專利名稱：微型燃氣輪機的控制方法
技術領域：
本發明涉及一種控制方法，尤其是一種微型燃氣輪機的控制方法。
背景技術：
現有的微型燃氣輪機控制器大多使用機械式燃料調節器或模擬電路控制器調節燃料進而控制微型燃氣輪機轉速及渦輪后排氣溫度等參數。機械式燃料調節器對形位公差及材料性能要求較高，結構復雜。模擬電路控制器溫度漂移較大，環境適應性較差。同時二者一般僅適應特定性能的微型燃氣輪機，控制規律發生變化后，調整難度大:機械式燃料調節器往往需要對內部元件結構尺寸進行重新設計，加工周期長，成本高。模擬電路控制器則需要更換不同參數的元件，需要多次試驗驗證。
發明內容
本發明的目的是提供一種微型燃氣輪機控制方法，可以對微型燃氣輪機的起動、停機、冷運轉、負載運行等各工況實行自動調節，將微型燃氣輪機轉速及渦輪后排氣溫度等參數控制在安全允許的范圍內，以滿足微型燃氣輪機經濟性、使用壽命方面的要求。同時微型燃氣輪機控制規律發生變化時，通過軟件即可更改控制參數。本發明的技術方案是，所述的控制方法包括以下步驟:
1)主程序開始；
2)關總中斷；
3)DSP處理器初始化:
4)微型燃氣輪機狀態自檢是否成功，如成功則執行下一步驟，否則繼續進行微型燃氣輪機狀態自檢直對成功；
5)點亮“允許起動”指示燈；
6)開中斷；
7)是否需要修改控制參數，如果需要修改，則修改控制參數后執行下一步驟，否則直接執行下一步驟；
8)是否需要標定模擬量，如果需要標定，則標定模擬量后執行下一步驟，否則直接執行下一步驟；
9)是否需要讀取微型燃氣輪機歷史數據到上位機，如需要讀取，則讀取微型燃氣輪機歷史數據到上位機后執行下一步驟，否則直接執行下一步驟；
10)是否需要讀取微型燃氣輪機當前數據到上位機，如果需要讀取，則讀取微型燃氣輪機當前數據到上位機后執行下一步驟，否則直接執行下一步驟；
11)是否需要檢驗微型燃氣輪機電磁閥、點火器，如果需要檢驗，則檢驗后執行下一步驟，否則直接執行下一步驟；
12)是否需要測試指示燈，如果需要測試，則測試后執行下一步驟，否則直接執行下一步驟； 13):是否需要解除報警，如果需要解除，則調用報警解除子程序后執行下一步驟，否則直接執行下一步驟；
14)是否需要冷運轉，如果需要冷運轉，則調用冷運轉子程序后執行下一步驟，否則直接執行下一步驟；
15)是否熱需要起動，如果需要熱起動，則調用熱起動子程序、閉環轉速調節子程序、報警子程序，否則執行步驟7);
16)當接收到正常停機命令后，執行正常停機子程序，當接收到緊急停機命令后，執行緊急停機子程序。所述的步驟7)至步驟11)是由上位機通過通訊器發給控制器，由控制器解析后執行相應操作。所述的步驟12)至步驟15是由控制箱上的操作按扭控制。本發明在微型燃氣輪機數字式控制裝置中采用數字信號處理器DSP為核心控制CPU，其軟件按模塊化設計思想，劃分為驅動層、中間層、應用層三大部分。驅動層為控制軟件最底層，向CPU外圍電路芯片提供合法指令，驅動其正常工作，如AD驅動、DA驅動、SCI驅動、定時器驅動、時間芯片驅動、flash驅動、通用輸入輸出驅動等。中間層程序調用驅動層程序完成特定功能模塊程序設計，如DI掃描模塊、模擬量采樣及標定模塊、數據發送模塊、數據接收模塊、數據存儲模塊、PID計算模塊。應用層程序根據微型燃氣輪機控制需求，調用中間層程序模塊實現微型燃氣輪機冷轉、熱起動、發電運行、報警、停機、控制參數修改、讀取歷史數據等控制功能。應用本發明提出的控制方法實現了對微型燃氣輪機的起動、停機、冷運轉、負載運行等各工況實行自動調節，將微型燃氣輪機轉速及渦輪后排氣溫度等參數控制在安全允許的范圍內，滿足了微型燃氣輪機經濟性、使用壽命方面的要求。同時微型燃氣輪機控制規律發生變化時，可以通過軟件即可更改控制參數，可以廣泛應用到不同控制規律要求的燃氣輪機上。
圖1為本發明的主程序流程 圖2為冷運轉程序流程 圖3為熱起動程序流程 圖4為本發明所依賴的燃氣輪機結構示意圖。
具體實施例方式如圖所示，微型燃氣輪機的控制方法包括以下步驟:
1)主程序開始；
