状态下电压、电流、频率、功率的上下限阀值，当超出预设阀值时发出警报，甚至输出停机保护信号到开关量输出模块9并停机，同时记录瞬间的各种数据到故障记录存储模块10中;电池组电压采集模块7将采集到的电池组电压传送给中央处理模块1，所述中央处理模块1内预设有上下限阀值，当超出预设阀值时发出警报，并同时记录瞬间的各种数据到故障记录存储模块10中;所述显示模块8用于显示内燃机发电机组的各种参数和运行信息;所述通讯接口模块11用于与外部PC机连接实现远程配置、监测和控制，以及和电喷发动机的ECU连接获取发动机参数和报警数据;所述指示模块12用于指示内燃机发电机组的运行状态信息和操作指示信息;所述励磁电压采集模块13将采集到的电压传送给中央处理模块1，当暖机流程中发电电压低时，检测此电压，当此电压达不到预设的阀值时发出报警，并同时记录此数据到故障记录存储模块10中。发动机组运行时的各种故障参数都储存在记录存储模块10中，维修时从记录存储模块10中调出相关参数即可。
下面列出两个实用案例：
应用案例1：当出现启动失败故障提示时，维修人员首先需要检查启动马达是否有驱动发动机旋转以及转速是多少，这时候就需要查看详细的故障瞬间的数据：转速。如果正常则需要检查燃油控制阀是否被打开，这时候就需要查看电子调速的驱动电压是否足够打开燃油控制阀。
应用案例2：当出现发电电压低故障警报停机时，维修人员首先需要了解机组是在哪个工作流程发生此故障的，此时就需要在故障记录中有流程状态数据。如果是在启动阶段发生的，则可能需要调节相关参数，比如：加长预设的暖机前的电压监测时间。如果是发生在运行阶段，则需要检查发电电压的具体数值，如果电压<预设的20V，可以判定励磁电压调节器失效或励磁线路故障。如果电压>额定电压的90%，可以判定是励磁电压调节器的电压需重新调整。在这个故障分析过程中，需要用到故障发生瞬间的发电电压，工作流程状态，否则必须到现场反复启动才能监测到这些。
图2为本发明的内燃机发电机组性能诊断处理流程图，如图2所示，本发明还提供一种应用于上述所述的内燃机发电机组远程故障诊断和健康诊断的方法，在内燃机发电机组运行过程中按顺序对波动率、负载下降率、负载变化响应率、电池老化率进行计算，包括：
通过前置条件过滤模块对来自测量数据缓存模块的转速、发电电压、电流数据，按不同计算需求的过滤规则进行截取，并转存到计算缓存模块;
然后分成2路，一路保存到性能分析缓存模块中供远程性能分析和健康诊断使用，另一路由性能计算模块进行转速波动率、负载转速下降率、负载变化的转速响应率、发电电压波动率、负载电压下降率、负载变化的电压响应率、电池组老化率的性能计算;
当计算结果超过预设阀值时，发出健康报警提示，并记录性能计算结果和健康状况到健康诊断缓存模块中。
进一步地，所述健康诊断缓存模块中的数据，通过通讯接口模块11与上位机或服务器通讯，实现远程故障诊断分析。所述性能分析缓存模块中的数据，通过通讯接口模块11与上位机或服务器通讯，实现远程故障诊断分析。
图3是本发明的负载转速响应率的表述示意图，如图3所示，负载转速响应率TRr的计算方法： TRr= TRcurrent/ [(Icurrent -Iago )X(TRfull-TRbase)/Irate +TRbase ]
其中：Icurrent 为加载后的当前电流值
Iago 为加载之前的电流值
Irate 为机组的额定电流值
TRcurrent为加载后测量的转速响应时间值
TRfull为满载的转速响应时间
TRbase为基本转速响应时间
TRr为负载转速响应率
