燃气轮机发电机组自动控制系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种燃气轮机发电机组自动控制系统，系统采用插件板结构，包括主通道和从通道，主通道包括二次电源、单片机、光耦输入隔离电路、光伏继电器输出隔离电路、数据采集电路、电磁阀驱动电路；从通道采用时序逻辑电路实现控制功能。本发明通过接收外部指令，完成发电机冷启动、假启动、工序启动和程序启动程序，工作中监测发电机组进气温度、排气温度、滑油压力及转速等三十余项运行参数，完成二十余项故障保护及报警功能，并将排气温度、转速及故障等信息传至显示控制装置，实现人机交互功能。
【专利说明】燃气轮机发电机组自动控制系统【技术领域】
[0001]本发明涉及一种中频同步发电机的自动控制系统，尤其涉及一种燃气轮机发电机组自动控制系统，属于中频(400Hz )发电领域，适用发电频率为400Hz。
【背景技术】
[0002]中频发电机组以其体积小、重量轻等优势在国内主要应用于飞机及地面设备。主要来源是进口装备配套，存在采购渠道窄、售后保障困难、质量大、体积大、功能不完善等问题。国内目前尚无成熟产品上市，只有部分在研产品，在研产品普遍存在兼容性差、实时性差、可靠性不高、电路集成度不高、结构松散、体积大、质量大等问题。而目前，国内在这方面的应用需求范围在逐步扩大。
【发明内容】
[0003]本发明针对上述现有技术中存在的问题，提供了一种集多种启动程序控制、发电机运行监测与保护的燃气轮机发电机组自动控制系统，解决了现有技术中中频发电机启动可靠性和发电质量稳定性差的问题。
[0004]本发明的技术方案如下:
系统采用插件板结构，包括主通道和从通道，主通道包括二次电源、单片机、光耦输入隔离电路、光伏继电器输出隔离电路、数据采集电路、电磁阀驱动电路；二次电源、光耦输入隔离电路及数据采集电路的输出端与单片机输入端相连；单片机输出端连接光伏继电器输出隔离电路和电磁阀驱动电路；信号调理电路输出端连接数据采集电路输入端；从通道采用时序逻辑电路实现控制功能。
[0005]所述的二次电源的电`源入口端并接稳压二极管，同时反向接整流二极管。
[0006]所述的光耦输入隔离电路接收开关量信号I一开关量信息η。
[0007]所述的信号调理电路接收温度信号和转速信号，温度信号测量时，设置参考电压为恒流源电路提供参考电压，稳压二极管保护电流输出端压降小于一定值；转速信号的输出端并接稳压管。
[0008]所述的单片机上连接有晶振。
[0009]所述的光伏继电器输出隔离电路输出端连接继电器。
[0010]所述的电磁阀驱动电路输出端连接电磁阀，电磁阀驱动电路中电机驱动芯片与电液伺服阀连接的部分设置TVS 二极管。
[0011]所述的从通道包括二次电源、输入模块、输出模块及逻辑控制模块，二次电源给输入模块、输出模块及逻辑控制模块提供电源；输入模块、逻辑控制模块及输出模块依次连接。
[0012]所述的输入模块接受开关量信号I一开关量信息η。
[0013]所述的输出模块输出开关量信号I一开关量信息η。
[0014]本发明的优点效果如下: 1、采用无共因失效设计方案对核心功能实现备份，增加发电机的可靠性。
[0015]2、电路集成度更高，有效减小了产品的体积和质量。
[0016]3、增加了部分内部参数实时监测功能，能够更准确的了解发电机组的内部状态，有利于操作人员更合理的制定后续工作计划。
[0017]4、采用插件板结构，可实现板级替换和组合级替换，方便维修和维护。
[0018]5、二次电源部分，在电源入口端并接一只稳压二极管，防止电压波动损伤内部电路，同时反向接一只大功率整流二极管，防止在使用时将电源接反，造成电路损坏；输入与输出信号间进行光耦隔离，误操作也不会造成对产品的损坏。
[0019]6、信号输入采用光耦隔离将高电压信号转换为低电压信号送单片机端口处理，信号输出则是通过单片机产生的信号经过光伏继电器将低电压开关信号转换为高电压通断控制信号。
[0020]7、温度测量时设置一个参考电压为恒流源电路提供参考电压，稳压二极管保护电流输出端压降小于一定值，防止热电阻产生过流损坏和电压测量电路过压损坏。
[0021]8、转速测量时在转速信号的输出端，并接稳压管，防止过压损坏单片机。
