CN112462259A - 一种黑启动柴油发电机带负荷极限时间自动测定装置及方法 - Google Patents

一种黑启动柴油发电机带负荷极限时间自动测定装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明一种黑启动柴油发电机带负荷极限时间自动测定装置，包括油位传感器、处理器模块、数码管显示控制模块和电源模块；该装置通过油位传感器测量柴油发电机油箱油位，并将油位转换为模拟电压信号提供给处理器模块，处理器模块根据模拟量AD采集端口将电压信号转换为数字量信号，进一步还原为实际油位值，工作人员操作柴油发电机启动并带满负荷，并操作数码管显示控制模块向智能处理器发送的启动指令，处理器模块记录开始时间和开始油位，当油位降低至设定的限制值，自动停止测量工作，处理器模块记录结束时间和结束油位，提醒工作停止柴油发电机，处理器模块根据测量的数据计算出极限时间和油位下降速率，由数码管显示控制模块显示。

Description

一种黑启动柴油发电机带负荷极限时间自动测定装置及方法
技术领域
本发明属于黑启动技术领域，具体涉及一种黑启动柴油发电机带负荷极限时间自动测定装置及方法。
背景技术
世界各国目前均将安全提到首要位置，黑启动在近年来倍受关注，当电网失电后，具备启动能力的机组各个系统运行正常，无影响启动的缺陷和故障，自储能或应急柴油发电机能够执行开机操作，此时机组在合理的操作和调度下，应该具备电网要求的黑启动能力。水电站或燃机电站在投产时均配备了柴油发电机，随着时间的推移和不断重复的使用，柴油发电机是否还具备出厂标定的铭牌参数，需要进行试验确认，特别是参与黑启动时，工作人员应当清晰地了解柴油发电机的实际参数，比如带满负荷的极限工作时间、油箱油位下降速率等决定黑启动时间的重要参数。随着世界各国不断发生的大停电事故，为了不影响大停电正常的生产、生活，各地地网均要求辖地具备黑启动能力的机组开展自评工作，个别地方更是要求具备资质的第三方单位全程参与，并出具详细的试验报告。目前公知的黑启动技术领域，进行黑启动时获得的均是柴油发电机铭牌参数，实际参数随着时间的推移与理论参数存在出入，尚未开展实际的柴油发电机极限工作时间、油位下降速率的测定工作，即使开展测定也需多人配合完成，更是缺少一种能够自动测定上述参数的装置或系统。还有目前柴油发电机油位显示采用的是模拟式油位计，需要人工读数，存在一定的辨识误差。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种数字化黑启动柴油发电机带负荷极限时间自动测定装置及方法，能够自动测量黑启动柴油发电机带负荷极限时间和油位下降速率，可提升测量精度和工作效率，减小人工成本。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种黑启动柴油发电机带负荷极限时间自动测定装置，包括油位传感器、处理器模块和数码管显示控制模块，所述油位传感器用于测量黑启动柴油发电机油箱的油位，油位传感器电压信号输出端与处理器模块模拟量采集端口相连，所述处理器模块用于将油位传感器转换后的油位电压信号还原为油位物理值，并计算极限工作时间和油位下降速率，通过单总线通信方式与数码管显示控制模块进行数据传输、显示和控制，所述数码管显示控制模块用于显示所测量的柴油发电机极限工作时间和油位下降速率，控制装置的启停和设定柴油发电机最低允许油位值；
所述数码管显示控制模块包括显示接口，与外接红色数码管和按键集成的显示模块相连，并与处理器模块以单总线通信方式进行数据传输与共享。
优选的，还包括电源模块，所述电源模块输出的12V电压为油位传感器供电，所述电源模块输出的5V电压为处理器模块和数码管显示控制模块供电。
进一步，所述电源模块采用具有5V和12V电压输出的2Ah充电宝。
优选的，所述油位传感器将不同油位转换以电阻方式转换为0-5V电压信号，测量精度为1cm，接线方式为四线制接线，其中两根为电源线，另外两根为信号线。
优选的，所述处理器模块包括信号输入接口、微处理器和时钟电路，时钟电路的通信端口与微处理器数字量端口相连，时钟电路用于为微处理器提供时间信号；
时钟电路包括备用电源供电电路、晶振电路和时钟芯片，晶振电路与时钟芯片振荡器输入信号端口相连，备用电源供电电路与时钟芯片备用电源端口相连，在时钟芯片主电源失电时自动投入，维持时钟电路正常运转；
