發(fā)電機組控制界面是集裝箱發(fā)電機組必須配置的產(chǎn)品，可以實現(xiàn)發(fā)電機組的自動開機、關機、數(shù)據(jù)監(jiān)測以及報警保護等用途。該文詳細描述了以STM32F105VC為核心的安靜型發(fā)電機組控制面板軟硬件裝置的設計，總述了采樣、開關量輸入輸出、通信等模塊的硬件組成以及各個模塊的作業(yè)原理。操作界面的軟件裝置采用狀態(tài)機構造，實現(xiàn)拖車式發(fā)電機組的啟停、采樣監(jiān)測、報警保護等作用。撬裝發(fā)電機組

　　發(fā)電機組的智能化控制，經(jīng)歷了繼電器控制、PLC控制和自動化控制3個階段，從上世紀末開始由微電腦和電子元件結構的智能控制系統(tǒng)控制，將很復雜的外圍電路集成到一個模塊中，大大簡化了控制線路，可靠性也隨之得到增強，現(xiàn)在的控制界面從設計上趨近于向更智能、更人性化的方面發(fā)展。

　　發(fā)電機組控制屏可以說是發(fā)電機組的大腦，隨著時代的進步和科學技術的發(fā)展，低噪聲柴油發(fā)電機組操作系統(tǒng)也有著全新的發(fā)展方向。遠程監(jiān)控和智能化方向發(fā)展的移動式靜音發(fā)電機組控制模塊將給客戶帶來更加人性化、智能化的使用感受。

　　該文旨在講解用于靜音發(fā)電機組自動化以及監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)電機組控制面板，實現(xiàn)發(fā)電機組的自動開機/停機、數(shù)據(jù)測量、報警保護以及通過CAN通信實現(xiàn)“遙控”“遙測”“遙調(diào)”“遙信”等作用。控制面板采用微解決技術，實現(xiàn)了多種參數(shù)的精密測量、定值調(diào)整以及定時、閾值整定等用途，可使用PC 機通過CAN 通信調(diào)節(jié)以及測量，可適合于發(fā)電機組智能化機構。

　　該文介紹的發(fā)電機組控制界面以STM32F105VC芯片為核心，利用芯片集成的12位AD切換器，可實現(xiàn)0～3.3 V 的溫度、油壓、液位等5路模擬量電壓信號的采集。操作界面I/O口滿足8路開關量輸入、8路開關量輸出的需要。

　　如圖1所示，靜音發(fā)電機組控制界面的硬件包含以下模塊：直流量采樣模塊、交流量采樣模塊、開關量隔離輸出模塊、開關量隔離輸入模塊、CAN 通信模塊、232通信模塊等。通過直流采樣模塊實現(xiàn)對溫度、油壓、液位的高精度采集，交流采樣模塊實現(xiàn)對發(fā)電機三相電壓、電流、頻率的高精度采集，通過對開關量輸出的控制實現(xiàn)機組的開機、關機、緊急停機保護等用途，通過開關量輸入模塊以及對溫度、油壓、液位、三相電壓信號的判定對監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)保護停機等用途，通過CAN 通信實現(xiàn)對機組控制系統(tǒng)的“四遙”功用，232通信實現(xiàn)與顯示屏的通信。

　　圖2為5路溫度、油壓、液位信號采集電路其中的1路，將采集的溫度、油壓、液位探頭的電壓信號AD_in3，在程序里將其轉換為電阻信號，根據(jù)電阻信號與溫度、油壓、液位的曲線關系得到此時外部的溫度、油壓、液位值。

　　蓄電池電壓采集電路通過HCPL7840隔離光耦實現(xiàn)電氣隔離，同時可將輸入信號進行放大，靜音柴油發(fā)電機得到差分輸出信號，電瓶電壓采樣電路如圖3所示。通過采集AD_in，根據(jù)AD_in和外部蓄電池電壓的比例關系得到電瓶電壓，對蓄電池電壓大小進行監(jiān)測，并根據(jù)其大小做采樣保護。

　　三相交流電采集主要包括發(fā)電機三相電壓、三相電流、頻率、相位、功率因數(shù)等信號的采集，該模塊具體由電能計量芯片ADE7858、電壓傳感器模塊、電流傳感器模塊、RC濾波電路等構成。

　　ADE7858是美國ADI公司針對智能電表、工業(yè)電源監(jiān)控開發(fā)的高精度三相電源測量集成芯片，該芯片通過SPI串口與單片機進行通信，將三相交流電源的電壓、電流信號經(jīng)采樣處置計算，得到有功功率、無功容量、視在功率、電壓、電流、頻率、容量因數(shù)、靜音發(fā)電機組相序等參數(shù)，具有精度高、動態(tài)范圍寬的特性。如圖4所示，電流通過電流互感器和采樣電阻后變?yōu)殡妷盒盘?，再將該電壓信號輸入ADE7858 的電流信號輸入端，ADE7858 可自動轉換成電流信號的采集；電壓信號通過限流電阻后變?yōu)殡娏餍盘?，該電流信號?jīng)過互感器和采樣電阻后變?yōu)殡妷盒盘?，再將該電壓信號輸入ADE7858 的電壓信號輸入端；通過三相電壓信號和三相電流信號，ADE7858 經(jīng)過相應的配置后可自行完成電壓、電流、相位、容量、功率因數(shù)、頻率等電能數(shù)據(jù)的計算。

　　基于ADE7858 電量計量芯片的交流電源模塊，實現(xiàn)了交流電源參數(shù)的數(shù)字化測量，硬件電路簡單，軟件代碼少，采樣參數(shù)多并且精度高，可靠性高，性能穩(wěn)定，可以滿足規(guī)格產(chǎn)品的應用需求。

　　開關量輸入電路采用光耦HMHA2801A 實現(xiàn)前后級的隔離，輸入電壓范圍為0～1.8 V。當輸入為低電平時，光耦后級打開，輸出高電平；當輸入為懸空時，光耦后級關斷，輸出低電平。

　　開關量驅動輸出電路同樣采用光耦HMHA2801A實現(xiàn)前后級的隔離，輸入為低電平，光耦后級關閉；輸入為高電平，光耦后級導通?？筛鶕?jù)需求實現(xiàn)后端MOSFET電路的驅動。

　　通過MAX232芯片與顯示屏進行232通信，MAX232芯片內(nèi)部設置了靜電保護電路，可有效抑制高達1.5 kV的靜電電壓，保護器件不受人身靜電危害；該芯片包含2組獨立的RS232電平轉換通道；只需4只0.1 μF小電容配合，即可正常工作。

　　CAN通信電路主要采用AD公司的CAN收發(fā)芯片ADM3053，該芯片基于AD公司的磁隔離專利技術，是具備±15 kV 保護功用的完匯總成式隔離數(shù)據(jù)收發(fā)器，可以達到1 Mbps傳輸速率。與傳統(tǒng)CAN通信電路相比，ADM3053因為具有集成式隔離DC/DC電源，因此不再需要外部隔離DC/DC電源模塊，大大簡化了電路設計，同時增強了瞬態(tài)共模抑制能力。

　　機組開機教程如圖5所示，在監(jiān)控系統(tǒng)里控制延時時間，讓流程中對應的開關輸出量閉合或者斷開，實現(xiàn)機組的啟停。當開機鍵按下或者遠程開機輸入高效時，進入開機延時，開機延時結束后，預熱繼電器輸出，預熱延時結束后，泵油繼電器輸出，然后起動繼電器輸出；如果在啟動時間內(nèi)發(fā)電機組沒有起動成功，起動繼電器停止輸出，進入起動間隔時間，等待下一次啟動；在設定的起動次數(shù)內(nèi)，如果發(fā)電機組沒有起動成功，則不能起動報警，泵油繼電器停止輸出；在任意一次起動時，若啟動成功，則進入安全運行時間，在此時間內(nèi)油壓低、水溫高、欠速以及輔助輸入(已配置)報警量等均無效，安全運轉延時結束后則進入高速暖機延時，當高速暖機延時結束時，若發(fā)電正常則發(fā)電狀態(tài)指示燈亮，發(fā)電機組進入正常運行狀態(tài)；如果發(fā)電機組電壓或頻率忽快忽慢，則操作系統(tǒng)報警停機。

　　當關機鍵按下或者遠程關機輸入有效時，停機延時開始；停機延時結束后，開始高速散熱延時。當進入得電停機延時時，得電停機繼電器加電輸出， 燃油繼電器輸出斷開；當進入發(fā)電機組停穩(wěn)時間時，自動預判是否停穩(wěn)；當機組停穩(wěn)后，進入發(fā)電待機狀態(tài)；若機組無法停機則控制面板報警顯示停機失敗警告。關機教程如圖6所示。

　　報警保護分為停機報警和警告保護。在機組起動的整個步驟，并不是每一個階段所有的報警都有效。水溫高輸入停機、油壓低輸入停機、油溫高警告、油壓低警告、缺相停機、逆相停機在機組起動成功后安全運行延時后高效。

　　欠速停機報警、欠頻停機報警、欠壓停機報警、欠速警告、發(fā)電欠頻警告、發(fā)電欠壓警告在高速暖機延時開始時高效。關機程序中：水溫高輸入停機、油壓低輸入停機、油溫高警告、油壓低警告、缺相停機、逆相停機、欠速停機報警、欠頻停機報警、欠壓停機報警、欠速警告、發(fā)電欠頻警告、發(fā)電欠壓警告均無效。其余報警如飛車警告、過頻、過壓等報警信息在機組運轉的整個過程都高效。

　　該文創(chuàng)新點是將控制芯片STM32F105VC與硬件電路相結合設計出發(fā)電機組操作界面的軟硬件機構?？刂平缑娴娜藱C界面能顯示各種運轉狀態(tài)參數(shù)和損壞信息以及裝置參數(shù)，具有內(nèi)容豐富、操作簡便等優(yōu)勢。模擬量采集A/D 切換利用該芯片的主A/D 切換通道完成，以便直接對油溫、油壓、液位探頭進行采樣， 從而簡化了控制模塊的硬件電路。三相交流電模塊采用ADE7858 電能計量芯片進行發(fā)電機三相電壓、電流、頻率信號的采集。這樣簡化了硬件電路和軟件代碼，又提升了采樣精度，可以滿足產(chǎn)品高精度的運用需求。通過CAN通信可以實現(xiàn)“遙控”“遙調(diào)”“遙信”“遙測”四遙用途：遠程控制機組啟停、遠程調(diào)整數(shù)據(jù)設置、遠程通信、遠程上傳測量油溫、油壓、電壓等關鍵數(shù)據(jù)。遠程監(jiān)控和自動化的設計給客戶帶來更加人性化、自動化的使用感受。

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