专利名称:柴油发电机组微机监控系统的制作方法
本实用新型涉及的是柴油发电机组的微机监控系统，属于自动化控制技术领域：
，更详细地说是关于供电系统自备应急电源站柴油发电机组的微机监控系统。
通常人们知道，对自备应急电源站柴油发电机组的监控，基本是靠人工来实现的。经过检索后，现有技术《中国专利85201316》是采用全集成件和全新电路以具有记忆、控制作用的小型可遙测表头对柴油发电机组进行全自动遙测监控装置。该装置采用全集成件在控制方面不够灵活，不能实现机组减速下的再次启动，监测的数据仍需要人工进行记录，值班员需按时记录仪表显示的数据。当供电系统出现故障时，不能随时自动记录故障日期时间和各项指标的巡测值，不易查找故障原因。
本实用新型的目的在于提供一种能消除上述缺点，还有自动控制、自动巡测、自动显示、故障报警、随时打印等功能的柴油发电机组的微机监控系统。解决靠人工进行操作检测记录的状况，提高对自备应急电源站柴油发电机组监控的自动化程度，减少值班人员，降低劳动强度，便于值班员及时发现故障、找出原因进行处理。该系统通过选择开关能同时控制两部或多部柴油发电机组，并可对自备应急电源站进行全面监控。该系统控制灵活，操作简单，其主、子程序和接口电路设计合理、抗干扰强，能使市电与机电、机电与机电的切换快速、平稳。大大缩短了供电系统的断电时间。接口电路、控制器件、传感器件等均可在高强磁场下正常运行，使供电系统可靠性强、稳定性高。特别适于矿山、企业、通信、邮电、广播电视、医院、宾馆、卫星地面站、军事指挥中心等不可断电部门的自备应急电源站。
本实用新型的自备应急电源站柴油发电机组微机监控系统是有柴油发电机组及其配电盘、微机、具有测量和控制电路的接口电路、微机终端显示器、控制键盘、打印机、声光报警、系统工作电源所组成。本系统的微机选用的是以经过扩展的Z－80Ⅱ型单板机作为系统的处理中心，它通过串行通信接口与TTX－3000终端显示器相连，并以4800波特的速度进行异步方式传输，选用查询方式工作用并行控制口与BMC80行打印机以及接口电路连接。在主、子程序控制下，使在柴油发电机组及其配电盘上的传感器件和控制执行器件为接口电路提供状态信号、数字信号由微机进行计算处理。该系统可以通过选择开关或变换程序能同时控制两部或多部柴油发电机组以达到对自备应急电源站的全面监控。
所述的具有测量和控制电路的接口电路是由集成元件ADC0809、CD4051、CD4040、CD40106、CD4068、CD4013、CA3140、分离元件(如晶体管、电阻、电容、电感、变压器)、小型继电器等元部件构成了多路A／D转换电路、温度测量(SW(1)、SW(2)、YW(1)、YW(2)、压力测量(YY(1)、YY(2)、频率测量(PL(G)、PL(1)、PL(2))、电流测量(GDI(A)、GDI(B)、GDI(C))、电压测量(SD(A)、SD(B)、SD(C)、SCY(A)、SCY(B)、SCY(C)、GD(A)、GD(B)、GD(C)、JD1(A)、JD1(B)、JD1(C)、JD2(A)、JD2(B)、JD2(C)、JSY1(A)、JSY1(B)、JSY1(C)、JSY2(A)、JSY2(B)、JSY2(C))和控制(如启止动机组、显示打印、报警复位、分路断路、自动升温、机组调速)电路。上述测量电路通过传感器件将测得的模拟量，经多路A／D转换变为数字量，在主、子程序的控制下由微机进行处理，并显示打印。控制电路通过控制执行器件把控制电信号变为市电与机电、机电与机电的切换、机组的自动启止动、单机的多次启动、两机的交替启动、自动减速及在减速状态下的再次启动供电、分路断路的自动控制、水温自动调节等具体动作。该系统各大部分均用电缆连接，如有岛屿电缆、电话电缆、扁平电缆等。
所述的温度测量电路是有具有多路开关和温度传感器的平衡电桥电路和低漂移运算放大器，它是由微机控制多路开关的选通分别将温度传感器连接在桥臂上，使电桥输出电压信号经放大后送A／D转换，依次进行温度指标的测量。这样仅用一套平衡电桥电路和运算放大器，实现了巡测四项温度指标即SW(1)、SW(2)、YW(1)、YW(2)，从而减少了测量误差，提高了测量精度。该电路中温度传感器选用的是热敏电阻，最好是采用线性较好、机械强度高的铜热敏电阻。本系统是将热敏电阻(RT1、RT2、RT3、RT4)分别作为1号、2号柴油发电机组中水、油的温度传感器，当系统发出测温信号时，由微机执行温度测量子程序选通多路开关CD4051(4)的某一通道，将所在通道上的热敏电阻RT接入电桥，随着水或油温度的变化，使热敏电阻RT阻值发生变化，破坏了电桥的平衡，由电桥电路输出电压差值送至低漂移放大器CA3140进行放大后，经与CD4051(4)同时选通的CD4051(3)引至ADC0809进行A／D转换，并将结果进行显示、打印。
