恒压柴油机水泵机组控制器的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种恒压柴油机水泵机组控制器，集成设置有ARM内核的微处理器及与之连接的通讯模块及可编程输出继电器；微处理器集成有AD转换模块，因而能够直接采集多种输入量信号；通过CAN、GSM、RS485等通讯模块来实现联网，以便于与上位机、电喷柴油机ECU等外部设备进行通讯及数据交互；用来将微处理器逻辑运算后得到的控制信号输出至外部相应执行机构的可编程输出继电器具有高容量，能够满足绝大多数应用对负载的要求，因而无需再外接继电器。本实用新型所述控制器的集成度高，成本低，兼容性、扩展性、现场可编程性强，能实现恒压、巡检、调速等功能。
【专利说明】 恒压柴油机水泵机组控制器
【技术领域】
[0001]本实用新型属于消防及自动化控制领域，涉及柴油机水泵机组，尤其涉及一种恒压柴油机水泵机组的控制器。
【背景技术】
[0002]现有柴油机水泵机组控制与保护系统，特别是恒压、应急、消防柴油机水泵机组控制与保护系统，都以小型可编程控制器PLC作为核心控制单元，通过扩展模拟量模块采集柴油机润滑油压力、冷却液温度、润滑油温度、管网水压等信号，通过外接专用转速转换装置将柴油机飞轮转速转换成PLC可识别的电平信号，将开关量信号如操作方式选择、机组启动、机组停机、故障复位等信号输入PLC，PLC的输出信号需经外部继电器驱动执行元件。
[0003]现有的方式存在以下的缺点，难以满足实际的应用需要:
[0004]1、集成度低、成本高；
[0005]由于PLC输出米用MOS管或小功率继电器,所以负载能力有限输出信号均需外部继电器驱动，势必导致控制与保护系统内部非常复杂、庞大，控制箱的体积和占地面积较大。
[0006]PLC产品分为直流12V和24V两种产品，存在不能通用的缺陷。且在柴油机启动过程中会造成瞬间低压，而PLC电压适应范围较窄，所以外部需配有专用蓄电池及充电器，以满足PLC对电源的要求，无形中增加了大量成本。
[0007]2、无柴油机动力恒压、巡检等高级功能，系统联网能力差:
[0008]目前国内在恒压柴油机水泵机组的研发和制造处于起步阶段，伴随国内企业参与国际竞争的日益增加，国外客户要求的较复杂的待机巡检、GSM通讯、较好的人机界面在水泵机组领域的应用更是空白。
[0009]现有柴油机水泵机组控制与保护系统都没有和电喷柴油机ECU (电子控制单元)通讯的功能，无法读取电喷柴油机ECU的各种参数和运行工况。对机组运行过程中发生的各种故障和报警灯无法进行准确及时的判断。
[0010]3、兼容性、扩展性、现场可编程性差:
[0011]由于PLC均为批量生产的标准化产品，当外部输入信号不符合PLC模块输入的格式时，则要先用其他装置进行变换后才能接入PLC输入模块，在现有柴油机水泵机组的控制系统中就需要采用专用的柴油机转速信号转换装置、蓄电池电压低报警装置等，使成本加大。
[0012]在顾客交付现场，如顾客临时提出更改某项功能一般无法立即满足顾客要求，产品的灵活性和现场可编程性较差。
[0013]4、占地面积较大:
[0014]另外，现有柴油机水泵机组配套控制柜体积较大，不能方便地放置在柴油机水泵机组本体上，因而使现场的占地面积大。
[0015]5、没有人机界面:[0016]现有柴油机水泵机组控制与保护系统的人机界面基本没有，如需要一般需要另购昂贵的文本屏。由于没有文字显示一旦发生故障，在现场无法清晰、直接的进行故障判断及修复。
实用新型内容
[0017]本实用新型的一个目的在于，克服上述现有技术的缺点，提供一种柴油机水泵机组综合控制与保护装置，从而取代现有的柴油机水泵机组原有的PLC控制系统。本实用新型装置增加了恒压、巡检、调速、GSM等高级功能，系统联网能力强，兼容性、扩展性、现场可编程性强，大幅降低采购成本、提高产品的性价比、缩小体积、能方便地放置在柴油机水泵机组的公共底座上、有效减少机组在使用现场的占地面积。自动化程度高，完全满足消防、公安国家标准的要求。
[0018]为实现上述目的，本实用新型采取下述技术方案:
[0019]提供一种恒压柴油机水泵机组控制器，所述控制器中设置有ARM内核的微处理器；
[0020]所述微处理器具有相应的输入接口来采集多种输入量，并集成有AD转换模块将所述输入量的模拟量转换为该微处理器能够处理的数字量；
[0021]所述微处理器通过与之连接的通讯模块，实现与外部设备的联网通讯，来进行信息的接收或发送；
[0022]所述微处理器通过与之连接的可编程输出继电器，将该微处理器根据采集的输入量及联网获取的信息进行逻辑运算后得到的控制信号，输出至外部相应的执行机构；
[0023]其中，所述的微处理器、通讯模块及可编程输出继电器，都集成布置在所述控制器中。
