CN109960199A - 一种分布式小微能源站自控系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种分布式小微能源站自控系统及控制方法，工控机接收并存储用户设置参数，工控机通过与单机控制器连接并实时通信以显示和监测用户设置参数和系统实际工作参数，单机控制器根据用户设置参数和采集到的系统实际工作参数，通过PID调节控制外部设备来调节系统实际工作参数，当系统实际工作参数满足一定值时，单机控制器引导发电机内部元件振荡，进而带动发电机磁铁运动开始发电，发电机正常工作后，通过整流、逆变给蓄电池充电及实现并网功能，进一步通过PID调节外部设备使发电机尽可能达到最佳工作状态，同时通过控制发电热源来匹配当前发电机最佳工作功率；通过工控机可以同时监控多台发电机及相关设备，起到自动智能的有益效果。

Description

一种分布式小微能源站自控系统及控制方法

技术领域

本发明涉及能源发电供热的电子电路领域，具体涉及一种分布式小微能源站自控系统及控制方法。

背景技术

我国生物质秸秆资源丰富，但总体利用率不高，并且每年的秸秆焚烧带来极大的环境污染。各地政府出台了很多秸秆禁烧令，但每年巨量的秸秆农民不烧又没有行之有效的方法处理。将生物质秸秆就地处理，用于发电或供热等能源化利用是较好的处理方法，但是传统的发电技术，不适应当前农村广泛的应用，传统的生物质秸秆直燃发电流程是：生物质秸秆在锅炉中直接燃烧，产生的蒸汽带动蒸汽轮机及发电机发电；此种发电供热技术比较成熟，但缺陷也比较明显：投资大、系统复杂、操控难、转化率不高、秸秆运输成本高、经济效益差等。当前，需要一种技术含量高，能大幅度提高秸秆利用率，能源转化率高，附加值大，就地取材就地转化的小型分布式发电装置。

现有技术的小型分布式发电装置只涉及对系统各个指标参数的检测监测功能没有自动调节功能，当系统工作状态不是特别理想的时候，需要人为的监测并调节各个参数，不能根据系统的实时工作状态自动调节发电机、外部设备、发电热源使发电机工作在最佳工作状态，既耗费人力物力，系统也达不到最好的工作状态。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中分布式小微能源站自控系统不能根据系统工作状态自动调节使发电机工作在最佳状态以及调节发电热源来匹配发电机的最佳工作功率的问题。

为了解决上述问题，本发明提供一种分布式小微能源站自控系统,包括工控机、单机控制器、发电热源，以及与所述单机控制器连接的发电机、外部设备，单机控制器根据工控机传输的信号自动调节系统工作状态，

工控机通过与单机控制器连接并实时通信以显示和监测用户设置参数和系统实际工作参数，单机控制器根据用户设置参数和采集到的系统实际工作参数，通过PID调节外部设备使系统实际工作参数满足一定值时，单机控制器引导发电机内部元件振荡，进而带动发电机磁铁运动开始发电，发电机正常工作后，通过整流、逆变给蓄电池充电及实现并网，进一步通过PID调节外部设备使发电机尽可能达到最佳工作状态，同时通过控制发电热源来匹配当前发电机最佳工作功率。

优选的，所述单机控制器包括：MCU处理器以及一端分别与所述MCU处理器连接的通信模块、IO模块、蜂鸣器、电流电压采集模块、传感器模块、电源模块，所述MCU处理器、通信模块、IO模块、蜂鸣器、电流电压采集模块、传感器模块均与电源模块连接并由电源模块供电，传感器模块的另一端、电流电压采集模块的另一端与发电机连接，IO模块的另一端与外部设备连接，通信模块的另一端与工控机连接，所述系统实际工作参数包括：状态参数、电气参数；

所述通信模块与工控机通信用以接收用户设置参数并传输给MCU处理器，MCU处理器接收并处理用户设置参数，传感器模块采集状态参数，MCU处理器读取并处理状态参数，MCU处理器比较状态参数与用户设置参数，并通过IO模块控制外部设备用以调节状态参数，当状态参数满足一定值时，MCU处理器控制电流电压采集模块引导发电机内部元件振荡，进而带动发电机磁铁运动开始发电，同时IO模块不断通过控制外部设备来尽可能接近/达到用户设置参数而使发电机尽可能达到最佳工作状态；发电机正常工作后，通过整流、逆变给蓄电池充电及实现并网输出功能，同时，电流电压采集模块采集发电机的电气参数，MCU处理器读取并处理电气参数，MCU处理器根据电气参数通过内部计算调节发电热源的功率以匹配当前发电机的最佳功率，

当系统偏离用户设置参数一定值或出现故障时，MCU微处理器控制蜂鸣器发出报警警告，同时将故障代码发送给工控机，便于维护人员维护；

所述状态参数包括系统的温度、压力，所述电气参数包括发电机的电流、电压、功率、频率、相位。

优选的，所述通信模块通过与工控机通信将用户设置参数传输给MCU处理器处理，MCU处理器根据用户设置参数调节系统实际工作参数，MCU处理器将采集到的系统实际工作参数通过通信模块传输并显示在工控机的显示屏上。