所述的压力测量电路是有压力传感器、限流电阻、热敏电阻分压器。它是将压力传感器触点的通断次数变为平滑的温度变化，再转化为平滑的电压变化，并将此电压进行A／D转换，得到所测机油压力值。压力传感器最好选用结构简单、机械强度高的CA－10压力传感器，并且价格低，有利于降低成本。本系统压力测量电路是将＋12伏电源，通过密绕在热敏电阻(RT7、RT8)上的电热丝，再经限流电阻(R10、R11)加到压力传感器(CA－10(1)、CA－10(2))的输入端，机油压力的变化使压力传感器触点通断次数变化，流经电热丝中的电流值变化，热敏电阻(RT7、RT8)的阻值因而发生了变化，使热敏电阻(RT5、RT6、RT7、RT8)分压器的分压输出值变化，经多路开关CD4051(3)送至ADC0809进行A／D转换，并由微机进行控制、寄存、显示、打印。还利用分压器中热敏电阻(RT5、RT6)作为温度补偿，从而防止了环境温度对测量精度的影响。
所述的频率测量电路是有变压器、二极管整流器、电阻分压器、施密特触发器、Z80－CTC。它是将供电电压变压整流后的信号经电阻分压器送至施密特触发器CD40106的输入端，使其输出端产生高于供电频率一倍的方波信号，作为Z80－CTC的外触发计数脉冲信号，由微机控制频率测量子程序实现Z80－CTC的复位和得出供电频率测量值。
所述的电流测量电路是有电流互感器、二极管、电容、电阻分压器、多路开关。它是利用电流互感器感应的交变电压，由电阻输出，经整流滤波后，由分压电阻获得分压值，送多路开关CD4051引至ADC0809进行A／D转换，由微机控制电流测量子程序，得出供电电流测量值，并进行显示、打印、报警处理。
所述的电压测量电路是有电压取样电路、多路开关、多路A／D转换电路所构成。其中电压取样电路是有变压器、二极管、电阻、电容构成。电压的测量是由电压取样电路将欲测的十二路(即市电、供电电压各三相共6路和1号、2号机组输出电压各三相共6路)0～255伏的交变电压变为0～5伏的直流电压，送多路开关CD4051引至ADC0809进行A／D转换，由微机进行控制、寄存、显示、打印、报警等处理。市电、供电电压的取样电路安装在配电盘上，变压整流部分是采用变压器和全波整流，而1号、2号机组供电电压取样电路安装在柴油发电机组上，为了提高该电路的机械强度，所以变压整流部分是采用功率较大的电阻降压和半波整流。12路电压取样电路的输出端，接阻值为2KΩ的分压电阻与多路开关CD4051输入端相连，这样流过这段线路的电流就有2mA左右，从而大大提高了抗干扰能力。
所述的多路A／D转换电路有集成电路ADC0809、多路开关CD4051、Z80－PIO并行接口芯片、向ADC0809提供时钟信号的分频器CD4040、提供标准参考电压的三端稳压器CW7805和反相器CD4069。它是利用三片CD4051组成24路模拟选通电路，将ADC0809的三个地址端(即ADDA、ADDB、ADDC端)接地，则选通IN。模拟量输入端，并将七个未用的模拟量输入端IN1～IN7全部接地，以抗干扰。为了防止工作现场强磁场对ADC0809的干扰，在三片CD4051的公共输出端与ADC0809的IN0端的连结线上接一个RC积分电路，最好选用R为750Ω、C为1000PF。把具有较高的输出稳定性的CW7805输出端与ADC0809的VREF(＋)、VCC端连接，VREF(－)与GND连接，从而保证了A／D转换精度。从节约Z80－PIO输出口的角度，采用程序实现的延时方式进行A／D转换(即延时时间大于A／D转换时间)，由ADC0809的2－1～2－8输出转换结果，并由微机进行控制处理。该电路的作用是将来自各取样电路的模拟量(如电压、电流、压力、温度等)用延时方式依次进行A／D转换，并使其变为数字量在主、子程序控制下进行显示、打印、报警处理。采用程序延时方式，系统以每秒一次的速度不停地对13种35项指标逐项进行准确的测量。