2)關總中斷;
3)DSP處理器初始化:
4)微型燃氣輪機狀態自檢是否成功，如成功則執行下一步驟，否則繼續進行微型燃氣輪機狀態自檢直對成功；
5)點亮“允許起動”指示燈； 6)開中斷;
7)是否需要修改控制參數，如果需要修改，則修改控制參數后執行下一步驟，否則直接執行下一步驟；
8)是否需要標定模擬量，如果需要標定，則標定模擬量后執行下一步驟，否則直接執行下一步驟；
9)是否需要讀取微型燃氣輪機歷史數據到上位機，如需要讀取，則讀取微型燃氣輪機歷史數據到上位機后執行下一步驟，否則直接執行下一步驟；
10)是否需要讀取微型燃氣輪機當前數據到上位機，如果需要讀取，則讀取微型燃氣輪機當前數據到上位機后執行下一步驟，否則直接執行下一步驟；
11)是否需要檢驗微型燃氣輪機電磁閥、點火器，如果需要檢驗，則檢驗后執行下一步驟，否則直接執行下一步驟；
12)是否需要測試指示燈，如果需要測試，則測試后執行下一步驟，否則直接執行下一步驟；
13):是否需要解除報警，如果需要解除，則調用報警解除子程序后執行下一步驟，否則直接執行下一步驟；
14)是否需要冷運轉，如果需要冷運轉，則調用冷運轉子程序后執行下一步驟，否則直接執行下一步驟；
15)是否熱需要起動，如果需要熱起動，則調用熱起動子程序、閉環轉速調節子程序、報警子程序，否則執行步驟7);
16)當接收到正常停機命令后，執行正常停機子程序，當接收到緊急停機命令后，執行緊急停機子程序。步驟14)所述的冷運轉程序包括以下步驟:
1)接收到冷運轉命令；
2)點亮控制面板“運行指示燈”，關閉“允許起動”指示燈，接通交流接觸器21；
3)設定目標轉速為冷運轉轉速NI，向起動系統[20]發出起動信號；
4)查詢是否達到冷運轉轉速NI，如果達到則執行下一步驟，否則繼續查詢直至冷運轉轉速達到NI ；
5)保持冷運轉轉速NI至規定時間Tl秒；
6)向起動系統[20]發出停機信號；
7)查詢微型燃氣輪機轉速是否降至0，如果是，則執行下一步驟，否則繼續查詢直至轉速降至O ;
8)關閉控制面板“運行”指示燈，點亮“允許起動”指示燈，斷開交流接觸器21；
9)返回。步驟15)所述的熱起動程序包括以下步驟:
O接收到熱起動命令；
2)點亮控制面板“運行”指示燈，關閉“允許起動”指示燈，接通起動系統20輸出接觸
器；
3)設定目標轉速為點火轉速N3，向起動系統[20]發出起動信號；
4)查詢是否達到點火轉速N3，如果達到則進行下一步驟，否則繼續查詢直至達到點火轉速N3 ；
5)接通點火器[16]，打開值班噴嘴截止閥[14]，給定值班噴嘴燃料調節閥[29]點火開度，啟動定時器定時20S ；
6)根據渦輪后排氣溫度T5上升率判斷點火是否成功，若成功則進行下一步驟，不成功時，若定時時間未到20S則繼續判斷，到20S點火未成功則執行緊急停機程序；
7)設定起動系統[20]目標轉速為脫機轉速N4，驅動微型燃氣輪機繼續升速；
8)打開工作噴嘴截止閥13；
9)調節值班噴嘴燃料調節閥[29]和工作噴嘴燃料調節閥[10]開度，驅動微型燃氣輪機繼續升速；
10)判斷電機起動電流是否小于5A，如果是則執行下一步驟，否則返回執行步驟9)；
11)斷開交流接觸器[21]，向起動系統[20]發出停機指令；
12)繼續調節值班噴嘴燃料調節閥[29]、工作噴嘴燃料調節閥[10]開度，驅動微型燃氣輪機繼續升速；
13)查詢轉速是否達到額定轉速N5的98%，如果達到，則執行下一步驟，否則返回執行步驟12)；
14)調節工作噴嘴燃料調節閥[10]開度，進行轉速閉環調節；
15)查詢轉速是否穩定，如果是則執行下一步驟，否則返回執行步驟14)；
16)點亮控制面板“發電”指示燈，接通交流接觸器[22]，允許加載，電力變換系統[27]開始工作，用戶負載[26]運行；
17)返回。所述的步驟7)至步驟11)是由上位機通過通訊器發給控制器，由控制器解析后執行相應操作。所述的步驟12)至步驟15是由控制箱上的操作按扭控制。本發明的控制方法所依賴的微型燃氣輪機包括壓氣機[24]、渦輪[25]、燃燒室、回熱器[28]、高速永磁電機[23]、點火器[16]、值班噴嘴[18]、工作噴嘴[17]、起動系統[20]、用戶負載[26]、電力變換系統[27]等。其燃料流向為:燃料入口 [I]—防火閥[2]—粗過濾器[3]—壓縮機[4]—單向閥[6]—細過濾器[8]—泵后截止閥[9]，隨后燃料流向分開一路經工作噴嘴燃料調節閥[10]—工作噴嘴前截止閥[13]—工作噴嘴—燃燒室[19];另外一路經值班噴嘴燃料調節閥[29]—值班噴嘴前截止閥[14]—值班噴嘴[17]—燃燒室[19]。在粗過濾器[3]的出口與單向閥[6]入口前設置了溢流閥，溢流閥[6]后設置了泵后壓力傳感器[7]，在工作噴嘴燃料調節閥[10]與工作噴嘴前截止閥[13]之間設置了放空閥[11]和工作噴嘴前壓力傳感器[12]，在值班噴嘴燃料調節閥[29]與值班噴嘴前截止閥[14]之間設置了值班噴嘴前壓力傳感器[15]。微型燃氣輪機工作過程大致如下:在微型燃氣輪機數字式控制裝置控制下，高速永磁電機[23]拖動微型燃氣輪機至點火轉速后，燃料與經空氣混合燃燒，渦輪[25]作功與高速永磁電機[23] —起拖動微型燃氣輪機繼續升速，至脫機轉速后，起動系統[20]斷開，渦輪[25]單獨拖動微型燃氣輪機升速至空載轉速，而后可以根據用戶需求負載運行。回熱器[28]的作用是使壓氣機[24]壓縮的空氣與排氣進行熱交換以提高熱效率。微型燃氣輪機數字式控制裝置接收到操作面板冷運轉按鍵發出的冷轉命令后，調用冷起動程序，起動系統驅動高速永磁電機[23]升速至冷運轉轉速，微型燃氣輪機與高速永磁電機[23]同軸同速旋轉。冷運轉過程燃料系統不供燃料，點火器[16]不點火。熱起動程序工作時，微型燃氣輪機數字式控制裝置向起動系統[20]發出起動命令，起動系統[20]驅動高速永磁電機[23]升速至17000r/min時開始供給燃料并點火，當渦輪后排氣溫度T5上升20°C時即認為點火成功，起動系統[20]繼續驅動高速永磁電機[23]向更高轉速上升，微型燃氣輪機進入雙機拖動運行階段。若點火后20秒內渦輪后排氣溫度T5沒有上升20 V，則認為點火失敗，執行緊急停機控制程序。在雙機拖動運行階段，微型燃氣輪機數字式控制裝置根據微型燃氣輪機轉速實時開環調節燃料調節閥開度，使高速永磁電機[23]起動電流逐漸減小。當高速永磁電機[23]起動電流小于5A時，切斷起動系統[20]，即脫機，微型燃氣輪機在渦輪做功下繼續升速。當轉速升至額定轉速的98%時，微型燃氣輪機數字式控制裝置根據轉速反饋調節工作噴嘴燃料調節閥[10]開度，進入轉速閉環控制。
權利要求
1.一種微型燃氣輪機的控制方法，其特征是，所述的方法包括以下步驟: 1)主程序開始； 2)關總中斷； 3)DSP處理器初始化: 4)微型燃氣輪機狀態自檢是否成功，如成功則執行下一步驟，否則繼續進行微型燃氣輪機狀態自檢直對成功； 5)點亮“允許起動”指示燈； 6)開中斷； 7)是否需要修改控制參數，如果需要修改，則修改控制參數后執行下一步驟，否則直接執行下一步驟； 8)是否需要標定模擬量，如果需要標定，則標定模擬量后執行下一步驟，否則直接執行下一步驟； 9)是否需要讀取微型燃氣輪機歷史數據到上位機，如需要讀取，則讀取微型燃氣輪機歷史數據到上位機后執行下一步驟，否則直接執行下一步驟； 10)是否需要讀取微型燃氣輪機當前數據到上位機，如果需要讀取，則讀取微型燃氣輪機當前數據到上位機后執行下一步驟，否則直接執行下一步驟； 11)是否需要檢驗微型燃氣輪機電磁閥、點火器，如果需要檢驗，則檢驗后執行下一步驟，否則直接執行下一步驟 ； 12)是否需要測試指示燈，如果需要測試，則測試后執行下一步驟，否則直接執行下一步驟； 13):是否需要解除報警，如果需要解除，則調用報警解除子程序后執行下一步驟，否則直接執行下一步驟； 14)是否需要冷運轉，如果需要冷運轉，則調用冷運轉子程序后執行下一步驟，否則直接執行下一步驟； 15)是否熱需要起動，如果需要熱起動，則調用熱起動子程序、閉環轉速調節子程序、報警子程序，否則執行步驟7); 16)當接收到正常停機命令后，執行正常停機子程序，當接收到緊急停機命令后，執行緊急停機子程序。