[0024]优选地，所述控制器是双闭环结构:在对管网供水进行恒压控制的外控制环中，通过所述微处理器的其中一个输入接口采集管网水压的实际值，在该微处理器设置的PID运算器中根据管网水压的实际值与设定的目标值的差值计算得到调速信号；
[0025]在对柴油机转速进行控制的内控制环中，通过该微处理器设置的一个输出接口将所述调速信号发送至电子调速器，使所述电子调速器根据该调速信号驱动与其执行机构连接的柴油机进行转速调整；所述微处理器的另一个输入接口对所述柴油机的转速信号进行米集。
[0026]优选地，所述微处理器设置有分别采集柴油机参数、转速信号、管网压力、蓄电池电压、充电机电压、备用电池电压、按键信号、可编程输入信号的多个输入接口。
[0027]优选地，所述控制器设置有人机界面，其中包含实时显示柴油机水泵机组的运行参数及故障报警信息的液晶显示屏，以及进行现场编程和报警参数设定的按键。
[0028]优选地，所述通讯模块包含CAN模块，其通过基于SAE-J1939通讯协议的接口连接至电喷柴油机ECU进行通讯，获取电喷柴油机ECU的数据信息并发送至微处理器。
[0029]优选地，所述通讯模块包含RS485模块，其通过基于MODBUS协议的接口连接至上位机进行通讯，来发送机组运行信息，或接收上位机的控制指令并发送至微处理器。
[0030]优选地，所述可编程输出继电器连接至电动泄压阀，在微处理器的控制下开启该电动泄压阀对管网实施泄压来进行巡检，或者驱动该电动泄压阀关闭以便于从巡检转换为消防作业。
[0031]本实用新型所述恒压柴油机水泵机组控制器，采用先进的PID控制策略的进行恒定水压控制，通过执行机构实现全程调速，以精准时钟进行柴油机水泵机组巡检功能，GSM通讯等技术在水泵机组领域应用。本实用新型能够通过例如导线、RS485、GSM等多种方式进行联网，提高了产品的联网能力和方式。
[0032]用本实用新型所述的控制器，取代现有的柴油机水泵机组原有的PLC控制系统，具有以下优点:
[0033]a)本实用新型装置采用电压适用范围满足8-70伏的集成电源芯片，确保设备在低电压、发动机起动过程中仍能正常工作，因此无需另配专用蓄电池及充电器。
[0034]b)本实用新型装置采用的ARM内核集成了高精度AD转换模块，能够直接采集柴油机参数、管网水压、蓄电池电压、充电电压、充电电流等多达十路左右的输入信号。
[0035]c)本实用新型装置集成了现有柴油机使用的磁电式转速传感器的测量电路，所以本装置无需外接专用转速装换装置。
[0036]d)相比于PLC可编程输出口采用MOS管或小功率继电器，本实用新型装置可编程输出口均采用大功率继电器作为输出且输出容量高达16A，能够满足绝大多数应用对负载的要求而无需外接继电器。
[0037]可见，本实用新型的控制器集成度高，由于省却了对大量的继电器、专用转速转换装置、专用蓄电池及充电器的设置，可大幅减少控制箱的体积及降低产品的成本，提高了产品的性价比，提高了产品的竞争力。该控制器能够适用于对恒压柴油机水泵机组、应急电喷柴油机水泵机组、消防柴油机水泵机组进行综合控制和保护。
【专利附图】
【附图说明】
[0038]图1是本实用新型所述恒压柴油机水泵机组控制器的结构示意图。
【具体实施方式】
[0039]如附图1所示，本实用新型所述的恒压柴油机水泵机组控制器(以下或简称为控制器)，以ARM32位微处理器为核心，通过强大的硬件配置能够实现复杂的系统功能。
[0040]所述微处理器设置有相应的输入接口，来采集如下的输入量:柴油机参数、转速信号、管网压力、蓄电池电压、充电机电压、备用电池电压、按键信号、可编程输入信号。ARM内核集成了高精度AD转换模块，能够直接对这些输入信号进行处理。
[0041]所述控制器设置有人机界面(图中未示出)，例如是带LED背光的13264图形点阵液晶屏，通过液晶屏能够实时显示柴油机水泵机组的运行参数如管网水压、柴油机转速、润滑油压力、冷却液温度等及相关的报警信息，使产品具有很好的人机交互功能。也可以显示多达十余条的历史故障记录及相应的故障时间。
[0042]所述控制器设置有与所述微处理器连接的CAN、GSM、RS485等通讯模块来实现联网控制，提高了产品与外部设备的联网能力和方式。其中，通过CAN模块的物理接口，能够基于SAE-J1939通讯协议，来读取电喷柴油机ECU的数据及相关信息，这些数据信息被发送到微处理器，解析相应的故障代码，并显示到液晶显示屏上，方便使用人员正确判断机组运行状态。[0043]还可以通过RS485模块的接口，基于MODBUS协议与上位机进行通讯，用于上传机组运行信息并接受上位机的控制指令。所有的定时器时间参数如启动时间，所有的报警参数如冷却液温度高等参数均可通过现场面板按键或上位机进行设置，提高了产品的现场可编程性。
[0044]所述微处理器根据采集的输入量及联网获取的外部设备的数据信息，进行相应的逻辑运算得到控制信号，通过设置的可编程输出继电器来执行相应的动作。
[0045]例如，所述控制器可以工作在待机巡检模式下。在实时巡检时，能够通过可编程输出继电器自主控制电动泄压阀对管网实施泄压。当巡检过程中系统需要投入消防作业时，能自主控制电动泄压阀迅速关闭，巡检中的机组即时从巡检运行自动转入消防作业运行，从而全面满足公安部《GA 30-2002固定消防给水设备的性能要求和试验方法》标准的要求。
[0046]所述控制器还可以工作在恒压控制模式下，微处理器将根据采集的管网水压实际值与设定的管网水压目标值的差值，通过先进的PID运算输出一个5V增减信号模拟量，该信号将输入到电子调速器的AUX端，电子调速器接收到该调速信号后通过执行机构控制喷油泵的喷油量从而调整柴油机的转速，来实现恒压控制的目的。
[0047]该控制方式为双闭环控制，外PID控制环为压力环，内PID控制环为速度环。采用双闭环控制的方式确保了恒压供水系统的控制精准，系统具有反应速度快、稳定度高的特点。
[0048]另外，为了全面满足最新国家标准《GB6245-2006消防泵》的要求，本实用新型所述的控制器，还具有双电源切换、备用电源监测、充电电流监测的相应装置。
[0049]综上所述，本实用新型所述的控制器集成度高，自带的可编程输出继电器输出容量为16A，能够满足绝大多数负载的要求，因此无需外接继电器；集成了现有柴油机使用的磁电式转速传感器的测量电路，因此无需外接专用转速转换装置；本控制器所用的集成电源芯片输入电压范围宽，在直流8-70V的范围均能正常工作，因此无需另配专用蓄电池及充电器。
[0050]尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。
【权利要求】
1.一种恒压柴油机水泵机组控制器，其特征在于，所述控制器中设置有ARM内核的微处理器； 所述微处理器具有相应的输入接口来采集多种输入量，并集成有AD转换模块将所述输入量的模拟量转换为该微处理器能够处理的数字量； 所述微处理器通过与之连接的通讯模块，实现与外部设备的联网通讯，来进行信息的接收或发送； 所述微处理器通过与之连接的可编程输出继电器，将该微处理器根据采集的输入量及联网获取的信息进行逻辑运算后得到的控制信号，输出至外部相应的执行机构； 其中，所述的微处理器、通讯模块及可编程输出继电器，都集成布置在所述控制器中。
2.如权利要求1所述恒压柴油机水泵机组控制器，其特征在于， 所述控制器是双闭环结构:在对管网供水进行恒压控制的外控制环中，通过所述微处理器的其中一个输入接口采集管网水压的实际值，在该微处理器设置的PID运算器中根据管网水压的实际值与设定的目标值的差值计算得到调速信号； 在对柴油机转速进行控制的内控制环中，通过该微处理器设置的一个输出接口将所述调速信号发送至电子调速器，使所述电子调速器根据该调速信号驱动与其执行机构连接的柴油机进行转速调整；所述微处理器的另一个输入接口对所述柴油机的转速信号进行采集。
3.如权利要求1所述恒压柴油机水泵机组控制器，其特征在于， 所述微处理器设置有分别采集柴油机参数、转速信号、管网压力、蓄电池电压、充电机电压、备用电池电压、按键信号、可编程输入信号的多个输入接口。
4.如权利要求1或3所述恒压柴油机水泵机组控制器，其特征在于， 所述控制器设置有人机界面，其中包含实时显示柴油机水泵机组的运行参数及故障报警信息的液晶显示屏，以及进行现场编程和报警参数设定的按键。
5.如权利要求1所述恒压柴油机水泵机组控制器，其特征在于， 所述通讯模块包含CAN模块，其通过基于SAE-J1939通讯协议的接口连接至电喷柴油机ECU进行通讯，获取电喷柴油机ECU的数据信息并发送至微处理器。
6.如权利要求1或5所述恒压柴油机水泵机组控制器，其特征在于， 所述通讯模块包含RS485模块，其通过基于MODBUS协议的接口连接至上位机进行通讯，来发送机组运行信息，或接收上位机的控制指令并发送至微处理器。
7.如权利要求1所述恒压柴油机水泵机组控制器，其特征在于， 所述可编程输出继电器连接至电动泄压阀，在微处理器的控制下开启该电动泄压阀对管网实施泄压来进行巡检，或者驱动该电动泄压阀关闭以便于从巡检转换为消防作业。
【文档编号】F04B49/06GK203532218SQ201320528847
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年8月28日 优先权日:2013年8月28日
【发明者】谢成钢, 于文超 申请人:上海润中智能科技有限公司