所述的控制电路是将微机对测量值的判断结果通过Z80－PIO输出，使得三级管导通与截止来带动小型继电器的通与断，去控制启动马达、电磁阀、交流接触器、停机电磁铁、液压调速器、加热器等部件完成柴油发电机组的启动、减速、停机、市电与机电的切换、水温加热等功能。其中柴油发电机组的自动调速是当微机发出自动调速信号时，利用电磁阀开、闭控制液压调速器内油量，从而使液压调速器内活塞的压力变化，并带动油机调速器的调速手柄，以达到机组自动调速。当微机发出自动停机信号时，继电器吸合将＋24伏加至停机电磁铁，使其吸合带动油机调速器停机手柄，从而达到自动停机。当系统测量水温低于0℃便发出加热信号，将220伏电压加至安装在机组水箱内的加热器进行水温加热，当水温高于5℃时，继电器断开停止水温加热，从而达到自控水温。
本实用新型的柴油发电机组微机监控系统的工作电源是由交流电源(机电或市电)或直流电源(蓄电池)经具有三端稳压的转换电路提供不间断直流电源，它平时由市电或机电供电，当市电与机电、机电与市电切换时，蓄电池便自动投入供电。它是将交流电源(市电或机电供电)整流滤波后或直流电源(蓄电池供电)经三端稳压器(CW7805、CW7809、CW7812)稳压后得到＋5伏、＋9伏、＋12伏直流电源，因切换瞬间显示器不需进行显示，所以通过交流电源(市电或机电供电)整流滤波后取得±16伏供终端显示器使用。
本实用新型的声光报警是由报警复位电路实现，该电路是由具有发光二极管和双D触发器CD4013的光亮报警电路、作为声响电路信号源的分频器CD4040、提供多频组合声响的功放电路和作为声响控制的与非门电路CD4068所组成。它是当正常工作的系统出现故障时，立即声光报警，同时由微机进行相应控制，一旦故障排除，按下复位键，系统进入正常工作。当市电中断或供电电压过高或过低或断相时，系统自动启动机组，并将机组调到额定转速，同时完成市电与机电的切换，在15秒内即可供电。若第一部机组因故启动失败时，系统则以8秒的间隔进行单机多次起动或多机的交替起动，并能自动完成机组的转换工作。当市电恢复正常时，系统自动完成机电与市电的切换以及机组的减速、停机。本系统以每秒一次的速度不停地对柴油发电机组的13种35项指标进行准确的测量，根据测量结果进行控制、报警、显示、打印。并在远离机房及配电室的CRT终端显示器上可随时显示和打印记录。通过主、子程序实现准确的记时并可随时自动显示和打印市电停电、恢复、切换、故障、正常运行的日期时间和35项指标，为分清责任、分析各种不正常情况(如分路断路、过流、断相等)提供了准确的依据。该系统还对控制键盘上的键进行了定义，便于值班员进行操作控制。
本实用新型实现了对自备应急电源站柴油发电机组的自动检测、监视和控制，特别是微机与柴油发电机组测量和控制、终端显示器、打印机进行了较好的接口，还为本系统提供了不间断的工作电源，有效地解决了强磁场中系统的正常工作和大电流强脉冲干扰问题。达到了快速准确巡测、及时可靠地控制和方便直观地显示和记录。它既具有全自动的微机监控功能，又具有半自动逻辑监控功能，同时还保留了原有的手动操作功能，从而保证了供电系统的可靠性，在意外故障情况下，能及时报警、打印记录、快速切换、及时供电、找出原因、排除故障、分清责任。
该系统的主要技术指标主频率2MHZ、中央处理器Z80－CPU、并行控制接口48路、串行通信接口2路、控制程序8K字节、电源＋5V、＋12V、＋9V、±16V、工作环境温度0～40℃、平均无故障时间5000小时、时钟误差10－2S／日、电压测量误差±4V、频率测量误差±0.5HZ、温度测量误差±3℃、压力测量误差±0.5kg／cm2、信号传输最远距离5000米。
实施例当拉下市电供电开关约3秒钟，系统自动启动2号机组(设定先起动2号机组)，2号机组自动调速平滑地转入稳定运转状态11秒钟机组供电，微机终端显示器自动显示和打印出机组供电时间和供电后的35项指标的测量值，见打印单切换时间1986、09、03 1220′40″(1)SD(A)U＝000V (B)U＝000V (C)U＝000V(2)SCY(A)U＝001V (B)U＝000V (C)U＝002V(3)GD(A)U＝220V (B)U＝220V (C)U＝220V(4)GDI(A)I＝20A (B)I＝25A (C)I＝25A(5)PL(A)f＝50HZ (B)f＝50HZ (C)f＝50HZ(6)JD1(A)U＝000V (B)U＝000V (C)U＝001V(7)JSY1(A)U＝000V (B)U＝000V (C)U＝000V(8)JD2(A)U＝220V (B)U＝225V (C)U＝223V(9)JSY2(A)U＝006V (B)U＝008V (C)U＝007V(10)SW(A)T＝020℃ (2)T＝080℃(11)YW(1)T＝021℃ (2)T＝082℃(12)YY(1)P＝000kg／cm2(2)P＝003kg／cm2(13)DP(1)U＝024V (2)U＝020V(14)1QD 1＃J系统以每秒一次的速度不停地巡测数据单上的35项指标。当重复或交替启动1号或2号机组时，系统运转正常。