信号输入端口与微处理器模拟量采样端口相连，用于将油位传感器电压信号转接至处理器模块；
微处理器将模拟量采样端口获取的0-5V电压信号利用公式Qc＝(Qmax-Qmin)(Uc)/5转换为油位值，Qc为转换后的油位值，Uc为测量电压值，Qmax为油位传感器最大量程，Qmin为油位传感器最小量程。
进一步，当微处理器收到数码管显示控制模块启动油位测量指令后，记录开始时间T0和油位值Q0，随后每隔3min记录一次油位值，直到油位值到达柴油发电机最低允许运行油位后停止测量，并记录结束时间T1和油位值Q1，微处理计算极限时间△T＝T1-T0和油位下降速率Vq＝(Q1-Q0)/△T，并通过数字量端口传输至数码管显示控制模块进行显示。
再进一步，所述备用电源供电电路采用3.3V电压等级的纽扣电池。
一种黑启动柴油发电机带负荷极限时间自动测定方法，包括如下步骤：
1)启动柴油发电机，并使其带满负荷，进入步骤2)；
2)在数码管显示控制模块中按下设置增、减按钮，设置柴油发电机最低允许运行油位Qymin，进入步骤3)；
3)在数码管显示控制模块中按下启动测量按钮，启动柴油发电机油位测量，处理器模块记录开始时间T0和油位测量值Q0，进入步骤4)；
4)处理器模块每隔3min记录一次油位值，直到油位值到达最低允许运行油位Qymin时自动停止测量，记录结束时间T1和结束油位Q1，计算极限时间△T＝T1-T0和油位下降速率Vq＝(Q1-Q0)/△T，并通过数码管显示控制模块进行显示，进入步骤5)；
5)停止柴油发电机运行，工作人员读取并记录所测量的柴油发电机极限时间和油位下降速率，确定黑启动时柴油发电机的运行时间。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明通过油位传感器测量柴油发电机油箱油位，并将油位转换为模拟电压信号提供给处理器模块，处理器模块根据模拟量AD采集端口将电压信号转换为数字量信号，进一步还原为实际油位值，工作人员操作柴油发电机启动并带满负荷，并操作数码管显示控制模块向智能处理器发送的启动指令，处理器模块记录开始时间和开始油位，当油位降低至设定的限制值，自动停止测量工作，处理器模块记录结束时间和结束油位，提醒工作停止柴油发电机，处理器模块根据测量的数据计算出极限时间和油位下降速率，由数码管显示控制模块显示，实现了柴油发电机带负荷极限时间和油位下降速率自动测定，提升了测量精度，节省了测量时间，在黑启动时为待启动机组提供柴油发电机可保证的工作时间，填补黑启动领域有关柴油发电机极限时间和油位下降速率数字化测定的技术空白。
进一步的，本发明油位传感器可精确测量油箱油位，输出的电压信号无需专门的转换模块，直接提供给处理器模块，节省了信号处理电路，同时实现了柴油发电机数字化显示，解决了柴油发电机人工读数的辨识误差问题。
进一步的，本发明电源模块同时输出12V和5V电源，采用灵活性更强的可移动充电宝，可循环使用，解决了实际作业现场电源难以寻找和拉电源等不便。
进一步的，本发明数码管显示控制模块采用现成集成模块，通过单总线协议和处理器模块进行数据共享通信，具备显示和控制双功能，无需单独配置额外的电源控制模块；数码管选用红光，易于现场工作人员读数。
进一步的，本发明针对黑启动领域柴油发电机尚无自动测量极限时间和油位下降速率的空白，可在火电、水电、燃机、新能源等领域的柴油发电机推广使用，应用前景广泛。
进一步的，本发明测定的极限时间和油位下降速率可与铭牌参数对比，考评柴油发电机的状态，当数据相差大时，为工作人员提供更换依据，防止真正黑启动时，因柴油发电机存在缺陷造成黑启动失败的重大事故。
附图说明
图1为本发明装置原理框图。
图2为本发明电源模块电路原理图。
图3为本发明油位传感器电路原理图。
图4为本发明处理器模块电路原理图。
图5为本发明显示控制模块电路原理图。
图中：电源模块1；油位传感器2；处理器模块3；数码管显示控制模块4。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明能够解决黑启动领域柴油发电机无实际测量极限时间和油位下降速率参数，为黑启动机组提供实际的参数支撑，可高效、自动、精确地进行柴油发电机极限时间和油位下降速率测量。