[0022]9、电磁阀驱动电路部分，电机驱动芯片与电液伺服阀连接的部分增加了 TVS 二极管用于抑制电液伺服阀在工作过程中出现的瞬态过冲电压。
[0023]10、本发明所有高电压输出端口加二极管进行反向隔离，防止外部电信号对控制组合输出信号的影响。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1为本发明主通道结构示意框图。
[0025]图2为本发明从通道结构示意框图。
[0026]图3为本发明启动曲线示意图。
[0027]图4是机组在100%负载突加时的机组发电频率瞬态响应曲线示意图。
[0028]图5是机组在100%负载突减时的机组发电频率瞬态响应曲线示意图。
【具体实施方式】
[0029]本发明参照附图，结合具体实施例，进行详细描述如下。
实施例
[0030]如图1-2所示，系统采用插件板结构，包括主通道和从通道，主通道包括二次电源、单片机、光耦输入隔离电路、光伏继电器输出隔离电路、数据采集电路、电磁阀驱动电路；二次电源、光耦输入隔离电路及数据采集电路的输出端与单片机输入端相连；单片机输出端连接光伏继电器输出隔离电路和电磁阀驱动电路；信号调理电路输出端连接数据采集电路输入端；光耦输入隔离电路接收开关量信号I一开关量信息η ;信号调理电路接收温度信号和转速信号，温度信号测量时，设置参考电压为恒流源电路提供参考电压，稳压二极管保护电流输出端压降小于一定值；转速信号的输出端并接稳压管；光伏继电器输出隔离电路输出端连接继电器；所述的电磁阀驱动电路输出端连接电磁阀，电磁阀驱动电路中电机驱动芯片与电液伺服阀连接的部分设置TVS 二极管。[0031]从通道采用时序逻辑电路实现控制功能；从通道包括二次电源、输入模块、输出模块及逻辑控制模块，二次电源给输入模块、输出模块及逻辑控制模块提供电源；输入模块、逻辑控制模块及输出模块依次连接；所述的输入模块接受开关量信号I一开关量信息η ;所述的输出模块输出开关量信号I一开关量信息η。
[0032]所述的单片机上连接有晶振。
[0033]本发明采用了无共因失效冗余备份设计方案，计算机为主控制，时序电路为备份控制。两部分控制电路原理完全不同，可完全独立工作，互不影响，也可同时工作。同时工作时，时序电路控制实现对计算机控制的热备份，完成发电机组启动、运行的基本功能控制，有效提高了系统的可靠性。
[0034]所述的二次电源为控制模块提供工作电源；主控制模块由单片机和晶振、复位电路等外围电路组成，实现主通道的控制功能，完成多种启动程序和二十余种故障检测和保护功能；输入输出部分经过隔离处理实现信号转换；数据采集模块对温度和转速信号进行采集，送主控制模块进行处理，作为程序判断的依据；电液伺服阀调理电路对燃油供油量进行调节，以达到产生合格电能的目的。
[0035]从通道采用时序逻辑电路实现控制功能，完成主通道故障情况下的各种启动程序。
[0036]二次电源在电源入口端并接一只稳压二极管，防止电压波动损伤内部电路，同时反向接一只大功率整流二极管，防止在使用时将电源接反，造成电路损坏；输入与输出信号间进行光耦隔离，误操作也不会造成对产品的损坏。
[0037]信号输入采用光耦隔离将高电压信号转换为低电压信号送单片机端口处理，信号输出则是通过单片机产生的信号经过光伏继电器将低电压开关信号转换为高电压通断控制信号。
[0038]温度测量时设置一个参考电压为恒流源电路提供参考电压，稳压二极管保护电流输出端压降小于一定值，防止热电阻产生过流损坏和电压测量电路过压损坏。
[0039]转速测量时在转速信号的输出端，并接稳压管，防止过压损坏单片机。
[0040]电磁阀驱动电路部分，电机驱动芯片与电液伺服阀连接的部分增加了 TVS 二极管用于抑制电液伺服阀在工作过程中出现的瞬态过冲电压。
[0041]本发明所有高电压输出端口加二极管进行反向隔离，防止外部电信号对控制组合输出信号的影响。
[0042]本发明实现的发电机的指标参数如下。
[0043]1、启动控制
在启动阶段，控制系统主要根据转速和排气温度，对启动电机、电加热器、注油泵、电磁阀等执行机构进行控制，使指令输出与指令撤销的时间点满足要求，保证机组能正常启动。启动过程的指令加载情况可间接通过监测启动电压来观察，启动曲线如图3所示，图中横坐标为时间点，纵坐标为启动电压。
