CN112596374A - 电子调速器的调节性能优化及状态监测系统、方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及了一种电子调速器的调节性能优化系统、方法，该调节性能优化系统包括：逻辑量验证模块；模拟量验证模块；仿真模拟平台；执行机构；上位机，用于在设置电子调速器的工作模式及在仿真模拟平台中设置电子调速器的工作条件后，向电子调速器发送控制指令，并从逻辑量验证模块和模拟量验证模块采集测试时序信号，及从仿真模拟平台获取输出响应信号，而且，将测试时序信号与预设时序信号相比较，及根据输出响应信号在线解算PID参数，并向电子调速器发送参数调节指令，以优化电子调速器的调节性能。实施本发明的技术方案，由于整个调节性能优化过程无需将电子调速器安装到现场的柴油机系统，所以，测试周期短、风险低。
Description
技术领域
本发明涉及核电领域，尤其涉及一种电子调速器的调节性能优化及状态监测系统、方法。
背景技术
目前国内核电厂大型应急柴油机控制系统使用的电子调速器由国外生产，该电子调速器是软硬件一体的高度集成化的控制设备，用于控制大型柴油机的转速和功率。但没有技术手段对调速器调节性能进行离线优化及验证，同时缺少对调速器运行状态进行监测的方法和技术。由于对电子调速器缺少有效测试手段，导致以下不足：电子调速器调节参数是否与现场柴油机匹配，参数优化必须安装到现场系统进行验证，风险高，周期长。
另外，柴油发电机系统运行中，由于缺少对电子调速器运行状态的监测手段，无法及时记录调速器实时数据，无法监测调速系统运行中的异常，无法复现和分析现场异常情况。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术存在的无法对电子调速器调节性能进行离线优化的缺陷，提供一种电子调速器的调节性能优化及状态监测系统、方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种电子调速器的调节性能优化系统，包括：
与所述电子调速器连接的逻辑量验证模块；
与所述电子调速器连接的模拟量验证模块；
与所述电子调速器连接，且用于模拟柴油发电机运行的仿真模拟平台；
连接在所述电子调速器和所述仿真模拟平台之间的执行机构；
上位机，连接于所述逻辑量验证模块、所述模拟量验证模块、所述电子调速器和所述仿真模拟平台，且用于在设置所述电子调速器的工作模式及在所述仿真模拟平台中设置所述电子调速器的工作条件后，向所述电子调速器发送控制指令，并从所述逻辑量验证模块和所述模拟量验证模块采集测试时序信号，及从所述仿真模拟平台获取输出响应信号，而且，将所述测试时序信号与预设时序信号相比较，及根据所述输出响应信号在线解算PID参数，并向所述电子调速器发送参数调节指令，以优化所述电子调速器的调节性能。
优选地，所述参数调节指令包括：转速定值设置指令、PID参数设置指令、油门开度模拟器PID参数设置指令、油门开度参数设置指令、油门开度线性化配置指令、限值设置指令、升/降速速率设置指令、带载速率设置指令。
优选地，所述控制指令包括：转速控制指令、变负荷调节控制指令、起动控制指令、怠速控制指令。
优选地，所述上位机，还用于在所述柴油发电机正常运行时，定时向所述电子调速器发送查询指令，并从所述逻辑量验证模块、所述模拟量验证模块和所述执行机构获取反馈信息，以监测所述电子调速器的运行状态，而且，还根据用户需求将所述电子调速器的运行状态信息生成报表和/或曲线。
优选地，所述查询指令包括：调节系统的状态查询指令、逻辑量输入/输出通道状态查询指令、模拟量输入/输出通道状态查询指令、频率输入通道状态查询指令。
本发明还构造一种电子调速器的调节性能优化方法，包括：
在设置电子调速器的工作模式及在仿真模拟平台中设置所述电子调速器的工作条件后，向所述电子调速器发送控制指令；
从所述逻辑量验证模块和所述模拟量验证模块采集测试时序信号，及从所述仿真模拟平台获取输出响应信号；
将所述测试时序信号与预设时序信号相比较，及根据所述输出响应信号在线解算PID参数，并向所述电子调速器发送参数调节指令，以优化所述电子调速器的调节性能。
优选地，所述参数调节指令包括：转速定值设置指令、PID参数设置指令、油门开度模拟器PID参数设置指令、油门开度参数设置指令、油门开度线性化配置指令、限值设置指令、升/降速速率设置指令、带载速率设置指令。
优选地，所述控制指令包括：转速控制指令、变负荷调节控制指令、起动控制指令、怠速控制指令。
优选地，还包括：
在柴油发电机正常运行时，定时向所述电子调速器发送查询指令；