2.如權利要求1所述的微型燃氣輪機的控制方法，其特征是，步驟14)所述的冷運轉程序包括以下步驟: 1)接收到冷運轉命令； 2)點亮控制面板“運行指示燈”，關閉“允許起動”指示燈，接通交流接觸器21； 3)設定目標轉速為冷運轉轉速NI，向起動系統[20]發出起動信號； 4)查詢是否達到冷運轉轉速NI，如果達到則執行下一步驟，否則繼續查詢直至冷運轉轉速達到NI ； 5)保持冷運轉轉速NI至規定時間Tl秒； 6)向起動系統[20]發出停機信號； 7)查詢微型燃氣輪機轉速是否降至0，如果是，則執行下一步驟，否則繼續查詢直至轉速降至O ;8)關閉控制面板“運行”指示燈，點亮“允許起動”指示燈，斷開交流接觸器21； 9)返回。
3.如權利要求1所述的微型燃氣輪機的控制方法，其特征是，步驟15)所述的熱起動程序包括以下步驟: O接收到熱起動命令； 2)點亮控制面板“運行”指示燈，關閉“允許起動”指示燈，接通起動系統20輸出接觸器； 3)設定目標轉速為點火轉速N3，向起動系統[20]發出起動信號； 4)查詢是否達到點火轉速N3，如果達到則進行下一步驟，否則繼續查詢直至達到點火轉速N3 ； 5)接通點火器[16]，打開值班噴嘴截止閥[14]，給定值班噴嘴燃料調節閥[29]點火開度，啟動定時器定時20S ； 6)根據渦輪后排氣溫度T5上升率判斷點火是否成功，若成功則進行下一步驟，不成功時，若定時時間未到20S則繼續判斷，到20S點火未成功則執行緊急停機程序； 7)設定起動系統[20]目標轉速為脫機轉速N4，驅動微型燃氣輪機繼續升速； 8)打開工作噴嘴截止閥13； 9)調節值班噴嘴燃料調節閥[29]和工作噴嘴燃料調節閥[10]開度，驅動微型燃氣輪機繼續升速； 10)判斷電機起動電流是否小于5A，如果是則執行下一步驟，否則返回執行步驟9)； 11)斷開交流接觸器[21]，向起動系統[20]發出停機指令； 12)繼續調節值班噴嘴燃料調節閥[29]、工作噴嘴燃料調節閥[10]開度，驅動微型燃氣輪機繼續升速； 13)查詢轉速是否達到額定轉速N5的98%，如果達到，則執行下一步驟，否則返回執行步驟12)； 14)調節工作噴嘴燃料調節閥[10]開度，進行轉速閉環調節； 15)查詢轉速是否穩定，如果是則執行下一步驟，否則返回執行步驟14)； 16)點亮控制面板“發電”指示燈，接通交流接觸器[22]，允許加載，電力變換系統[27]開始工作，用戶負載[26]運行； 17)返回。
4.如權利要求1所述的微型燃氣輪機的控制方法，其特征是，所述的步驟7)至步驟11)是由上位機通過通訊器發給控制器，由控制器解析后執行相應操作。
5.如權利要求1所述的微型燃氣輪機的控制方法，其特征是，所述的步驟12)至步驟15是由控制箱上的操作按扭控制。
全文摘要
本發明涉及一種微型燃氣輪機的控制方法，在微型燃氣輪機數字式控制裝置中采用數字信號處理器DSP為核心控制CPU，其軟件按模塊化設計思想，劃分為驅動層、中間層、應用層三大部分。驅動層為控制軟件最底層，中間層程序調用驅動層程序完成特定功能模塊程序設計，應用層程序根據微型燃氣輪機控制需求，實現控制功能。本發明提出的控制方法實現了對微型燃氣輪機的起動、停機、冷運轉、負載運行等各工況實行自動調節，滿足了微型燃氣輪機經濟性、使用壽命方面的要求。同時微型燃氣輪機控制規律發生變化時，可以通過軟件即可更改控制參數，可以廣泛應用到不同控制規律要求的燃氣輪機上。
文檔編號F02C9/00GK103114914SQ20131004332
公開日2013年5月22日 申請日期2013年2月4日 優先權日2013年2月4日
發明者何民, 耿加民, 劉叢紅, 仝云峰, 張宏杰, 張琳琳, 時曉軍, 馮占祥, 劉莉娜, 潘振宇, 劉雯雯, 欒蘭, 孫海龍, 脫燁, 趙慧彬, 鐘明磊 申請人:哈爾濱東安發動機(集團)有限公司