一種微型燃氣輪機發電機組控制系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于燃氣輪機控制技術領域，具體涉及一種微型燃氣輪機發電機組控制系統。
【背景技術】
[0002]控制系統是燃氣輪機發電機組的重要組成部分，其主要負責機組狀態監測、啟動控制、發電控制、故障檢測、停機控制等。因此，控制系統不僅要有邏輯控制，還有復雜的過程控制、各種嚴格的保護控制等。
[0003]燃氣輪機啟動控制與發電控制是機組運行過程中的兩個重要環節，而這兩個環節控制的關鍵點是對燃料系統中的電磁閥控制。
[0004]在傳統的燃氣輪機控制系統中，通常采用常規PID控制方法對燃料電磁閥進行控制。即工程人員根據經驗值，先給定一個初始PID控制參數，之后根據目標燃氣輪機組的運行狀態，人工調整相應的PID參數，將參數固化后，便可獲得對指定目標機組較好的控制效果。但是，當目標機組更換或機組固有工作狀態發生變化時，需要重新調整控制參數。
[0005]此外，當燃氣輪機組所接負載變化劇烈時，機組的工作狀態將發生較大變化，如轉速超速或熄火停機現象。控制系統要能夠根據負載變化情況，實時調整燃料供應量，使機組發電頻率快速、平穩的恢復到正常范圍內。
【發明內容】
[0006]為解決上述技術問題，本發明提供了一種微型燃氣輪機發電機組控制系統，該微型燃氣輪機發電機組控制系統可以實時根據機組環境溫度、排氣溫度、機組轉速、發電頻率等自行調整PID控制參數，實現對不同目標機組的冷轉、啟動控制、發電控制、故障保護以及停車等控制，最終達到加快燃氣輪機組的啟動速度，提高機組發電頻率穩定性的目的。
[0007]本發明通過以下技術方案得以實現。
[0008]本發明提供的一種微型燃氣輪機發電機組控制系統，包括光耦輸入隔離模塊、信號調理模塊、運放電路模塊、頻率測量模塊、中央控制模塊、RS485電平轉換模塊、電磁閥驅動模塊和固體繼電器開關模塊，控制電經電壓轉換模塊和濾波模塊變壓和濾波后給控制系統供電；指令/開關信號通過光耦輸入隔離模塊與中央控制模塊的信號輸入端連接;溫度傳感器信號依次通過信號調理模塊和運放電路模塊與中央控制模塊的信號輸入端連接;轉速/頻率信號通過頻率測量模塊與中央控制模塊的信號輸入端連接;所述中央控制模塊的輸出端通過電磁閥驅動模塊控制電磁閥動作;所述中央控制模塊的輸出端還通過固體繼電器開關模塊控制外部執行機構。
[0009]所述電磁閥驅動模塊采用PWM脈寬調制技術調節閥門的開度來控制供油量。
[0010]所述中央控制模塊通過RS485電平轉換模塊與控制臺通訊連接。
[0011]所述頻率測量模塊將轉速/頻率傳感器輸出的正弦波信號轉換成能被中央控制模塊識別的TTL脈沖信號。
[0012]所述中央控制模塊的控制芯片為Atmega640。
[0013]所述電磁閥驅動模塊采用半橋驅動電路。
[0014]所述頻率測量模塊輸入輸出端均接有能夠限幅的穩壓二極管。
[0015]所述控制系統在機組啟動運行階段和發電運行階段均采用模糊參數自整定PID控制方法進行控制。
[0016]本發明的有益效果在于:該控制系統的集成化程度較高，相比于原有國外控制系統，其體積小、重量輕;采用光隔離模式，相對于電磁繼電器等機械式隔離元器件，光隔離元件具有體積小、響應速度快、壽命長、可靠性高等特點；采用模糊推理的方法實現對機組運行PID參數的在線自動整定，并依此設計出用于該燃氣輪機發電機組啟動控制與發電頻率控制的模糊參數自整定PID控制算法。該控制算法不依賴于燃氣輪機的模型，能夠根據環境溫度、排氣溫度、機組轉速、發電頻率等變量對機組運行PID參數進行在線自動調整，從而達到對不同目標機組自適應控制的目的。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發明的原理圖；
[0018]圖2是圖1控制系統的控制流程圖。
【具體實施方式】
[0019]下面進一步描述本發明的技術方案，但要求保護的范圍并不局限于所述。
[0020]如圖1所示的一種微型燃氣輪機發電機組控制系統，包括光耦輸入隔離模塊、信號調理模塊、運放電路模塊、頻率測量模塊、中央控制模塊、RS485電平轉換模塊、電磁閥驅動模塊和固體繼電器開關模塊，控制電經電壓轉換模塊和濾波模塊變壓和濾波后給控制系統供電；指令/開關信號通過光耦輸入隔離模塊與中央控制模塊的信號輸入端連接;溫度傳感器信號依次通過信號調理模塊和運放電路模塊與中央控制模塊的信號輸入端連接;轉速/頻率信號通過頻率測量模塊與中央控制模塊的信號輸入端連接;所述中央控制模塊的輸出端通過電磁閥驅動模塊控制電磁閥動作;所述中央控制模塊的輸出端還通過固體繼電器開關模塊控制外部執行機構。控制系統中有硬件看門狗模塊，其看門狗定時器溢出時間為1.6秒。控制系統采用光耦輸入隔離模塊和固體繼電器開關模塊對輸入、輸出信號進行電氣隔離。電壓轉換模塊與濾波模塊對直流電壓進行變壓和濾波，且輸出電壓為+5V、+12V、± 15V，為中央控制模塊、信號調理模塊等供電。所述信號調理模塊主要對熱電阻、熱電偶等溫度傳感器的信號進行變換、隔離、濾波等處理，使調理后的信號滿足中央控制模塊進行數據采集的要求。
[0021]所述中央控制模塊由控制芯片、晶振、復位芯片、數據采集芯片、程序加載接口等器件組成，主要實現開關量信號檢測、數據采集與分析、機組冷轉控制、啟動流程控制、模糊參數自整定PID控制、總線通訊等功能。所述中央控制模塊的控制芯片為Atmega640。所述中央控制模塊通過RS485電平轉換模塊與控制臺通訊連接。所述RS485電平轉換模塊能夠將遠程控制臺傳輸過來的RS485總線信號進行電平轉換，并提供給中央控制模塊處理。
[0022]所述電磁閥驅動模塊采用HVM脈寬調制技術調節閥門的開度來控制供油量;所述電磁閥驅動模塊采用半橋驅動電路。
[0023]所述頻率測量模塊將轉速/頻率傳感器輸出的正弦波信號轉換成能被中央控制模塊識別的TTL脈沖信號;所述頻率測量模塊輸入、輸出端均接有能夠限幅的穩壓二極管。
[0024]所述控制系統在機組啟動運行階段和發電運行階段均采用模糊參數自整定PID控制方法進行控制。
[0025]本發明的控制系統在機組啟動運行階段，以排氣溫度To為控制目標，當實際排氣溫度T介于To±30°C之間時，以排氣溫度T和該溫度變化率△ T作為輸入變量，以機組燃料電磁閥開度Y作為輸出，進行模糊PID控制；當實際排氣溫度T在To±30°C區間之外時，燃料電磁閥開到最大或關閉。
[0026]本發明的控制系統在發電運行階段，以發電機輸出頻率fQ為控制目標，當實際發電頻率f介于fQ( 1 ± 5% )區間時，以發電頻率f和該頻率變化率Λ f作為輸入變量，以機組燃料電磁閥開度Y作為輸出，進行模糊PID控制；當實際發電頻率在f ο (1 ± 5 % )區間之外時，燃料電磁閥開到最大或關閉。
[0027]本發明中，控制系統上電后，對發電機組的檢測與控制流程如圖2所示。
[0028]控制系統上電，進行上電延時并系統初始化后，首先進入系統自檢，若自檢合格則繼續執行后續程序，否則報警提示。
[0029]進一步地，自檢合格后，首先獲取存儲在EEPR0M中的歷史故障信息，然后再進行滑油溫度、排氣溫度、進氣溫度、轉速測量以及實時故障檢測。
[0030]進一步地，如果檢測發電機組當前轉速為零且無故障信息，則允許機組啟動指示燈亮。
[0031]進一步地，控制器通過RS485電平轉換模塊將當前溫度、轉速、故障信息發送到操控臺進行更新顯示。
[0032]進一步地，控制系統等待操控臺的冷轉、啟動、查詢等指令，并以中斷方式響應。
[0033]本發明的控制系統的集成化程度較高，相比于原有國外控制器，其體積小、重量輕;采用光隔離模式，相對于電磁繼電器等機械式隔離元器件，光隔離元件具有體積小、響應速度快、壽命長、可靠性高等特點；采用模糊推理的方法實現對機組運行PID參數的在線自動整定，并依此設計出用于該燃氣輪機發電機組啟動控制與發電頻率控制的模糊參數自整定PID控制算法。該控制算法不依賴于燃氣輪機的模型，能夠根據環境溫度、排氣溫度、機組轉速、發電頻率等變量對機組運行PID參數進行在線自動調整。從而達到對不同目標機組自適應控制的目的。
【主權項】
1.一種微型燃氣輪機發電機組控制系統，包括光耦輸入隔離模塊、信號調理模塊、運放電路模塊、頻率測量模塊、中央控制模塊、RS485電平轉換模塊、電磁閥驅動模塊和固體繼電器開關模塊，控制電經電壓轉換模塊和濾波模塊變壓和濾波后給控制系統供電，其特征在于:指令/開關信號通過光耦輸入隔離模塊與中央控制模塊的信號輸入端連接;溫度傳感器信號依次通過信號調理模塊和運放電路模塊與中央控制模塊的信號輸入端連接;轉速/頻率信號通過頻率測量模塊與中央控制模塊的信號輸入端連接;所述中央控制模塊的輸出端通過電磁閥驅動模塊控制電磁閥動作;所述中央控制模塊的輸出端還通過固體繼電器開關模塊控制外部執行機構。2.如權利要求1所述的微型燃氣輪機發電機組控制系統，其特征在于:所述電磁閥驅動模塊采用PWM脈寬調制技術調節閥門的開度來控制供油量。3.如權利要求1所述的微型燃氣輪機發電機組控制系統，其特征在于:所述中央控制模塊通過RS485電平轉換模塊與控制臺通訊連接。4.如權利要求1所述的微型燃氣輪機發電機組控制系統，其特征在于:所述頻率測量模塊將轉速/頻率傳感器輸出的正弦波信號轉換成能被中央控制模塊識別的TTL脈沖信號。5.如權利要求1所述的微型燃氣輪機發電機組控制系統，其特征在于:所述中央控制模塊的控制芯片為Atmega640。6.如權利要求1?5中任一所述的微型燃氣輪機發電機組控制系統，其特征在于:所述電磁閥驅動模塊采用半橋驅動電路。7.如權利要求1?5中任一所述的微型燃氣輪機發電機組控制系統，其特征在于:所述頻率測量模塊輸入輸出端均接有能夠限幅的穩壓二極管。8.如權利要求1?5中任一所述的微型燃氣輪機發電機組控制系統，其特征在于:所述控制系統在機組啟動運行階段和發電運行階段均采用模糊參數自整定PID控制方法進行控制。
【專利摘要】本發明提供了一種微型燃氣輪機發電機組控制系統，控制電經電壓轉換模塊和濾波模塊變壓和濾波后給控制系統供電；指令/開關信號通過光耦輸入隔離模塊與中央控制模塊的信號輸入端連接；溫度傳感器信號依次通過信號調理模塊和運放電路模塊與中央控制模塊的信號輸入端連接；轉速/頻率信號通過頻率測量模塊與中央控制模塊的信號輸入端連接；所述中央控制模塊的輸出端通過電磁閥驅動模塊控制電磁閥動作。采用模糊推理的方法實現對機組運行PID參數的在線自動整定，并依此設計出用于該燃氣輪機發電機組啟動控制與發電頻率控制的模糊參數自整定PID控制算法，從而達到對不同目標機組自適應控制的目的。
【IPC分類】F02C9/48
【公開號】CN105422288
【申請號】CN201510936991
【發明人】楊秀濤, 孔令濤, 周振
【申請人】貴州航天電器股份有限公司
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年12月15日