从所述逻辑量验证模块、所述模拟量验证模块和所述执行机构获取反馈信息，以监测所述电子调速器的运行状态；
根据用户需求将所述电子调速器的运行状态信息生成报表和/或曲线。
优选地，所述查询指令包括：调节系统的状态查询指令、调节系统的配置查询指令、逻辑量输入/输出通道状态查询指令、模拟量输入/输出通道状态查询指令、频率输入通道状态查询指令。
本发明所提供的技术方案通过构造一包含上位机、逻辑量验证模块、模拟量验证模块、仿真模拟平台的调节性能优化系统，来实现测试时序信号与预设时序信号的比较以及PID各参数的在线解算，而且，通过调整PID参数来获取最优参数组合，使其与现场的柴油机相匹配，从而实现电子调速器的调节性能的优化及验证。由于整个调节性能优化过程无需将电子调速器安装到现场的柴油机系统，所以，测试周期短、风险低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图中：
图1是本发明电子调速器的逻辑结构图；
图2是本发明电子调速器的调节性能优化系统实施例一的逻辑结构图；
图3是本发明电子调速器的调节性能优化系统实施例二的逻辑结构图；
图4是本发明电子调速器的调节性能优化系统实施例三的逻辑结构图；
图5是本发明电子调速器的调节性能优化系统实施例四的逻辑结构图；
图6是本发明电子调速器的调节性能优化方法实施例一的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
首先说明的是，电子调速器作为一种高度集成化的控制设备，其作用是控制大型柴油机的转速和功率。结合图1所示的电子调速器的内部逻辑结构，该电子调速器包括处理器11及分别与处理器11连接的逻辑量输入接口12、模拟量输入接口13、转速输入接口14、逻辑量输出接口15、模拟量输出接口16、油门开度输出接口17、电源模块18、通讯模块19。
通过对电子调速器电路分析及柴油机控制逻辑的研究，本发明设计出一种测试系统，该系统可对电子调速器的调节性能进行优化及验证。图2是本发明电子调速器的调节性能优化系统实施例一的逻辑结构图，该实施例的电子调速器的调节性能优化系统包括分别与电子调速器10连接的逻辑量验证模块20、模拟量验证模块30、仿真模拟平台50、上位机60，还包括连接在电子调速器10和仿真模拟平台50之间的执行机构40。另外，上位机60还与逻辑量验证模块20、模拟量验证模块30、电子调速器10和仿真模拟平台50连接，例如通过RS232总线连接，而且，上位机60用于在设置电子调速器10的工作模式及在仿真模拟平台50中设置电子调速器10的工作条件后，向电子调速器10发送控制指令，并从逻辑量验证模块20和模拟量验证模块30采集测试时序信号，及从仿真模拟平台50获取输出响应信号，而且，将测试时序信号与预设时序信号相比较，及根据输出响应信号在线解算PID参数，并向电子调速器发送参数调节指令，以优化电子调速器的调节性能。
该实施例的技术方案通过构造一包含上位机、逻辑量验证模块、模拟量验证模块、仿真模拟平台的调节性能优化系统，来实现测试时序信号与预设时序信号的比较以及PID各参数的在线解算，而且，通过调整PID参数来获取最优参数组合，使其与现场的柴油机相匹配，从而实现电子调速器的调节性能的优化及验证。由于整个调节性能优化过程无需将电子调速器安装到现场的柴油机系统，所以，测试周期短、风险低。
图3是本发明电子调速器的调节性能优化系统实施例二的逻辑结构图，在该实施例中，控制指令包括：转速控制指令、变负荷调节控制指令、起动控制指令、怠速控制指令；参数调节指令包括：转速定值设置指令、PID参数设置指令、油门开度模拟器PID参数设置指令、油门开度参数设置指令、油门开度线性化配置指令、限值设置指令、升/降速速率设置指令、带载速率设置指令。
在该实施例中，由于电子调速器10的油门开度输出接口与执行机构40相连接，执行机构40可将电子调速器10输出的油门开度电流信号转换为相应的角度信号，并将其接入柴油发电机的仿真模拟平台50，所以，可在仿真环境中模拟柴油发电机的输出响应，构成输入输出接口电路与电子调速器的闭环控制。
当在上述模拟环境中输入柴油机工作环境参数、电子调速器参数等后，可根据不同的实验内容，按照相应的实验步骤进行实验。根据电子调速器的性能，给出参数整定的指导意见供参考。对柴油机的起动控制、设定转速、怠速切换控制、变负荷调节控制、调速特性、转速波动率等性能验证。电子调速器调节性能的优化及验证的实现过程为：首先，根据电子调速器10的工作模式和工作条件，在仿真模拟平台50中设置电子调速器10的工作条件，验证电子调速器10在各种工作模式下的功能，并进行电子调速器执行机构动态特性试验以及柴油机电子调速系统起动控制、额定转速/怠速切换控制、变负荷调节控制的验证。通过对不同工况的模拟，逻辑量验证模块20和模拟量验证模块30分别采集电子调速器10的测试时序信号，并送入上位机60，上位机60通过比较测试时序信号与预设时序信号(期望时序信号)来判断两者之间是否存在偏差。同时，上位机60还从仿真模拟平台50获取输出响应信号，并通过对该输出响应信号进行评估，观察阶跃响应的动态特性，并根据动态性能在线解算PID各参数，然后，通过调整PID参数来调节性能优化以获取最优参数组合，具体地，通过向电子调速器10发送参数调节指令，再比较电子调速器10的输出特性，并进行迭代优化。另外，上位机60通过通讯指令设置不同的调节参数来优化调速器调节性能，可调整的参数具体有转速定值设置、PID参数设置、油门开度模拟器PID参数设置、油门开度参数设置、油门开度线性化配置、限值设置、升/降速速率设置、带载速率设置定信息等。
进一步地，在一个可选实施例中，本发明的电子调速器的调节性能优化系统还可对运行期间的电子调速器的运行状态进行监测，具体地，上位机60还用于在所述柴油发电机正常运行时，定时向电子调速器10发送查询指令，并从逻辑量验证模块20、模拟量验证模块30和执行机构40获取反馈信息，以监测电子调速器10的运行状态，而且，还根据用户需求将电子调速器10的运行状态信息生成报表和/或曲线。而且，查询指令可具体包括：调节系统的状态查询指令、逻辑量输入/输出通道状态查询指令、模拟量输入/输出通道状态查询指令、频率输入通道状态查询指令。通过该实施例的技术方案，上位机60可实时对电子调速器10的运行状态进行监测，可定时通过对电子调速器10发送查询指令从而得到电子调速器10的反馈信息，为掌握调节系统的实时状态提供技术支持。电子调速器10的运行状态监测内容包括：调节系统当前值、逻辑量输入输出状态、模拟量输入信号和频率输入信号当前值、模拟量输出通道当前值，实时记录调速器运行状态并对以上监测数据(包括时标)保存，对保存数据能够根据查询条件生成报表和曲线。
该实施例的技术方案在柴油发电机系统运行中，实时记录电子调速器的状态数据，及时发现调速系统运行过程中的异常，以复现和分析现场异常情况，从而实现了电子调速器运行状态的监测。
图4是本发明电子调速器的调节性能优化系统实施例三的逻辑结构图，在该实施例中，首先说明的是，电子调速器10和执行机构40共同构成调节系统，当查询指令为调节系统的状态查询指令时，调节系统的状态查询包括调节系统的当前值查询和设定值查询，其中，调节系统的当前值包括转速、油门开度等信息，例如，具体包括：当前执行机构开度、前一时刻执行机构开度、当前转速、前一时刻转速、前一时刻油门开度。调节系统的设定值包括PID输出、执行器位置等信息，例如，具体包括：转速变化前设定值、PID输出、油门限制前开度、油门限制后开度、执行机构位置、转换变化后设定值。
图5是本发明电子调速器的调节性能优化系统实施例四的逻辑结构图，在该实施例中，查询指令包括逻辑量输入/输出通道状态查询指令、模拟量输入/输出通道状态查询指令、频率输入通道状态查询指令。在电子调速器运行时，上位机60可发出查询指令直接读取电子调速器的逻辑量输入/输出通道状态信息、模拟量输入/输出通道状态信息、频率输入通道状态，从而掌握调节系统运行状态，该逻辑量输入状态主要包括并网断路器断开/闭合、运行/停止、正常启动/紧急启动、复位、怠速/额定转速设定、加载/减载、降速/恒速模式、基本负载、负载均衡等；逻辑量输出状态主要包括柴油机启动、柴油机停运、油门阈值、正常启动、允许启动、启动计时器、油门限值生效、启动失败、转速测量故障、转速阈值等。
图6是本发明电子调速器的调节性能优化方法实施例一的流程图，该实施例的电子调速器的调节性能优化方法应用在上述调节性能优化系统的上位机中，而且，包括以下步骤：
步骤S11.在设置电子调速器的工作模式及在仿真模拟平台中设置电子调速器的工作条件后，向电子调速器发送控制指令，其中，控制指令包括：转速控制指令、变负荷调节控制指令、起动控制指令、怠速控制指令；
步骤S12.从逻辑量验证模块和模拟量验证模块采集测试时序信号，及从仿真模拟平台获取输出响应信号；
步骤S13.将测试时序信号与预设时序信号相比较，及根据输出响应信号在线解算PID参数，并向电子调速器发送参数调节指令，以优化电子调速器的调节性能，其中，参数调节指令包括：转速定值设置指令、PID参数设置指令、油门开度模拟器PID参数设置指令、油门开度参数设置指令、油门开度线性化配置指令、限值设置指令、升/降速速率设置指令、带载速率设置指令。
进一步地，在一个可选实施例中，本发明的电子调速器的调节性能优化方法还包括：
在柴油发电机正常运行时，定时向电子调速器发送查询指令，其中，查询指令包括：调节系统的状态查询指令、调节系统的配置查询指令、逻辑量输入/输出通道状态查询指令、模拟量输入/输出通道状态查询指令、频率输入通道状态查询指令；
从逻辑量验证模块、模拟量验证模块和执行机构获取反馈信息，以监测电子调速器的运行状态；
根据用户需求将电子调速器的运行状态信息生成报表和/或曲线。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何纂改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
Claims (10)
1.一种电子调速器的调节性能优化系统，其特征在于，包括：
与所述电子调速器连接的逻辑量验证模块；
与所述电子调速器连接的模拟量验证模块；
与所述电子调速器连接，且用于模拟柴油发电机运行的仿真模拟平台；
连接在所述电子调速器和所述仿真模拟平台之间的执行机构；
上位机，连接于所述逻辑量验证模块、所述模拟量验证模块、所述电子调速器和所述仿真模拟平台，且用于在设置所述电子调速器的工作模式及在所述仿真模拟平台中设置所述电子调速器的工作条件后，向所述电子调速器发送控制指令，并从所述逻辑量验证模块和所述模拟量验证模块采集测试时序信号，及从所述仿真模拟平台获取输出响应信号，而且，将所述测试时序信号与预设时序信号相比较，及根据所述输出响应信号在线解算PID参数，并向所述电子调速器发送参数调节指令，以优化所述电子调速器的调节性能。
2.根据权利要求1所述的电子调速器的调节性能优化系统，其特征在于，所述参数调节指令包括：转速定值设置指令、PID参数设置指令、油门开度模拟器PID参数设置指令、油门开度参数设置指令、油门开度线性化配置指令、限值设置指令、升/降速速率设置指令、带载速率设置指令。
3.根据权利要求1所述的电子调速器的调节性能优化系统，其特征在于，所述控制指令包括：转速控制指令、变负荷调节控制指令、起动控制指令、怠速控制指令。
4.根据权利要求1-3任一项所述的电子调速器的调节性能优化系统，其特征在于，
所述上位机，还用于在所述柴油发电机正常运行时，定时向所述电子调速器发送查询指令，并从所述逻辑量验证模块、所述模拟量验证模块和所述执行机构获取反馈信息，以监测所述电子调速器的运行状态，而且，还根据用户需求将所述电子调速器的运行状态信息生成报表和/或曲线。
5.根据权利要求4所述的电子调速器的调节性能优化系统，其特征在于，所述查询指令包括：调节系统的状态查询指令、逻辑量输入/输出通道状态查询指令、模拟量输入/输出通道状态查询指令、频率输入通道状态查询指令。
6.一种电子调速器的调节性能优化方法，其特征在于，包括：
在设置电子调速器的工作模式及在仿真模拟平台中设置所述电子调速器的工作条件后，向所述电子调速器发送控制指令；
从所述逻辑量验证模块和所述模拟量验证模块采集测试时序信号，及从所述仿真模拟平台获取输出响应信号；
将所述测试时序信号与预设时序信号相比较，及根据所述输出响应信号在线解算PID参数，并向所述电子调速器发送参数调节指令，以优化所述电子调速器的调节性能。
7.根据权利要求6所述的电子调速器的调节性能优化方法，其特征在于，所述参数调节指令包括：转速定值设置指令、PID参数设置指令、油门开度模拟器PID参数设置指令、油门开度参数设置指令、油门开度线性化配置指令、限值设置指令、升/降速速率设置指令、带载速率设置指令。
8.根据权利要求6所述的电子调速器的调节性能优化方法，其特征在于，所述控制指令包括：转速控制指令、变负荷调节控制指令、起动控制指令、怠速控制指令。
9.根据权利要求6-8任一项所述的电子调速器的调节性能优化方法，其特征在于，还包括：
在柴油发电机正常运行时，定时向所述电子调速器发送查询指令；
从所述逻辑量验证模块、所述模拟量验证模块和所述执行机构获取反馈信息，以监测所述电子调速器的运行状态；
根据用户需求将所述电子调速器的运行状态信息生成报表和/或曲线。
10.根据权利要求9所述的电子调速器的调节性能优化方法，其特征在于，所述查询指令包括：调节系统的状态查询指令、调节系统的配置查询指令、逻辑量输入/输出通道状态查询指令、模拟量输入/输出通道状态查询指令、频率输入通道状态查询指令。
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