优选的，所述MCU处理器通过配置传感器模块参数使传感器模块将采集到的状态参数传输给MCU处理器，传输模块包括压力采集模块、温度采集模块，温度采集模块采集的温度参数包括发电热源的温度、发电机热头的温度，压力采集模块采集的压力参数包括发电机的压力。

优选的，所述IO模块包括信号输入模块、信号输出模块，MCU处理器通过信号输入模块控制调节外部设备的参数进而调节系统实际工作参数，信号输出模块将外部设备的参数反馈给MCU处理器，所述外部设备的参数包括循环水温、外部设备的风门、风量、水位、水流量。

优选的，所述信号输出模块包括光电耦合器应用电路，光电耦合器应用电路包括：发光源电路和受光器电路，

发光源电路通过接收外部设备传输来的信号而导通，发光源电路的导通使受光器电路导通，受光器电路的输出信号作为外部设备的参数反馈给MCU处理器。

优选的，所述电流电压采集模块包括处理模块、防触电模块、电流取样模块、电压取样模块、发电机启动模块；

MCU处理器引导发电机内部元件振荡，进而带动发电机磁铁运动开始发电，发电机启动成功开始发电后，MCU处理器关闭发电机启动模块，电流取样模块和电压取样模块采集发电机的电气参数并传输给处理模块，处理模块将处理后的电气参数传输给MCU处理器，MCU处理器根据电气参数调节发电热源的功率以匹配当前发电机的最佳功率。

优选的，所述发电机启动模块包括开关电路、引导发电机内部元件振荡的启动电路，MCU处理器控制开关电路导通使逆变器工作将直流电转为交流电，交流电进入启动电路同时MCU处理器控制启动电路导通，使发电机进入电动机工作模式进而推动发电机内部元件产生波振直至产生稳定的自主震荡，从而使发电机开始发电，当发电机开始发电后，MCU处理器控制开关电路和启动电路断开。

优选的，所述启动电路包括切断电路和构成光耦电路的光控电路、导通电路，

MCU处理器控制光控电路导通，光控电路导通后使导通电路的光耦元件导通，MCU处理器控制切断电路导通，切断电路的继电器使导通电路对应的继电器触点导通，进而使整个启动电路导通，MCU处理器接收到发电机成功开始发电的信号后控制光控电路和切断电路断开进而使导通电路断开，发电机进入发电工作模式。

优选的，所述电源模块将蓄电池的电压转换为合适的工作电压给单机控制器的各个模块供电，发电机开始发电后，发电机发的电一部分经整流后给蓄电池充电、另一部分经整流逆变后实现并网。

在无市电场合，蓄电池还能作为启动电源给外部设备供电。

本发明还提供一种分布式小微能源站自控系统的控制方法，包括以下步骤：

(1)上电，工控机、单机控制器开始工作；

(2)进入硬件自检，判断是否有故障；

(3)是，则单机控制器发出报警并将故障代码发送给工控机进入报警界面；

(4)否，则进入工控机显示主界面；

(5)工控机加载用户设置参数、单机控制器配置参数；

(6)启动完成，根据用户设置参数启动多个单机进程、每个单机进程对应一个发电机及其单机控制器，每个单机进程开始多进程工作；工控机通过与单机控制器通信读取每个单机数据并显示，以便于人机交互和异常处理时对单机进行控制；

(7)工控机同步启动每个单机的发电热源控制进程、单机控制器将采集到的系统实际工作参数传输给工控机并显示；

(8)工控机同步启动每个单机的外部设备控制进程、单机控制器根据用户设置参数和采集到的系统实际工作参数，通过PID调节控制外部设备以调节系统实际工作参数，当系统实际工作参数满足一定值时，单机控制器控制发电机开始发电；

(9)重复执行步骤(8)的通过PID调节控制外部设备以调节系统实际工作参数，以尽可能的接近/达到用户设置参数使发电机尽可能达到最佳工作状态；

(10)发电机发电后，单机控制器根据采集到的系统实际工作参数，调节控制发电热源的功率以匹配当前发电机的最佳功率。

与现有技术相比，本发明的有益效果:

1.通过微处理器MCU对环境温度，热源温度，热头温度的采集处理，根据用户设定的温度来进行PID调节水泵变频器及风阀等外部设备的控制，从而给发电机提供恒温热源让发电机正常工作；

2.通过电流电压采集模块来监测发电机输出的电压、电流、频率、功率等等参数反馈给MCU微处理器，MCU微处理器通过内部计算来调整恒温热源的功率大小，匹配当前发电机的最佳功率；

3.发电机启动，启动有两种方式，一种是手动启动，一种是自动启动。

手动启动主要考虑到现场调试维护时候使用，为了更友好的人机简单交互，可以进入调试模式。调试模式时候可以查看和设置相关参数等等。

自动模式，通过通信模块和工控机通讯，联网等等，实现远程监控功能。

4.系统自动根据实际工作情况调节各个设备使发电机达到最佳工作状态，通过一台工控机可以同时与多台单机控制器通信，实现实时查看发电机设备的各种参数同时控制每台发电机，人机交互功能友好。

5.当发电机开始工作后自动切断发电机启动电路降低功耗、防止触电。

6.当出现异常情况，蜂鸣器还能起到警报作用并将报错代码返回给工控机显示，实现更好的人机交互，便于操作人员及时发现并处理故障。

附图说明

图1为本发明分布式小微能源站自控系统的控制器框图；

图2为本发明分布式小微能源站自控系统的通信模块电路图；

图3为本发明分布式小微能源站自控系统的传感器模块电路图；

图4为本发明分布式小微能源站自控系统的IO模块电路图；

图5为本发明分布式小微能源站自控系统的电源模块电路图；

图6为本发明分布式小微能源站自控系统的电流电压采集电路图；

图7为本发明分布式小微能源站自控系统的MCU微处理器电路图；

图8为本发明分布式小微能源站自控系统的蜂鸣器电路图；

图9为本发明分布式小微能源站自控系统的控制方法流程图。

具体实施方式

本发明将结合附图作进一步详述：

本发明提供一种分布式小微能源站自控系统,包括工控机、单机控制器、发电热源，以及与所述单机控制器连接的发电机、外部设备，单机控制器根据工控机传输的信号自动调节系统工作状态，

工控机通过与单机控制器连接并实时通信以显示和监测用户设置参数和系统实际工作参数，单机控制器根据用户设置参数和采集到的系统实际工作参数，通过PID调节外部设备使系统实际工作参数满足一定值时，单机控制器引导发电机内部元件振荡，进而带动发电机磁铁运动开始发电，发电机正常工作后，通过整流、逆变给蓄电池充电及实现并网，进一步通过PID调节外部设备使发电机尽可能达到最佳工作状态，同时通过控制发电热源来匹配当前发电机最佳工作功率。

请参考图1，具体的，所述单机控制器包括：MCU处理器以及一端分别与所述MCU处理器连接的通信模块、IO模块、蜂鸣器、电流电压采集模块、传感器模块、电源模块，所述MCU处理器、通信模块、IO模块、蜂鸣器、电流电压采集模块、传感器模块均与电源模块连接并由电源模块供电，传感器模块的另一端、电流电压采集模块的另一端与发电机连接，IO模块的另一端与外部设备连接，通信模块的另一端与工控机连接，所述系统实际工作参数包括：状态参数、电气参数；

所述通信模块与工控机通信用以接收用户设置参数并传输给MCU处理器，MCU处理器接收并处理用户设置参数，传感器模块采集状态参数，MCU处理器读取并处理状态参数，MCU处理器比较状态参数与用户设置参数，并通过IO模块控制外部设备用以调节状态参数，当状态参数满足一定值时，MCU处理器控制电流电压采集模块引导发电机内部元件振荡，进而带动发电机磁铁运动开始发电，同时IO模块不断通过控制外部设备来尽可能接近/达到用户设置参数而使发电机尽可能达到最佳工作状态；发电机正常工作后，通过整流、逆变给蓄电池充电及实现并网输出功能，同时，电流电压采集模块采集发电机的电气参数，MCU处理器读取并处理电气参数，MCU处理器根据电气参数通过内部计算调节发电热源的功率以匹配当前发电机的最佳功率，

当系统偏离用户设置参数一定值或出现故障时，MCU微处理器控制蜂鸣器发出报警警告，同时将故障代码发送给工控机，便于维护人员维护；

所述状态参数包括系统的温度、压力，所述电气参数包括发电机的电流、电压、功率、频率、相位。

请参考图2，具体的，所述通信模块通过与工控机通信将用户设置参数传输给MCU处理器处理，MCU处理器根据用户设置参数调节系统实际工作参数，MCU处理器将采集到的系统实际工作参数通过通信模块传输并显示在工控机的显示屏上。

请参考图3，具体的，所述MCU处理器通过配置传感器模块参数使传感器模块将采集到的状态参数传输给MCU处理器，传输模块包括压力采集模块、温度采集模块，温度采集模块采集的温度参数包括发电热源的温度、发电机热头的温度，压力采集模块采集的压力参数包括发电机的压力。

请参考图4，具体的，所述IO模块包括信号输入模块、信号输出模块，MCU处理器通过信号输入模块控制调节外部设备的参数进而调节系统实际工作参数，信号输出模块将外部设备的参数反馈给MCU处理器，所述外部设备的参数包括循环水温、外部设备的风门、风量、水位、水流量。

进一步的，所述信号输出模块包括光电耦合器应用电路，光电耦合器应用电路包括：发光源电路和受光器电路，

发光源电路通过接收外部设备传输来的信号而导通，发光源电路的导通使受光器电路导通，受光器电路的输出信号作为外部设备的参数反馈给MCU处理器。

请参考图5，具体的，电源模块将蓄电池的电压转换为单机控制器其他内部模块可使用的工作电压，电源模块输出的直流电逆变为交流电作为发电机的启动电压。

当无市电场合时，蓄电池还可以给外部设备如水泵风机供电。

请参考图6，具体的，所述电流电压采集模块包括处理模块、防触电模块、电流取样模块、电压取样模块、发电机启动模块；

MCU处理器引导发电机内部元件振荡，进而带动发电机磁铁运动开始发电，发电机启动成功开始发电后，MCU处理器关闭发电机启动模块，电流取样模块和电压取样模块采集发电机的电气参数并传输给处理模块，处理模块将处理后的电气参数传输给MCU处理器，MCU处理器根据电气参数调节发电热源的功率以匹配当前发电机的最佳功率。

进一步的，所述发电机启动模块包括开关电路、引导发电机内部元件振荡的启动电路，MCU处理器控制开关电路导通使逆变器工作将直流电转为交流电，交流电进入启动电路同时MCU处理器控制启动电路导通，使发电机进入电动机工作模式进而推动发电机内部元件产生波振直至产生稳定的自主震荡，从而使发电机开始发电，当发电机开始发电后，MCU处理器控制开关电路和启动电路断开。

进一步的，所述启动电路包括切断电路和构成光耦电路的光控电路、导通电路，

MCU处理器控制光控电路导通，光控电路导通后使导通电路的光耦元件导通，MCU处理器控制切断电路导通，切断电路的继电器使导通电路对应的继电器触点导通，进而使整个启动电路导通，MCU处理器接收到发电机成功开始发电的信号后控制光控电路和切断电路断开进而使导通电路断开，发电机进入发电工作模式。

优选的，所述外部设备包括：水泵、风机。

请参考图9，本发明还提供一种分布式小微能源站自控系统的控制方法，包括以下步骤：

(1)上电，工控机、控制器开始工作；

(2)进入硬件自检，判断是否有故障；

(3)是，则控制器发出报警并将信息发送给工控机进入报警界面；

(4)否，则进入工控机显示主界面；

(5)工控机加载用户设置参数、控制器配置参数；

(6)启动完成，根据用户设置参数启动多个单主机进程、每个单主机进程对应一个发电机及其控制器，每个单主机进程开始多进程工作；工控机通过与控制器通信读取每个单主机数据并显示，以便于人机交互和异常处理时对单主机进行控制；

(7)工控机同步启动每个单主机的发电热源控制进程、控制器将采集到的系统实际工作参数传输给工控机并显示；

(8)工控机同步启动每个单主机的外部设备控制进程、控制器根据用户设置参数和采集到的系统实际工作参数，通过PID调节控制外部设备和发电热源以调节系统实际工作参数，当系统实际工作参数满足一定值时，控制器开启逆变器以激励发电机开始发电；

(9)重复执行步骤(8)的通过PID调节控制外部设备和发电热源以调节系统实际工作参数，以尽可能的接近/达到用户设置参数使发电机尽可能达到最佳工作状态；

(10)发电机发电后，控制器根据采集到的系统实际工作参数，通过PID调节控制发电热源的功率以匹配当前发电机的最佳功率。

下面结合具体实施例分析，请参考图1，所述通信模块、蜂鸣器、传感器模块由电源模块的第一电源输出端供电，所述IO模块由电源模块的第一电源输出端和第二电源输出端供电，所述电流电压采集模块由电源模块的第一电源输出端、第二电源输出端和第三电源输出端供电；

所述通信模块的第一信号输入端UART1_RX和第一信号输出端UART1_TX、第二信号输入端UART2_RX和第二信号输出端UART2_TX、电流电压采集模块的第一信号输入端UART3_RX和第一信号输出端UART3_TX分别与MCU微处理器的不同串口管脚连接并双向通信；

所述IO模块的信号输入端OUT、信号输出端IO_IN、蜂鸣器的信号输入端BEEZ、电流电压采集模块的第二信号输出端RN8209_INT1、第三信号输出端ZERO_INT、开关控制端K、传感器模块的第一输出端AD分别与MCU微处理器的不同IO管脚连接；

所述传感器模块的第一输入端CS、第二输入端CLK、第二输出端SO分别与MCU微处理器的不同SPI口管脚连接。

具体的，请参考图2-图8，所述通信模块还包括与MCU微处理器的不同串口连接并双向通信的第三信号输入端CAN_RX和第三信号输出端CAN_TX，

所述通信模块包括包含接口芯片及其应用电路的第一双向通信模块、第二双向通信模块、包含CAN总线芯片及其应用电路的第三双向通信模块；

所述第一、第二、第三通信模块的输入端、输出端分别对应通信模块的第一输入端UART1_RX、第二输入端UART2_RX、第三输入端CAN_RX和第一输出端UART1_TX、第二输出端UART1_TX、第三输出端CAN_TX；

工控机通过第一通信模块与MCU处理器通信，水泵的变频器通过第二通信模块与MCU处理器通信，第三通信模块作为预留。

所述传感器模块包括压力采集模块、温度采集模块，

所述压力采集模块的输出端为传感器模块的第一输出端AD，

所述温度采集模块包括热电偶数字转换器及其应用电路，温度采集模块的输入端为传感器模块的第一输入端CS、第二输入端CLK，输出端为传感器模块的第二输出端SO；

所述IO模块包括信号输入模块、信号输出模块，

信号输入模块的输入端为IO模块的信号输入端OUT，

信号输出模块的输出端为IO模块的信号输出端IO_IN；

所述电源模块包括第一电源模块、第二电源模块，

第一电源模块包括电源芯片、LDO稳压器及其应用电路，第一电源模块的输出端为电源模块的第一电源输出端、第二电源输出端、接地端GND；

第二电源模块包括隔离电源模块、LDO稳压器及其应用电路，第二电源模块的输出端为电源模块的第三电源输出端；

所述电流电压采集模块包括处理模块、防触电模块、电流取样模块、电压取样模块、发电机启动模块；所述处理模块包括电能计量芯片及其应用电路，防触电模块包括隔离芯片及其应用电路、电流采样模块包括互感器及其应用电路；

处理模块的第一输出端为电流电压采集模块的第二信号输出端RN8209_INT1、第二输出端RN8209_TX接防触电模块的第一输入端、第一输入端RN8209_RX接防触电模块的第一输出端；

防触电模块的第二输入端为电流电压采集模块的第一信号输入端UART3_RX、第二输出端为电流电压采集模块的第一信号输出端UART3_TX；

所述发电机启动模块的第一输出端为电流电压采集模块的第三信号输出端ZERO_INT、发电机的第一输出端OUT_AC220L接电压采集模块的第一电压输入端、发电机的第二输出端OUT_AC 220N接电压采集模块的第二电压输入端、控制端为电流电压采集模块的开关控制端K；

所述电流取样模块的第一节点电流信号Iin1+、第二节点电流信号Iin1-分别接电能计量芯片的电流通道正模拟输入管脚、负模拟输入管脚；

所述电压取样模块的第一节点电压信号Vin+、第二节点电压信号Vin-分别接电能计量芯片的电压通道正模拟输入管脚、负模拟输入管脚。

具体的，请参考图3，所述温度采集模块包含4个并联的热电偶数字转换器，传感器模块的第一输入端CS包括输入端CS1、输入端CS2、输入端CS3、输入端CS4，传感器模块的第一输出端AD包括输出端AD1、输出端AD2、输出端AD3、输出端AD4；所述IO模块的信号输入端OUT包括输入端OUT1、输入端OUT2、输入端OUT3、输入端OUT4，信号输出端IO_IN包括输出端IO_IN1、输出端IO_IN2、输出端IO_IN3、输出端IO_IN4；电流电压采集模块的开关控制端K包括控制端K1、控制端K2、控制端K3、控制端K4。

具体的，请参考图4，所述信号输入模块包括4个并联的光电耦合器应用电路，每个光电耦合器应用电路包括：发光源电路和受光器电路，

发光源电路由电源模块的第二电源输出端供电、经第一电阻后分别与并联的第一发光二极管的阳极和第二电阻的一端连接、第一发光二极管的阴极与电容的第一端和光电耦合器的发光二极管的阳极连接、第二电阻的另一端与电容的第二端和光电耦合器的发光二极管的阴极连接，接线端子的第一接口与二极管的阳极和接地端GND连接、第二接口与电容的第二端和二极管的阴极连接；

所述第一电阻为电阻R11、电阻R13、电阻R15、电阻R17，第一发光二极管为：发光二极管D31、发光二极管D32、发光二极管D33、发光二极管D34，第二电阻为电阻R12、电阻R14、电阻R16、电阻R18，电容为电容C11、电容C12、电容C13、电容C14，接线端子为端子J17、端子J18、端子J19、端子J20，二极管为二极管D35、二极管D36、二极管D37、二极管D38；

受光器电路由电源模块的第一电源输出端供电、经第三电阻与光电耦合器的光敏三极管的集电极连接、光敏三极管的发射极与接地端GND连接，光敏三极管的集电极接IO模块的信号输出端IO_IN。

具体的，请参考图6，所述发电机启动模块包括开关电路、引导发电机内部元件振荡的启动电路，

开关电路包括：由电源模块的第二电源输出端供电、依次经发光二极管D20的阳极、阴极、电阻R77与阻尼MOS管Q2的漏极连接，由阻尼MOS管Q2的漏极依次经二极管D10的阳极、阴极与第二电源输出端连接，第二继电器线圈两端分别接第二电源输出端和阻尼MOS管Q2的漏极，阻尼MOS管Q2的栅极通过电阻R40与电流电压采集模块的控制端K1连接、源极与接地端GND连接，电阻R39分别接于阻尼MOS管Q2的栅极和源极两端，第二继电器的两触点分别接于接线端子J5的第一接口、第二接口，电容C31的一端与接线端子J5的第二接口连接、另一端通过电阻R45与接线端子J5的第一接口连接；

启动电路包括：切断电路和构成光耦电路的光控电路、导通电路，

光控电路由电源模块的第三电源输出端供电、依次经电阻R56、发光二极管LD1的阳极、阴极与电流电压采集模块的控制端K3连接，由电源模块的第三电源输出端依次经电阻R57、光电可控硅的发光二极管的阳极、阴极与电流电压采集模块的控制端K3连接；

切断电路由电源模块的第二电源输出端供电、依次经发光二极管D22的阳极、阴极、电阻R79与阻尼MOS管Q5的漏极连接，由阻尼MOS管Q5的漏极依次经二极管D12的阳极、阴极与第二电源输出端连接，第三继电器线圈两端分别接第二电源输出端和阻尼MOS管Q5的漏极，阻尼MOS管Q5的栅极通过电阻R62与电流电压采集模块的控制端K2连接、源极与接地端GND连接，电阻R61分别接于阻尼MOS管Q5的栅极和源极两端；

导通电路由逆变器的第一电压输出端依次经接线端子J6的第二接口、电阻R54、光电可控硅的可控硅与可控硅Q4的第一端、电阻R60的第一端连接，电阻R60的第二端与可控硅Q4的第二端连接并与第三继电器的第一开关的第一触点连接、可控硅Q4的第三端与接线端子J6的第二接口连接，逆变器的第一电压输出端依次经接线端子J6的第二接口、电阻R58、电容C35与可控硅Q4的第二端连接，逆变器的第一电压输出端依次经接线端子J6的第二接口、电阻R55、发光二极管LD2与可控硅Q4的第二端连接，逆变器的第二电压输出端通过接线端子J6的第一接口与第三继电器的第二开关的第一触点连接，第三继电器的第一开关的第二触点通过接线端子J7与发电机的第一输出端OUT_AC220L连接，第三继电器的第二开关的第二触点通过接线端子J8与发电机的第二输出端OUT_AC220N连接，外网连接设备通过接线端子J9与接线端子J7连接。

请参考图4，本发明还提供一种光电耦合器的信号输入应用电路，包括：发光源电路和受光器电路，

发光源电路由电源供电端经第一电阻后分别与并联的第一发光二极管的阳极和第二电阻的一端连接、第一发光二极管的阴极与电容的第一端和光电耦合器的发光二极管的阳极连接、第二电阻的另一端与电容的第二端和光电耦合器的发光二极管的阴极连接，电容的第二端与接地；

受光器电路由电源供电端供电经第三电阻与光电耦合器的光敏三极管的集电极连接、光敏三极管的发射极接地，光敏三极管的集电极为应用电路的输出端。

请参考图6，本发明还提供一种发电机启动模块，包括开关电路、引导发电机内部元件振荡的启动电路，

开关电路包括：由电源供电端依次经发光二极管D20的阳极、阴极、电阻R77与阻尼MOS管Q2的漏极连接，由阻尼MOS管Q2的漏极依次经二极管D10的阳极、阴极与电源供电端连接，第二继电器线圈两端分别接电源供电端和阻尼MOS管Q2的漏极，阻尼MOS管Q2的栅极通过电阻R40与控制端K1连接、源极接地，电阻R39分别接于阻尼MOS管Q2的栅极和源极两端，第二继电器的两触点分别接于接线端子J5的第一接口、第二接口，电容C31的一端与接线端子J5的第二接口连接、另一端通过电阻R45与接线端子J5的第一接口连接；

启动电路包括：切断电路和构成光耦电路的光控电路、导通电路，

光控电路由电源供电端依次经电阻R56、发光二极管LD1的阳极、阴极与控制端K3连接，由电源供电端依次经电阻R57、光电可控硅的发光二极管的阳极、阴极与电流电压采集模块的控制端K3连接；

切断电路由电源供电端依次经发光二极管D22的阳极、阴极、电阻R79与阻尼MOS管Q5的漏极连接，由阻尼MOS管Q5的漏极依次经二极管D12的阳极、阴极与电源供电端连接，第三继电器线圈两端分别接电源供电端和阻尼MOS管Q5的漏极，阻尼MOS管Q5的栅极通过电阻R62与控制端K2连接、源极接地，电阻R61分别接于阻尼MOS管Q5的栅极和源极两端；

导通电路的第一电压输入端依次经接线端子J6的第二接口、电阻R54、光电可控硅的可控硅与可控硅Q4的第一端、电阻R60的第一端连接，电阻R60的第二端与可控硅Q4的第二端连接并与第三继电器的第一开关的第一触点连接、可控硅Q4的第三端与接线端子J6的第二接口连接，第一电压输入端依次经接线端子J6的第二接口、电阻R58、电容C35与可控硅Q4的第二端连接，第一电压输入端依次经接线端子J6的第二接口、电阻R55、发光二极管LD2与可控硅Q4的第二端连接，导通电路的第二电压输入端通过接线端子J6的第一接口与继电器的第二开关的第一触点连接，第三继电器的第一开关的第二触点通过接线端子J7与发电机的第一输出端OUT_AC220L连接，第三继电器的第二开关的第二触点通过接线端子J8与发电机的第二输出端OUT_AC220N连接，外网连接设备通过接线端子J9与接线端子J7连接。

作为优选，本发明的控制器中，所述MCU微处理器为STM32F103RBT6芯片、接口芯片为SP3078EEN-L、CAN总线芯片为SN65HVD230、电源芯片为LM2596S、隔离电源模块为B0505S、电能计量芯片为RN8209D、隔离芯片为ISO7221、热电偶数字转换器为MAX6675。

励磁电压及发电机启动功能说明：

当系统启动后，MCU微处理器会实时监测热源温度，发电机热头温度，循环水及风门，风量等信息，当这些参数满足用户设定参数后，首先开启发电机启动模块，提供激励电压，然后点动模式激励发电机(充磁),同时微处理器也会监测发电机的输出情况，当发现发电机激励不成功还会继续激励，直到激励成功为止，系统会自动关掉发电机启动模块，来降低功耗以及防止触电。

本发明可以是一台单机控制器对应的控制一台发电机及其外部设备，在实际生产中，也可以采用一主多从模式，通过工控机(主)与单机控制器(从)的通信从而远程控制监测每台单发电机及其外部设备的工作状态、参数。

本发明的优点在于：

1.通过微处理器MCU对环境温度，热源温度，热头温度的采集处理，根据用户设定的温度来进行PID调节水泵变频器及风阀等外部设备的控制，从而给发电机提供恒温热源让发电机正常工作；

2.通过电流电压采集模块来监测发电机输出的电压、电流、频率、功率等等参数反馈给MCU微处理器，MCU微处理器通过内部计算来调整恒温热源的功率大小，匹配当前发电机的最佳功率；

3.发电机启动，启动有两种方式，一种是手动启动，一种是自动启动。

手动启动主要考虑到现场调试维护时候使用，为了更友好的人机简单交互，可以进入调试模式。调试模式时候可以查看和设置相关参数等等。

自动模式，通过通信模块和工控机通讯，联网等等，实现远程监控功能。

4.系统自动根据实际工作情况调节各个设备使发电机达到最佳工作状态，通过一台工控机可以同时与多台单机控制器通信，实现实时查看发电机设备的各种参数同时控制每台发电机，人机交互功能友好。

5.当发电机开始工作后自动切断发电机启动电路降低功耗、防止触电。

6.当出现异常情况，蜂鸣器还能起到警报作用并将报错代码返回给工控机显示，实现更好的人机交互，便于操作人员及时发现并处理故障。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种分布式小微能源站自控系统,包括工控机、单机控制器、发电热源，以及与所述单机控制器连接的发电机、外部设备，单机控制器根据工控机传输的信号自动调节系统工作状态，

其特征在于，工控机通过与单机控制器连接并实时通信以显示和监测用户设置参数和系统实际工作参数，单机控制器根据用户设置参数和采集到的系统实际工作参数，通过PID调节外部设备使系统实际工作参数满足一定值时，单机控制器引导发电机内部元件振荡，进而带动发电机磁铁运动开始发电，发电机正常工作后，通过整流、逆变给蓄电池充电及实现并网，进一步通过PID调节外部设备使发电机尽可能达到最佳工作状态，同时通过控制发电热源来匹配当前发电机最佳工作功率。

2.根据权利要求1所述的分布式小微能源站自控系统，其特征在于，所述单机控制器包括：MCU处理器以及一端分别与所述MCU处理器连接的通信模块、IO模块、蜂鸣器、电流电压采集模块、传感器模块、电源模块，所述MCU处理器、通信模块、IO模块、蜂鸣器、电流电压采集模块、传感器模块均与电源模块连接并由电源模块供电，传感器模块的另一端、电流电压采集模块的另一端与发电机连接，IO模块的另一端与外部设备连接，通信模块的另一端与工控机连接，所述系统实际工作参数包括：状态参数、电气参数；

所述通信模块与工控机通信用以接收用户设置参数并传输给MCU处理器，MCU处理器接收并处理用户设置参数，传感器模块采集状态参数，MCU处理器读取并处理状态参数，MCU处理器比较状态参数与用户设置参数，并通过IO模块控制外部设备用以调节状态参数，当状态参数满足一定值时，MCU处理器控制电流电压采集模块引导发电机内部元件振荡，进而带动发电机磁铁运动开始发电，同时IO模块不断通过控制外部设备来尽可能接近/达到用户设置参数而使发电机尽可能达到最佳工作状态；发电机正常工作后，通过整流、逆变给蓄电池充电及实现并网输出功能，同时，电流电压采集模块采集发电机的电气参数，MCU处理器读取并处理电气参数，MCU处理器根据电气参数通过内部计算调节发电热源的功率以匹配当前发电机的最佳功率，

当系统偏离用户设置参数一定值或出现故障时，MCU微处理器控制蜂鸣器发出报警警告，同时将故障代码发送给工控机，便于维护人员维护；

所述状态参数包括系统的温度、压力，所述电气参数包括发电机的电流、电压、功率、频率、相位。

3.根据权利要求2所述的分布式小微能源站自控系统，其特征在于，所述通信模块通过与工控机通信将用户设置参数传输给MCU处理器处理，MCU处理器根据用户设置参数调节系统实际工作参数，MCU处理器将采集到的系统实际工作参数通过通信模块传输并显示在工控机的显示屏上。

4.根据权利要求2所述的分布式小微能源站自控系统，其特征在于，所述MCU处理器通过配置传感器模块参数使传感器模块将采集到的状态参数传输给MCU处理器，传输模块包括压力采集模块、温度采集模块，温度采集模块采集的温度参数包括发电热源的温度、发电机热头的温度，压力采集模块采集的压力参数包括发电机的压力。

5.根据权利要求2所述的分布式小微能源站自控系统，其特征在于，所述IO模块包括信号输入模块、信号输出模块，MCU处理器通过信号输入模块控制调节外部设备的参数进而调节系统实际工作参数，信号输出模块将外部设备的参数反馈给MCU处理器，所述外部设备的参数包括循环水温、外部设备的风门、风量、水位、水流量。

6.根据权利要求5所述的分布式小微能源站自控系统，其特征在于，所述信号输出模块包括光电耦合器应用电路，光电耦合器应用电路包括：发光源电路和受光器电路，

发光源电路通过接收外部设备传输来的信号而导通，发光源电路的导通使受光器电路导通，受光器电路的输出信号作为外部设备的参数反馈给MCU处理器。

7.根据权利要求2所述的分布式小微能源站自控系统，其特征在于，所述电流电压采集模块包括处理模块、防触电模块、电流取样模块、电压取样模块、发电机启动模块；

MCU处理器引导发电机内部元件振荡，进而带动发电机磁铁运动开始发电，发电机启动成功开始发电后，MCU处理器关闭发电机启动模块，电流取样模块和电压取样模块采集发电机的电气参数并传输给处理模块，处理模块将处理后的电气参数传输给MCU处理器，MCU处理器根据电气参数调节发电热源的功率以匹配当前发电机的最佳功率。

8.根据权利要求7所述的分布式小微能源站自控系统，其特征在于，所述发电机启动模块包括开关电路、引导发电机内部元件振荡的启动电路，MCU处理器控制开关电路导通使逆变器工作将直流电转为交流电，交流电进入启动电路同时MCU处理器控制启动电路导通，使发电机进入电动机工作模式进而推动发电机内部元件产生波振直至产生稳定的自主震荡，从而使发电机开始发电，当发电机开始发电后，MCU处理器控制开关电路和启动电路断开。

9.根据权利要求8所述的分布式小微能源站自控系统，其特征在于，所述启动电路包括切断电路和构成光耦电路的光控电路、导通电路，

MCU处理器控制光控电路导通，光控电路导通后使导通电路的光耦元件导通，MCU处理器控制切断电路导通，切断电路的继电器使导通电路对应的继电器触点导通，进而使整个启动电路导通，MCU处理器接收到发电机成功开始发电的信号后控制光控电路和切断电路断开进而使导通电路断开，发电机进入发电工作模式。

10.一种分布式小微能源站自控系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)上电，工控机、单机控制器开始工作；

(2)进入硬件自检，判断是否有故障；

(3)是，则单机控制器发出报警并将故障代码发送给工控机进入报警界面；

(4)否，则进入工控机显示主界面；

(5)工控机加载用户设置参数、单机控制器配置参数；

(6)启动完成，根据用户设置参数启动多个单机进程、每个单机进程对应一个发电机及其单机控制器，每个单机进程开始多进程工作；工控机通过与单机控制器通信读取每个单机数据并显示，以便于人机交互和异常处理时对单机进行控制；

(7)工控机同步启动每个单机的发电热源控制进程、单机控制器将采集到的系统实际工作参数传输给工控机并显示；

(8)工控机同步启动每个单机的外部设备控制进程、单机控制器根据用户设置参数和采集到的系统实际工作参数，通过PID调节控制外部设备以调节系统实际工作参数，当系统实际工作参数满足一定值时，单机控制器控制发电机开始发电；

(9)重复执行步骤(8)的通过PID调节控制外部设备以调节系统实际工作参数，以尽可能的接近/达到用户设置参数使发电机尽可能达到最佳工作状态；

(10)发电机发电后，单机控制器根据采集到的系统实际工作参数，调节控制发电热源的功率以匹配当前发电机的最佳功率。