[0044]通过观察图中启动电压的转折点时刻，可判断发电机控制信号输出情况。如在开始启动时刻，发电机接通启动电机，此时启动电压降低；在5s时刻机组解除限流电阻,启动电压缓慢上升；在Hs时刻，发电机接通启动电机励磁；在26s时刻，发电机断开启动电机、电机励磁,此时启动电压恢复。从启动电压监测曲线看出，本发明能够对发电机各执行机构进打顺序控制，完成发电机启动。
[0045]2、变负载工况
实际使用中，发电机负载情况会根据需要不定时变动，但要求发电机输出的交流电电压和频率保持基本不变，这就要求本发明在负载突变状态下能够对发电机输出进行快速矫正和恢复，以维持输出交流电状态的相对稳定。
[0046]试验所使用的发电机组额定功率为75KW，输出电压为交流220V/400HZ。图4和图5是机组在100%负载突加和100%负载突减时的机组发电频率瞬态响应曲线。
[0047]从图中可以看出，当发电机负载突加100%或突减100%时，燃机的转速会有小幅波动，从而导致机组发电频率有所下滑或上升(但仍然在400±8Hz稳态区间内)。此时控制系统根据转速偏差，对发电机电液伺服阀进行快速调整，减少或增加系统供油量，让燃气轮机转速平稳、快速恢复，使发电频率恢复到400Hz附近。从发电机发电频率瞬态响应曲线可以看出，控制系统的频率波动在允许范围内，控制效果较为理想。
[0048]本系统通过接收外部指令，完成发电机冷启动、假启动、工序启动和程序启动程序，工作中监测发电机组进气温度、排气温度、滑油压力及转速等三十余项运行参数，完成二十余项故障保护及报警功能，并将排气温度、转速及故障等信息传至显示控制装置，实现人机交互功能。
[0049]本发明的保护范围以权利要求为准，不受具体实施例所限制。
【权利要求】
1.燃气轮机发电机组自动控制系统，其特征在于系统采用插件板结构，包括主通道和从通道，主通道包括二次电源、单片机、光耦输入隔离电路、光伏继电器输出隔离电路、数据采集电路、电磁阀驱动电路；二次电源、光耦输入隔离电路及数据采集电路的输出端与单片机输入端相连；单片机输出端连接光伏继电器输出隔离电路和电磁阀驱动电路；信号调理电路输出端连接数据采集电路输入端；从通道采用时序逻辑电路实现控制功能。
2.根据权利要求1所述的燃气轮机发电机组自动控制系统，其特征在于所述的二次电源的电源入口端并接稳压二极管，同时反向接整流二极管。
3.根据权利要求1所述的燃气轮机发电机组自动控制系统，其特征在于所述的光耦输入隔离电路接收开关量信号I一开关量信息η。
4.根据权利要求1所述的燃气轮机发电机组自动控制系统，其特征在于所述的信号调理电路接收温度信号和转速信号，温度信号测量时，设置参考电压为恒流源电路提供参考电压，稳压二极管保护电流输出端压降小于一定值；转速信号的输出端并接稳压管。
5.根据权利要求1所述的燃气轮机发电机组自动控制系统，其特征在于所述的单片机上连接有晶振。
6.根据权利要 求1所述的燃气轮机发电机组自动控制系统，其特征在于所述的光伏继电器输出隔离电路输出端连接继电器。
7.根据权利要求1所述的燃气轮机发电机组自动控制系统，其特征在于所述的电磁阀驱动电路输出端连接电磁阀，电磁阀驱动电路中电机驱动芯片与电液伺服阀连接的部分设置TVS 二极管。
8.根据权利要求1所述的燃气轮机发电机组自动控制系统，其特征在于所述的从通道包括二次电源、输入模块、输出模块及逻辑控制模块，二次电源给输入模块、输出模块及逻辑控制模块提供电源；输入模块、逻辑控制模块及输出模块依次连接。
9.根据权利要求8所述的燃气轮机发电机组自动控制系统，其特征在于所述的输入模块接受开关量信号I一开关量信息η。
10.根据权利要求1所述的燃气轮机发电机组自动控制系统，其特征在于所述的输出模块输出开关量信号I一开关量信息η。
【文档编号】F02C9/00GK103603726SQ201310649490
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年12月6日 优先权日:2013年12月6日
【发明者】卢爽, 管鹏, 王宝新, 陈海军 申请人:沈阳航天新光集团有限公司