本发明一种黑启动柴油发电机带负荷极限时间自动测定装置，如图1所示，包括油位传感器2、处理器模块3和数码管显示控制模块4，所述油位传感器2用于测量黑启动柴油发电机油箱的油位，油位传感器2电压信号输出端与处理器模块3模拟量采集端口相连，所述处理器模块3用于将油位传感器2转换后的油位电压信号还原为油位物理值，并计算极限工作时间和油位下降速率，通过单总线通信方式与数码管显示控制模块4进行数据传输、显示和控制，所述数码管显示控制模块4用于显示所测量的柴油发电机极限工作时间、油位下降速率，控制装置的启停和设定柴油发电机最低允许油位值。
本实施例中，还包括电源模块1，所述电源模块输出的12V电压为油位传感器2供电，所述电源模块输出的5V电压为处理器模块3和数码管显示控制模块4供电。
本实施例中，所述电源模块1采用具有5V和12V电压输出的2Ah充电宝；如图2所示，电源模块1电路为电源接口D1，电源接口D1第1引脚与充电宝输出的12V电源相连，电源接口D1第2引脚与充电宝输出的5V电源相连，电源接口D1第3引脚与充电宝地相连。
本实施例中，所述油位传感器2将不同油位转换以电阻方式转换为0-5V电压信号，测量精度为1cm，接线方式为四线制接线，其中两根为电源线，另外两根为信号线；如图3所示，油位传感器2电路为油位传感器C1，油位传感器C1第1引脚与电源接口D1第1引脚相连，油位传感器C1第4引脚与电源接口D1第3引脚相连，油位传感器C1第2引脚和第3引脚为所采集的0-5V电压信号输出端。
本实施例中，所述处理器模块3包括信号输入接口、微处理器和时钟电路，时钟电路的通信端口与微处理器数字量端口相连，时钟电路用于为微处理器提供时间信号，时钟电路包括备用电源供电电路、晶振电路和时钟芯片，晶振电路与时钟芯片振荡器输入信号端口相连，备用电源供电电路与时钟芯片备用电源端口相连，在时钟芯片主电源失电时自动投入，维持时钟电路正常运转；信号输入端口与微处理器模拟量采样端口相连，用于将油位传感器2电压信号转接至处理器模块3；微处理器将模拟量采样端口获取的0-5V电压信号利用公式Qc＝(Qmax-Qmin)(Uc)/5转换为油位值，Qc为转换后的油位值，Uc为测量电压值，Qmax为油位传感器2最大量程，Qmin为油位传感器2最小量程，当微处理器收到数码管显示控制模块4启动油位测量指令后，记录开始时间T0和油位值Q0，随后每隔3min记录一次油位值，直到油位值到达柴油发电机最低允许运行油位后停止测量，并记录结束时间T1和油位值Q1，微处理计算极限时间△T＝T1-T0和油位下降速率Vq＝(Q1-Q0)/△T，并通过数字量端口传输至数码管显示控制模块4进行显示；如图4所示，所述处理器模块3包括信号输入接口P1、微处理器U1和时钟电路，信号输入接口P1第2引脚和第1引脚分别与微处理器U1第1引脚和第2引脚相连，微处理器U1第1引脚和第2引脚为微处理的模拟量采集端口，微处理器U1第6引脚与电源接口D1第2引脚相连，微处理器U1第6引脚第8引脚和信号输入接口P1第1引脚与电源接口D1第3引脚相连，所述时钟电路包括时钟芯片U2、晶振J1、备用电池B1，时钟芯片U2第1引脚与电源接口D1第2引脚相连，时钟芯片U2第4引脚与电源接口D1第3引脚相连，晶振J1并联在时钟芯片U2第2引脚和第3引脚，备用电池B1并联在时钟芯片U2第2引脚和第3引脚，时钟芯片U2第7引脚、第5引脚、第6引脚分别与微处理器U1第3引脚、第4引脚、第12引脚相连，时钟芯片U2第7引脚、第5引脚、第6引脚为时钟芯片的通信端口，微处理器U1第3引脚、第4引脚、第12引脚为微处理数字两端口。
本实施例中，所述备用电池B1采用3.3V电压等级的纽扣电池。
本实施例中，所述数码管显示控制模块4包括显示接口，与外接红色数码管和按键集成的显示模块相连，并与处理器模块3以单总线通信方式进行数据传输与共享；如图5所示，所述数码管显示控制模块4显示接口X1的第1引脚与电源接口D1第2引脚相连，显示接口X1的第4引脚与电源接口D1第3引脚相连，显示接口X1第2引脚和第3引脚分别与微处理器U1第5引脚和第7引脚相连，显示接口X1第2引脚和第3引脚为单总线通信端口。
以上所述，仅是本发明专利的较佳实施例，并非对本发明专利作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (8)

1.一种黑启动柴油发电机带负荷极限时间自动测定装置，其特征在于，包括油位传感器(2)、处理器模块(3)和数码管显示控制模块(4)，所述油位传感器(2)用于测量黑启动柴油发电机油箱的油位，油位传感器(2)电压信号输出端与处理器模块(3)模拟量采集端口相连，所述处理器模块(3)用于将油位传感器(2)转换后的油位电压信号还原为油位物理值，并计算极限工作时间和油位下降速率，通过单总线通信方式与数码管显示控制模块(4)进行数据传输、显示和控制，所述数码管显示控制模块(4)用于显示所测量的柴油发电机极限工作时间和油位下降速率，控制装置的启停和设定柴油发电机最低允许油位值；
所述数码管显示控制模块(4)包括显示接口，与外接红色数码管和按键集成的显示模块相连，并与处理器模块(3)以单总线通信方式进行数据传输与共享。
2.根据权利要求1所述的一种黑启动柴油发电机带负荷极限时间自动测定装置，其特征在于，还包括电源模块(1)，所述电源模块输出的12V电压为油位传感器(2)供电，所述电源模块输出的5V电压为处理器模块(3)和数码管显示控制模块(4)供电。
3.根据权利要求2所述的一种黑启动柴油发电机带负荷极限时间自动测定装置，其特征在于，所述电源模块(1)采用具有5V和12V电压输出的2Ah充电宝。
4.根据权利要求1所述的一种黑启动柴油发电机带负荷极限时间自动测定装置，其特征在于，所述油位传感器(2)将不同油位转换以电阻方式转换为0-5V电压信号，测量精度为1cm，接线方式为四线制接线，其中两根为电源线，另外两根为信号线。
5.根据权利要求1所述的一种黑启动柴油发电机带负荷极限时间自动测定装置，其特征在于，所述处理器模块(3)包括信号输入接口、微处理器和时钟电路，时钟电路的通信端口与微处理器数字量端口相连，时钟电路用于为微处理器提供时间信号；
时钟电路包括备用电源供电电路、晶振电路和时钟芯片，晶振电路与时钟芯片振荡器输入信号端口相连，备用电源供电电路与时钟芯片备用电源端口相连，在时钟芯片主电源失电时自动投入，维持时钟电路正常运转；
信号输入端口与微处理器模拟量采样端口相连，用于将油位传感器(2)电压信号转接至处理器模块(3)；
微处理器将模拟量采样端口获取的0-5V电压信号利用公式Qc＝(Qmax-Qmin)(Uc)/5转换为油位值，Qc为转换后的油位值，Uc为测量电压值，Qmax为油位传感器(2)最大量程，Qmin为油位传感器(2)最小量程。
6.根据权利要求5所述的一种黑启动柴油发电机带负荷极限时间自动测定装置，其特征在于，当微处理器收到数码管显示控制模块(4)启动油位测量指令后，记录开始时间T0和油位值Q0，随后每隔3min记录一次油位值，直到油位值到达柴油发电机最低允许运行油位后停止测量，并记录结束时间T1和油位值Q1，微处理计算极限时间△T＝T1-T0和油位下降速率Vq＝(Q1-Q0)/△T，并通过数字量端口传输至数码管显示控制模块(4)进行显示。
7.根据权利要求6所述的一种黑启动柴油发电机带负荷极限时间自动测定装置，其特征在于，所述备用电源供电电路采用3.3V电压等级的纽扣电池。
8.一种黑启动柴油发电机带负荷极限时间自动测定方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)启动柴油发电机，并使其带满负荷，进入步骤2)；
2)在数码管显示控制模块(4)中按下设置增、减按钮，设置柴油发电机最低允许运行油位Qymin，进入步骤3)；
3)在数码管显示控制模块(4)中按下启动测量按钮，启动柴油发电机油位测量，处理器模块(3)记录开始时间T0和油位测量值Q0，进入步骤4)；
4)处理器模块(3)每隔3min记录一次油位值，直到油位值到达最低允许运行油位Qymin时自动停止测量，记录结束时间T1和结束油位Q1，计算极限时间△T＝T1-T0和油位下降速率Vq＝(Q1-Q0)/△T，并通过数码管显示控制模块(4)进行显示，进入步骤5)；
5)停止柴油发电机运行，工作人员读取并记录所测量的柴油发电机极限时间和油位下降速率，确定黑启动时柴油发电机的运行时间。
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