当控制板上开关置半自动档时，微机停止工作，系统则利用控制逻辑配合控制板上开关，仍能远离机房实现启止动机组供电，实现了半自动化控制。
当控制板上开关置手动档时，系统便转入手动控制。
当供电系统电压过高或过低、线路电阻过大、分路过流引起断路时本系统立即声光报警，并能自动计时，显示打印记录。
当起动1号机时，2号机自动平稳减速停机，1号机平稳运行供电，系统自动完成机电间的切换，并自动计时、显示、打印记录。
当合上市电供电开关时，1号机组自动平稳减速停机，自动切换市电供电，并自动计时、显示、打印记录。
该系统在海军37375部队经7000小时使用无故障。
符号注释SD(A)、SD(B)、SD(C)——市电A、B、C三相电压。
SCY(A)、SCY(B)、SCY(C)——市电A、B、C三相线路压降。
GD(A)、GD(B)、GD(C)——供电A、B、C三相电压。
GDI(A)、GDI(B)、GDI(C)——供电A、B、C三相电流。
PL(G)、PL(1)、PL(2)——供电频率、1号机组供电频率、2号机组供电频率。
JD1(A)、JD1(B)、JD1(C)——1号机组供电A、B、C三相电压。
JSY1(A)、JSY1(B)、JSY1(C)——1号机组供电A、B、C三相线路压降。
JD2(A)、JD2(B)、JD2(C)——2号机组供电A、B、C三相电压。
JSY2(A)、JSY2(B)、JSY2(C)——2号机组供电A、B、C三相线路压降。
SW(1)、SW(2)——1号、2号机组水温。
YW(1)、YW(2)——1号、2号机组油温。
YY(1)、YY(2)——1号、2号机组机油压力。
DP(1)、DP(2)——1号、2号机组电瓶电压。
1QD——第一次启动。
1＃J——1号柴油发电机组。
2＃J——2号柴油发电机组。
系统程序流程框图(见11页)。
图1系统总框图。
图2控制电路图。
图3温度测量电路图。
图4压力测量电路图。
图5系统工作电源电路图。
权利要求
1.一种具有柴油发电机组及其配电盘、声光报警、控制开关板、微机系统、巡测数据终端显示器、巡测数据打印机、控制键盘的柴油发电机组的微机监控系统，其特征在于它有温度、压力等测量电路、控制电路、多路A/D转换电路和系统工作电源，它是利用微机系统对柴油发电机组进行监控的。
2.如权利要求
1所说的微机监控系统，其特征在于温度测量电路是有多路开关、温度传感器、平衡电桥电路、低漂移运算放大器，通过平衡电桥电路中的多路开关的选通，分别将温度传感器连接在桥臂上，电桥输出电压信号经放大后送多路A／D转换电路实现温度测量。
3.如权利要求
1所说的微机监控系统，其特征在于所说的压力测量电路是有压力传感器、限流电阻、热敏电阻分压器，被测信号由压力传感器经限流电阻连接热敏电阻分压器输入多路A／D转换电路实现压力测量。
4.如权利要求
1所说的微机监控系统，其特征在于所说的系统工作电源是由交、直流电源和具有三端稳压器的转换电路组成不间断的直流电源。
5.如权利要求
2所说的温度测量电路，其特征在于温度传感器是采用线性较好、机械强度高的铜热敏电阻。
6.如权利要求
1所说的微机监控系统，其特征在于由集成元件(ADC0809、CD4051、CD4040、CD40106、CD4068、CD4013、CA3140)、分离元件(如晶体管、电阻、电容、电感、变压器)、小型继电器等元部件构成多路A／D转换电路、(温度、压力、频率、电流、电压)测量电路和控制电路，这些电路是在该系统主、子程序控制下来实现测量、控制和转换的。
专利摘要
一种柴油发电机组的微机监控系统由柴油发电机组、配电盘、微机、接口电路、终端显示器、打印机、控制键盘、声光报警和工作电源所组成。解决了由微机控制系统主、子程序自动完成电压等35项指标的测量和控制；它可同时控制两部或多部机组，具有切换、启止动快速，控制灵活、操作简单，接口电路设计合理、成本低、抗干扰强。提高了供电系统的自动化程度，适于不可断电部门的自备应急电源站。
文档编号H02P9/00GK87200642SQ87200642
公开日1988年4月13日 申请日期1987年1月19日
发明者王家祯, 齐晓东, 张海军 申请人:中国人民解放军三七三七五部队导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan