CN112196677B - 一种发电用电控柴油机的转速控制系统 - Google Patents

一种发电用电控柴油机的转速控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及发电机组技术领域，具体涉及一种发电用电控柴油机的转速控制系统。包括发电机组控制器、发动机电控模块ECM、怠速/额定开关、频率切换开关和电位计，所述发电机组控制器、怠速/额定开关、频率切换开关、电位计的信号输出端均与发动机电控模块ECM的信号输入端电性连接，所述发动机电控模块ECM的控制信号输出端分别与发动机和喷油器的控制信号输入端电性连接。通过发电机组控制器可以把扭矩和油门开度发送给隶属于CAN总线系统的ECM，通过硬线离散开关、电位计可以把转速发送给ECM，再由ECM控制发动机运转，同时可通过调整电位计，实现发动机转速微调，使其满足发电机组的要求。

Description

一种发电用电控柴油机的转速控制系统
技术领域
本发明涉及发电机组技术领域，具体涉及一种发电用电控柴油机的转速控制系统。
背景技术
当前，大部分发电用柴油发动机都是采用直列柱塞式喷油泵进行高压燃油喷射的，通过电子调速器来驱动喷油泵齿条实现动力控制。因此，发电机组的转动惯量有散差时，客户可以自主通过电子调试控制器自主调节发动机响应、调试特性等功能，实现发电机组电站的技术要求。
但随着柴油机的排放升级，柴油机采用电控发动机匹配发电机组，而发动机的响应控制参数不对客户开放，发电机组的转动惯量散差无法校正，导致柴油机难以实现发电机组电站的技术要求。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种发电用电控柴油机的转速控制系统，能够实现转速微调和转速切换，使电控发动机满足发电机组电站的技术要求。
本发明技术方案为：包括发电机组控制器、发动机电控模块ECM、怠速/额定开关、频率切换开关和电位计，所述发电机组控制器、怠速/额定开关、频率切换开关、电位计的信号输出端均与发动机电控模块ECM的信号输入端电性连接，所述发动机电控模块ECM的控制信号输出端分别与发动机和喷油器的控制信号输入端电性连接；
所述发电机组控制器用于向发动机电控模块ECM输入发动机扭矩需求信号和油门开度需求信号，所述怠速/额定开关用于向发动机电控模块ECM输入发动机怠速或额定转速控制信号，所述频率切换开关用于向发动机电控模块ECM输入发电频率信号，所述电位计用于向发动机电控模块ECM输入转速微调信号，所述发动机电控模块ECM用于根据输入的发动机扭矩需求信号、油门开度需求信号、发动机怠速或额定转速控制信号、发电频率信号、转速微调信号向发动机输出扭矩控制信号，以及向喷油器输出油门开度控制信号。
较为优选的，所述电位计包括转速偏移电位计、频率调节电位计、增益调节电位计和调速率调节电位计中的任意一个或多个；
所述转速偏移电位计用于在当前工作转速下添加一个发动机转速偏移量；
所述频率调节电位计用于在发动机额定转速上添加一个发动机转速(对应发电机组的频率)偏移量；
所述增益调节电位计用于输出所选发动机控制增益参数的增益指数值；
所述调速率调节电位计用于输出调速率值。
较为优选的，所述频率切换开关用于在发动机启动前向发动机电控模块ECM输入选定的发电频率，所述选定的发电频率为第一发电频率或第二发电频率。
较为优选的，所述发动机电控模块ECM接收到第一发电频率时，控制发动机在主转速下运行，所述发动机电控模块ECM接收到第二发电频率时，控制发动机在副转速下运行，所述第一发电频率小于第二发电频率，所述主转速小于副转速。
较为优选的，还包括转速传感器，所述转速传感器、喷油器的信号输出端均与发动机电控模块ECM的反馈信号输入端连接，所述发动机电控模块ECM的反馈信号输出端与发电机组控制器的反馈信号输入端连接，所述发电机组控制器将接收的转速、油门开度大小和扭矩大小显示输出。
较为优选的，当发动机的转速稳定性不能满足发电机组要求时，通过增益调节电位计调整发动机控制增益参数的增益指数值，通过调速率调节电位计调整发动机的调速率，直至发动机的转速稳定性满足发电机组要求。