原理描述：当前置条件监测模块监测到来自测量数据缓存模块的最新转速数据RMPcurrent 小于转速瞬间降低之前RPMago的90%（预设值）时，通知计算缓存模块开始转存来自测量数据缓存模块的转速和电流数据，转存数据的时间长度:从RPMago开始到预设的时间（5-20Sec），当转存完成后通知性能指标计算模块，开始从计算缓存中找出RMPcurrent 的时刻点，然后从之后的时刻中找出转速大于RPMago的98%（预设值）的时刻点，计算得到这2个时刻差TRcurrent，最后根据TRr公式计算，其结果和预设的负载转速响应率在性能判断逻辑模块中相比较，当大于预设值时发出警报信息到报警处理模块，让用户了解其机组需要重新进行整定或维修。
举例：
设：预设的负载转速响应率阀值为1.15
Icurrent = 250A
Iago = 100A
Irate = 500A
TRcurrent= 3.1Sec
TRfull = 4.3Sec
TRbase = 1.9Sec
TRr = 3.1/[(250-100)X(4.3-1.9)/500+1.9]
= 1.183
此例的结果大于预设值，系统发出警报，并记录此数据到警报记录中。
图4是本发明的空载/满载转速下降率的表述示意图，如图4所示，空载/满载转速下降率DRr的计算方法： DRr= (RPMidle-RPMload)/( Iload /Irate)/ RPMidle
其中：Iload 为加载后的当前电流值
Irate 为机组的额定电流值
RPMload为当前负载转速
RPMidle为空载平均转速
DRr为空载/满载转速下降率
原理描述：当前置条件监测模块监测到来自测量数据缓存模块的最新负载电流Iload 大于机组额定电流Irate的35%（预设值）时，通知计算缓存模块开始转存来自测量数据缓存模块的转速数据，转存的时间长度：从收到通知5秒后开始到预设取样次数（3-10次），当转存完成后通知性能计算模块，按DRr公式计算，其结果和预设的空载/满载转速下降率在性能判断逻辑模块中相比较，当大于预设值时发出警报信息到报警处理模块，让用户了解其机组需要重新进行整定或维修。
举例：
设： RPMidle= 1500rpm
Irate = 500A
Iload1 = 250A，Iload3 = 255A，Iload3 = 256A
Iload=（250+255+260）/3 =255A
RPMload1 = 1480，RPMload2 = 1485，RPMload3 = 1490
RPMload= (1480+1485+1490)/3 =1485
DRr= (1500-1485)/(250/500)/1500
= 0.02 取百分比为2%
假设预设的负载转速响应率阀值为1.6%，此例的结果大于预设值，系统会发出警报，并记录此数据到警报记录中。
转速波动率RPMfluct的计算方法： RPMfluct= (RPMmax - RPMmin )/RPMidle/2
dRPMidle=（/50)
其中：RPMmin为一段时间内的最低转速值
RPMmax为一段时间内的最高转速值
RPMidle为空载平均转速
RPMfluct为转速波动率
原理描述：当前置条件监测模块监测到Iload来自测量数据缓存模块的最新负载电流Iload 小于2A（预设值）时，通知计算缓存模块开始转存来自测量数据缓存模块的转速数据，转存的时间长度为取样次数50次（预设值），在转存期间如有电流超过预设的2A（预设值）时停止转存，并从下一个低于2A（预设值）的值开始重新转存。当转存完成后通知性能计算模块，按RPMfluct公式计算，其结果和预设的转速波动率在性能判断逻辑模块中相比较，当大于预设值时发出警报信息到报警处理模块，让用户了解其机组需要重新进行整定或维修。
图5是本发明的发电电压响应率的表述示意图，如图5所示，发电电压响应率TVr的计算方法： TVr= TVcurrent/ [(Icurrent -Iago )X(TVfull-TVbase)/Irate +TVbase ]
其中：Icurrent 为加载后的当前电流值
Iago 为加载之前的电流值
Irate 为机组的额定电流值
TVcurrent为加载后测量的电压响应时间值
TVfull为满载的电压响应时间
TVbase为基本电压响应时间
NVcurrent为最新发电电压
Vago为电压瞬间降低前的发电电压
TVr为负载电压响应率
原理描述：当前置条件监测模块监测到来自测量数据缓存模块的最新发电电压数据NVcurrent 小于Vago的90%（预设值）时，通知计算缓存模块开始转存来自测量数据缓存模块的发电电压和电流数据，转存数据的时间长度为:从Vago开始到预设的时间（5-20Sec），当转存完成后通知性能计算模块，开始从计算缓存中找出NVcurrent 的时刻点，然后从之后的时刻中找出电压大于Vago的98%（预设值）的时刻点，计算得到这2个时刻差TVcurrent，最后根据TVr公式计算，其结果和预设的发电电压响应率在性能判断逻辑模块中相比较，当大于预设值时发出警报信息到报警处理模块，让用户了解其机组需要重新进行整定或维修。
举例：
设：Icurrent = 250A
Iago = 100A
Irate = 500A
TVcurrent= 2.9Sec
TVfull = 3.9Sec
TVbase = 1.8Sec
TVr = 2.9/[(250-100)X(3.9-1.8)/500+1.8]
= 1.193
假设预设的负载转速响应率阀值为1.15，此例的结果大于预设值，系统发出警报，并记录此数据到警报记录中。
图6是本发明的空载/满载电压下降率的表述示意图，如图6所示，空载/满载电压下降率DVr的计算方法： DVr= (Vidle-Vload)/( Iload /Irate)/ Vidle
其中：Iload 为加载后的当前电流值
Irate 为机组的额定电流值
Vload为加载后的当前发电电压
Vidle为空载发电电压的平均平均值，来自于波动率计算的中间结果
DVr为空载/满载发电电压下降率
原理描述：当前置条件监测模块监测到来自测量数据缓存模块的最新负载电流Iload 大于机组额定电流Irate的35%（预设值）时，通知计算缓存模块开始转存来自测量数据缓存模块的发电电压和电流值数据，转存的时间长度为预设取样次数（1-10次），当转存完成后通知性能计算模块，按DVr公式计算，其结果和预设的空载/满载发电电压下降率在性能判断逻辑模块中相比较，当大于预设值时发出警报信息到报警处理模块，让用户了解其机组需要重新进行整定或维修。
举例：
设：预设取样次数为3，发电电压响应率阀值为1.5%
Irate = 500A
Vidle= 380V
Iload1 = 250A，Iload3 = 255A，Iload3 = 256A
Iload=（250+255+260）/3 =255A
Vload1 = 377V，Vload2 = 378V，Vload3 = 376V
Vload= (377+378+376)/3 =377V
DVr= (380-377)/(255/500)/380
= 0.0155 取百分比为1.55%
此例的结果大于预设值，系统会发出警报，并记录此数据到警报记录中。
电压波动率Vfluct的计算方法：
Vfluct= (Vmax - Vmin )/Vidle/2
Vidle=（/50)
其中：Vmin为一段时间内的最低发电电压值
Vmax为一段时间内的最高发电电压值
Vidle为空载平均发电电压值
Vfluct为发电电压波动率
Iload为测量数据缓存模块的最新负载电流
原理描述：当前置条件监测模块监测到Iload来自测量数据缓存模块的最新负载电流Iload 小于2A（预设值）时，通知计算缓存模块开始转存来自测量数据缓存模块的转速数据，转存的时间长度为取样次数50次（预设值），在转存期间如有电流超过预设的2A（预设值）时停止转存，并从下一个低于2A（预设值）的值开始重新转存。当转存完成后通知性能计算模块，按Vfluct公式计算，其结果和预设的转速波动率在性能判断逻辑模块中相比较，当大于预设值时发出警报信息到报警处理模块，让用户了解其机组需要重新进行整定或维修。
电池组老化率的计算方法：
在每次启动马达之前1秒，开始采集电池组电压并保存，在输出启动马达信号的瞬间开始连续采集3秒的电池组电压数据，并从中找出最低电压值和次低电压值，将这2个值平均计算后和马达启动前1秒的数据做差值运算，其结果再和预设差值做比率运算，最后得到电池组老化率，如果其超过预设老化率时，发出电池组老化报警，并记录到报警记录中，和健康诊断结果缓存。
本发明的相对于现有技术的有益效果：
1.现有的内燃机发电机组控制器都没有调速驱动电压采集模块，和励磁电压采集模块，而这2个电压的采集对故障分析起到非常大的作用。如果没有这2个模块，则维修人员必须到现场测量，而且必须要反复的启动机组才能测量这2个数据。本发明为维修人员做故障分析和诊断提供了详尽的现场数据，使得维护人员可以采用远程诊断方式（用户通过手机拍照故障记录的方式将数据传给维修人员），为用户快速诊断故障原因，加快维修速度，提高服务质量，减少差旅成本。
2.为内燃机发电机组生产商在售后服务中，采用远程诊断提供详尽的数据依据，减少不必要的现场服务，降低人工和差旅成本。
本发明的优点在于，本发明中增加了调速驱动电压采集模块，将采集到的驱动电压传送给中央处理器模块，中央处理器模块在发出马达启动信号1-5秒后，开始检测此电压，当此电压小于电池组电压预设阀值的25%时发出报警，并同时记录此数据到故障记录存储模块中;还增加了励磁电压采集模块，将采集到的励磁电压传送给中央处理模块，当暖机流程中发电电压低时，检测此电压，当此电压达不到预设的阀值时发出报警，并同时记录此数据到故障记录存储模块中。
与现有技术相比，本发明的优点有如下三点：
1.通过测量调速驱动电压和励磁驱动电压，为远程故障诊断提供了依据。
2.通过在故障发生的瞬间，记录各种重要数据，再现故障场景，为远程故障诊断提供了依据。
3.通过性能计算和健康诊断，使得控制器可以提醒用户及早发现潜在故障;同时也为远程健康诊断提供依据。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种内燃机发电机组远程故障诊断和健康诊断的控制器，其特征在于：包括中央处理模块(1)、调速驱动电压采集模块(2)、发动机数据采集模块(3)、发电机数据采集模块(4)、开关量输入采集模块(5)、按键输入模块(6)、电池组电压采集模块(7)、显示模块(8)、开关量输出模块(9)、故障记录存储模块(10)、通讯接口模块(11)、指示模块(12)、励磁电压采集模块(13)，所述调速驱动电压采集模块(2)、发动机数据采集模块(3)、发电机数据采集模块(4)、开关量输入采集模块(5)、按键输入模块(6)、电池组电压采集模块(7)、显示模块(8)、开关量输出模块(9)、故障记录存储模块(10)、通讯接口模块(11)、指示模块(12)、励磁电压采集模块(13)分别与中央处理模块(1)电连接;
当中央处理模块(1)接收到来自开关量输入采集模块(5)或按键输入模块(6)的启动指令进入启动流程，所述中央处理模块(1)通过开关量输出模块(9)发出启动信号和启动流程所需的信号，控制内燃机发电机组开始启动并有序的进入运行状态;当中央处理模块(1)接收到来自开关量输入采集模块(5)或按键输入模块(6)的停机指令进入停机流程，所述中央处理模块(1)通过开关量输出模块(9)发出停机信号和停机流程所需的信号，控制内燃机发电机组有序的进入待机状态;
所述调速驱动电压采集模块(2)将采集到的电压传送给中央处理模块(1)，所述中央处理模块(1)在发出启动信号1-5秒后，开始检测此电压，当此电压小于电池组电压预设阀值的25%时发出报警，并同时记录此数据到故障记录存储模块(10)中；
所述励磁电压采集模块(13)将采集到的电压传送给中央处理模块(1)，当暖机流程中发电电压低时，检测此电压，当此电压达不到预设的阀值时发出报警，并同时记录此数据到故障记录存储模块(10)中;
所述发动机数据采集模块(3)将采集到的发动机机油压力、机油温度、水箱温度、转速信号传送给中央处理模块(1)，所述中央处理模块(1)内预设有发动机组各个流程的状态下机油压力、机油温度、水箱温度、转速的上下限阀值，当超出预设阀值时发出警报，同时记录瞬间的数据到故障记录存储模块(10)中;
所述发电机数据采集模块(4)将采集到的发电机电压、电流、频率、功率信息发送给中央处理模块(1)，所述中央处理模块(1)内预设有内燃机发电机组各个流程的状态下电压、电流、频率、功率的上下限阀值，当超出预设阀值时发出警报，同时记录瞬间的数据到故障记录存储模块(10)中;
所述电池组电压采集模块(7)将采集到的电池组电压传送给中央处理模块(1)，所述中央处理模块(1)内预设有上下限阀值，当超出预设阀值时发出警报，并同时记录瞬间的数据到故障记录存储模块(10)中;
所述显示模块(8)用于显示内燃机发电机组的运行参数和运行状态信息以及用户设置信息;
所述通讯接口模块(11)用于与外部PC机连接实现远程配置、监测和控制，以及和电喷发动机的ECU连接获取发动机数据和报警数据;
所述指示模块(12)用于指示内燃机发电机组的运行状态信息和操作指示信息；
当故障发生的瞬间，保存故障诊断所需的数据到故障记录存储模块(10)中，所述数据包括故障触发的保护参数名、故障发生时刻的时间、发动机转速、机油温度、水箱温度、机油压力、燃油量、调速驱动电压、励磁电压、开关量输入的状态、三相电压、三相负载电流、功率因素、有功功率、无功功率、频率、内燃机发电机组当前的工作流程、从开机到故障之间的运行时间、开关量输出的状态，为远程故障诊断提供再现故障场景所需的重要数据。
2.如权利要求1所述的内燃机发电机组远程故障诊断和健康诊断的控制器，其特征在于：所述调速驱动电压采集模块(2)为电子调速器输出的驱动电压采集模块。
3.如权利要求1所述的内燃机发电机组远程故障诊断和健康诊断的控制器，其特征在于：所述励磁电压采集模块(13)为励磁电压调节器输出的励磁电压采集模块。
4.如权利要求1所述的内燃机发电机组远程故障诊断和健康诊断的控制器，其特征在于：所述故障记录存储模块(10)中的数据，通过通讯接口模块(11)与上位机或服务器通讯，实现远程故障诊断分析。
5.一种应用于如权利要求1至4任一项所述的内燃机发电机组远程故障诊断和健康诊断的控制器的方法，其特征在于，在内燃机发电机组运行过程中按顺序对波动率、负载下降率、负载变化响应率、电池老化率进行计算，包括：
通过前置条件过滤模块对来自测量数据缓存模块的转速、发电电压、电流数据，按不同计算需求的过滤规则进行截取，并转存到计算缓存模块;
然后分成2路，一路保存到性能分析缓存模块中供远程性能分析和健康诊断使用，另一路由性能计算模块进行转速波动率、负载转速下降率、负载变化的转速响应率、发电电压波动率、负载电压下降率、负载变化的电压响应率、电池组老化率的性能计算;
当计算结果超过预设阀值时，发出健康报警提示，并记录性能计算结果和健康状况到健康诊断缓存模块中。
6.如权利要求5所述的内燃机发电机组远程故障诊断和健康诊断的控制器的方法，其特征在于：所述健康诊断缓存模块中的数据，通过通讯接口模块(11)与上位机或服务器通讯，实现远程故障诊断分析。
7.如权利要求5所述的内燃机发电机组远程故障诊断和健康诊断的控制器的方法，其特征在于：所述性能分析缓存模块中的数据，通过通讯接口模块(11)与上位机或服务器通讯，实现远程故障诊断分析。
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