较为优选的，当发电机组并机时，通过频率调节电位计和转速偏移电位计调整发动机的额定转速和当前工作转速，直至发动机转速达到设定值。
较为优选的，所述发电机组控制器和发动机电控模块ECM之间通过CAN总线连接。
较为优选的，所述怠速/额定开关、频率切换开关、电位计均与发动机电控模块ECM之间通过硬线连接。
较为优选的，所述发电机组控制器包括命令参数输入模块和状态参数输出模块；所述命令参数输入模块用于建立输入框，供用户输入扭矩、油门开度的命令值；所述状态参数输出模块用于建立转速、扭矩、油门开度实际输出值。
本发明的有益效果为：发动机电控模块ECM通过可调节的怠速/额定开关、频率切换开关和电位计，综合发电机组控制器输入的扭矩及油门开度大小，可实现发动机转速的切换与微调，实现电控发动机满足发电机组电站的技术要求，大大提高了安全性和降低了使用成本。允许用户在复杂负载条件下，通过简单的旋钮和开关自主优化转速稳定性，减小转速波动；多台发动机可以使用手动调整电控发动机转速，可实现多机同步运行。ECM将发动机转速、扭矩、油门开度的实际值反馈给发电机组控制器，从而实现对电控发动机的监测和控制。
附图说明
图1为本发明示意图；
图2为本发明转速调节示意图；
图3为本发明怠速/额定开关、频率切换开关的控制示意图；
图4为本发明电位计的控制示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。
如图1所示，一种发电用电控柴油机的转速控制系统，包括发电机组控制器、发动机电控模块ECM、怠速/额定开关、频率切换开关和电位计。其中，电位计包括转速偏移电位计、频率调节电位计、增益调节电位计和调速率调节电位计中的任意一个或多个。发电机组控制器、怠速/额定开关、频率切换开关、电位计的信号输出端均与发动机电控模块ECM的信号输入端电性连接，所述发动机电控模块ECM的控制信号输出端分别与发动机和喷油器的控制信号输入端电性连接。发电机组控制器用于向发动机电控模块ECM输入发动机扭矩需求信号和油门开度需求信号，怠速/额定开关用于向发动机电控模块ECM输入发动机怠速或额定转速控制信号，频率切换开关用于向发动机电控模块ECM输入发电频率信号，电位计用于向发动机电控模块ECM输入转速微调信号，所述发动机电控模块ECM用于根据输入的发动机扭矩需求信号、油门开度需求信号、发动机怠速或额定转速控制信号、发电频率信号、转速微调信号向发动机输出扭矩控制信号，以及向喷油器输出油门开度控制信号。发电机组控制器和发动机电控模块ECM之间通过CAN总线连接。较为优选的，所述怠速/额定开关、频率切换开关、电位计均与发动机电控模块ECM之间通过硬线连接。
怠速/额定开关：可以用来控制发动机在低怠速或者额定转速下运行。发动机初始标定参数为怠速状态且怠速/额定开关为怠速状态，启动发动机后，通过调整怠速/额定开关至额定转速状态，从而调整标定中的参数至额定转速状态；通过调整怠速/额定开关至怠速转速状态，从而调整标定中的参数至怠速转速状态。其中，选定额定转速开关，启动后为额定转速，选定怠速开关，启动后为怠速，启动后通过开发使能，调整到达额定转速。
频率切换开关：用于在发动机启动前向发动机电控模块ECM输入选定的发电频率，选定的发电频率为第一发电频率或第二发电频率。发动机电控模块ECM接收到第一发电频率时，控制发动机在主转速下运行，发动机电控模块ECM接收到第二发电频率时，控制发动机在副转速下运行，第一发电频率小于第二发电频率，主转速小于副转速。本实施例中，主转速为1500RPM/50HZ，副转速为1800RPM/60HZ。在启动发动机之前，通过调整频率切换开关至主转速状态，选择所需的运行转速必须在启动发动机之前，一旦发动机运行了，这个开关没有作用。
转速偏移电位计：可在当前的工作转速下添加一个发动机转速增加或减少的偏移量。转速偏移功能可以通过电位计或多路通讯值来设置调节，如果启用了电位计，工作电压范围为0.5-4.5V，电压+2.5VDC时对应0RPM偏移。通过调整电位计电压，电位计的电压调整软件中的指针指向，从而使发动机转速偏移；通常用于多个发电机组并联和负载分配时补偿发动机转速。正常情况下转速偏移值为0RPM，根据发电机组同步器和负载分配控制模块的需求来增加或减小，一旦发电机组同步完成，该值调回0RPM。
频率调节电位计：频率调节与转速偏移类似，可以添加一个发动机转速偏移量调节额定工作转速。频率调节功能可以通过电压源、电位计或多路通讯值来设置调节，如果启用了电位计或电压输入，工作电压范围为0.5-4.5V，电压+2.5VDC时对应0RPM(0HZ)偏移。通过调整电位计电压，电位计的电压调整软件中的指针指向，从而使额定转速发生变化；如果在使用发动机调速率的情况下，加载操作后转速可能会低于额定转速，然后使用频率调节补偿在满载时的转速。
增益调节电位计：可以用来修改发动机控制特征以满足特殊的稳态和瞬态响应的要求。启用电位计输入，工作电压范围为0.5-4.5V，电压+2.5VDC时对应增益指数5。增益调节特性调节增益指数值，再根据该指数值从发动机控制增益参数表选择对应增益值。该指数值可能是一个模拟信号输入，工具设定值或多路通讯值。增益调节指数范围从0到10。较小的控制增益能提高稳态稳定性但降低瞬态响应速度；大的增益值提供了更好的瞬态响应，但稳态稳定性下降。
调速率调节电位计：调速率调节信号可以给发动机转速控制系统设置一个调速率值。调速率调节范围从0到10％，如果启用了电位计或电压输入，工作电压范围为0.5-4.5V，电压0VDC时对应调速率为0％。调速率可以使额定运行的发动机其转速随负载的增加而减少。通常用于协助发电机组并机和负载分配控制。调速率可以提供一种自然的负载分配平衡。所需的调速率值可能是一个模拟信号输入,工具设定值或多路通讯值。
发电机组控制模块包括命令参数输入模块和状态参数输出模块：命令参数输入模块：建立输入框，输入扭矩、油门开度的命令值；
状态参数输出模块：建立转速、扭矩、油门开度实际输出值。
如图2发电用电控柴油机的转速控制方法，步骤如下：
1)人工通过电源开关给发动机通电，如图3所示，通过可调频率使能和频率选择类型确认发动机的额定转速，通过怠速/额定转速切换使能确认发动机启动后的转速：怠速或者额定转速；
2)起动发动机，硬线离散开关把发动机的转速发给发动机电控模块ECM；
3)人工通过发电机组控制模块输入扭矩、油门开度；
4)发电机组控制模块通过CAN总线把发动机的扭矩、油门开度发给发动机电控模块ECM；
5)ECM获取发动机的转速、扭矩、油门开度命令参数，ECM再按指令值控制发动机运转；
6)ECM把发动机转速、扭矩、油门开度的实际值通过CAN总线传给发电机组控制模块用于显示和监测；
7)如图4所示，发动机的转速稳定性不能满足发电机组的要求，通过增益调节和调速率调节调整增益指数和调速率，直至满足发电机组的要求
8)发电机组并机时通过频率调节和转速偏移，控制发动机转速。
所述的发电用电控柴油机的转速控制方法，具体方法是：
1)通过两个硬线离散开关和2个电位计控制输入转速，两个硬线离散开关和2个电位计把发动机的转速发给发动机电控模块ECM；通过发电机组控制模块输入扭矩、油门开度，发电机组控制模块通过CAN总线把发动机的扭矩、油门开度发给发动机电控模块ECM；
2)ECM对包含转速、扭矩、油门开度命令值的报文进行解析，获取发动机转速、扭矩、油门开度命令值参数，再按照这些参数控制油压电磁阀和喷油器，从而控制发动机运转；
3)发动机的转速稳定性不能满足发电机组的要求，通过增益调节和调速率调节调整增益指数和调速率，直至满足发电机组的要求；
4)发电机组并机时通过频率调节和转速偏移，控制发动机转速；
所述的ECM把发动机转速、扭矩、油门开度的实际值传给发电机组控制模块的具体步骤：
1)ECM从发动机的转速传感器读取发动机转速，ECM从发电机组控制模块发来的报文中获取油门开度；ECM通过计算获取发动机的扭矩
2)ECM把包含发动机转速、扭矩、油门开度实际值的报文发给发电机组控制模块；
3)通过发电机组控制模块中建立的发动机转速、扭矩、油门开度实际值输出框，在显示屏中相应的输出框中显示发动机转速、扭矩、油门开度实际值。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (7)

1.一种发电用电控柴油机的转速控制系统，其特征在于：包括发电机组控制器、发动机电控模块ECM、怠速/额定开关、频率切换开关和电位计，所述发电机组控制器、怠速/额定开关、频率切换开关、电位计的信号输出端均与发动机电控模块ECM的信号输入端电性连接，所述发动机电控模块ECM的控制信号输出端分别与发动机和喷油器的控制信号输入端电性连接；
所述发电机组控制器用于向发动机电控模块ECM输入发动机扭矩需求信号和油门开度需求信号，所述怠速/额定开关用于向发动机电控模块ECM输入发动机怠速或额定转速控制信号，所述频率切换开关用于向发动机电控模块ECM输入发电频率信号，所述电位计用于向发动机电控模块ECM输入转速微调信号，所述发动机电控模块ECM用于根据输入的发动机扭矩需求信号、油门开度需求信号、发动机怠速或额定转速控制信号、发电频率信号、转速微调信号向发动机输出扭矩控制信号，以及向喷油器输出油门开度控制信号；
所述怠速/额定开关用来控制发动机在低怠速或者额定转速下运行，发动机初始标定参数为怠速状态且怠速/额定开关为怠速状态，启动发动机后，通过调整怠速/额定开关至额定转速状态，从而调整标定中的参数至额定转速状态；通过调整怠速/额定开关至怠速转速状态，从而调整标定中的参数至怠速转速状态，其中，选定额定转速开关，启动后为额定转速，选定怠速开关，启动后为怠速，启动后通过开发使能，调整到达额定转速；
所述电位计包括转速偏移电位计、频率调节电位计、增益调节电位计和调速率调节电位计中的任意一个或多个；
所述转速偏移电位计用于在当前工作转速下添加一个发动机转速偏移量；
所述频率调节电位计用于在发动机额定转速上添加一个发动机转速偏移量；
所述增益调节电位计用于输出所选发动机控制增益参数的增益指数值；
所述调速率调节电位计用于输出调速率值；
当发动机的转速稳定性不能满足发电机组要求时，通过增益调节电位计调整发动机控制增益参数的增益指数值，通过调速率调节电位计调整发动机的调速率，直至发动机的转速稳定性满足发电机组要求；
当发电机组并机时，通过频率调节电位计和转速偏移电位计调整发动机的额定转速和当前工作转速，直至发动机转速达到设定值。
2.根据权利要求1所述的发电用电控柴油机的转速控制系统，其特征在于：所述频率切换开关用于在发动机启动前向发动机电控模块ECM输入选定的发电频率，所述选定的发电频率为第一发电频率或第二发电频率。
3.根据权利要求2所述的发电用电控柴油机的转速控制系统，其特征在于：所述发动机电控模块ECM接收到第一发电频率时，控制发动机在主转速下运行，所述发动机电控模块ECM接收到第二发电频率时，控制发动机在副转速下运行，所述第一发电频率小于第二发电频率，所述主转速小于副转速。
4.根据权利要求1所述的发电用电控柴油机的转速控制系统，其特征在于：还包括转速传感器，所述转速传感器、喷油器的信号输出端均与发动机电控模块ECM的反馈信号输入端连接，所述发动机电控模块ECM的反馈信号输出端与发电机组控制器的反馈信号输入端连接，所述发电机组控制器将接收的转速、油门开度大小和扭矩大小显示输出。
5.根据权利要求1所述的发电用电控柴油机的转速控制系统，其特征在于：所述发电机组控制器和发动机电控模块ECM之间通过CAN总线连接。
6.根据权利要求1所述的发电用电控柴油机的转速控制系统，其特征在于：所述怠速/额定开关、频率切换开关、电位计均与发动机电控模块ECM之间通过硬线连接。
7.根据权利要求1所述的发电用电控柴油机的转速控制系统，其特征在于：所述发电机组控制器包括命令参数输入模块和状态参数输出模块；所述命令参数输入模块用于建立输入框，供用户输入扭矩、油门开度的命令值；所述状态参数输出模块用于建立转速、扭矩、油门开度实际输出值。
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