當(dāng)前位置:首頁(yè) > 工業(yè)控制 > 工業(yè)控制
[導(dǎo)讀]針對(duì)原有柴油發(fā)電機(jī)組的專用控制器功能單一、集成度低、測(cè)量精度和響應(yīng)速度低等問題,設(shè)計(jì)了一款基于PIC24F的柴油發(fā)電機(jī)檢測(cè)與自動(dòng)化系統(tǒng)。在該系統(tǒng)控制作用下,可實(shí)現(xiàn)市電故障檢測(cè)以及無人值守條件下的自動(dòng)運(yùn)行。通過實(shí)驗(yàn)證明,文中所使用的差動(dòng)式低通放大電路作為前置電壓采樣電路和軟件補(bǔ)償算法,可較好地抑制共模干擾信號(hào),高頻干擾信號(hào),沖擊噪聲,提高了測(cè)量的準(zhǔn)確性與可靠性。與以往的雙電源供電和外置AD做法相比,文中所采用的單電源加偏置電壓的信號(hào)采集電路成本降低,外圍器件減少,且縮小了電路體積。

摘要 針對(duì)原有柴油發(fā)電機(jī)組的專用控制器功能單一、集成度低、測(cè)量精度和響應(yīng)速度低等問題,設(shè)計(jì)了一款基于PIC24F的柴油發(fā)電機(jī)檢測(cè)與自動(dòng)化系統(tǒng)。在該系統(tǒng)控制作用下,可實(shí)現(xiàn)市電故障檢測(cè)以及無人值守條件下的自動(dòng)運(yùn)行。通過實(shí)驗(yàn)證明,文中所使用的差動(dòng)式低通放大電路作為前置電壓采樣電路和軟件補(bǔ)償算法,可較好地抑制共模干擾信號(hào),高頻干擾信號(hào),沖擊噪聲,提高了測(cè)量的準(zhǔn)確性與可靠性。與以往的雙電源供電和外置AD做法相比,文中所采用的單電源加偏置電壓的信號(hào)采集電路成本降低,外圍器件減少,且縮小了電路體積。

柴油發(fā)電機(jī)組是內(nèi)燃發(fā)電機(jī)組的一種,由柴油機(jī)、三相交流同步發(fā)電機(jī)和控制系統(tǒng)等組成。由于傳統(tǒng)的柴油機(jī)控制系統(tǒng)都是分離式、半自動(dòng)和手動(dòng)的居多,其體積較大,性能指標(biāo)較低。隨著科技的發(fā)展,對(duì)發(fā)電機(jī)組工作過程中各種動(dòng)態(tài)參數(shù)的控制精度要求越來越高,要求具備遠(yuǎn)距離遙控、遙測(cè)、遙信功能,并能實(shí)時(shí)存儲(chǔ)、上報(bào)動(dòng)態(tài)參數(shù)等,依靠傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)已無法滿足上述要求。文中采用Microchip公司的PIC24FJ64作為控制器的核心處理器,其成本低,可靠性高,自帶A/D和一些通訊接口。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,所設(shè)計(jì)的柴油機(jī)控制器能夠?qū)崟r(shí)采集多通道數(shù)據(jù),所用測(cè)量方法測(cè)量精度較高,響應(yīng)速度較快,并通過串行總線與計(jì)算機(jī)通訊,實(shí)時(shí)顯示機(jī)組工作狀態(tài),記錄各項(xiàng)報(bào)警參數(shù),并通過短信告知用戶。

1 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)采用16位的PIC24FJ64GA為主芯片,其帶有10位A/D、UART、SPI接口和CAN接口,完全可滿足設(shè)計(jì)要求,且有成本低,可靠性高的特點(diǎn)。圖1中,市電和發(fā)電機(jī)三相電參數(shù)通過信號(hào)調(diào)理電路輸送1給主芯片的A/D口,發(fā)電機(jī)的油溫油壓等參數(shù)通過信號(hào)調(diào)理電路2輸送給主芯片的A/D口,作為備用電源時(shí),工作在自動(dòng)模式,此時(shí)監(jiān)測(cè)市電參數(shù)并且當(dāng)市電電壓出現(xiàn)異常時(shí),進(jìn)行分閘操作,此時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī),等待啟動(dòng)完畢后,進(jìn)行合閘操作,給予供電,當(dāng)市電恢復(fù)時(shí),合閘至市電電網(wǎng),同時(shí)進(jìn)行柴油發(fā)電機(jī)的停機(jī)操作,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)合分閘(ATS切換)。作為電源使用時(shí),工作在手動(dòng)模式,手動(dòng)控制發(fā)電機(jī)啟動(dòng)。發(fā)電機(jī)啟動(dòng)后,將實(shí)時(shí)檢測(cè)發(fā)電機(jī)運(yùn)行的各項(xiàng)參數(shù),同時(shí)通過SPI傳送至128×64液晶屏顯示,此外,該控制器還配有CAN和485 接口,通過與PC機(jī)連接,可以通過上位機(jī)來設(shè)定控制器的參數(shù),也可將控制器采集到的數(shù)據(jù)顯示在上位機(jī)上,CSM模塊可以將報(bào)警信息以SMS方式發(fā)送到用戶手機(jī)。

2 電路設(shè)計(jì)

2.1 三相電壓檢測(cè)信號(hào)調(diào)理電路

該電路的目的是將三相電壓轉(zhuǎn)換成處理器A/D可輸入的電壓范圍,該信號(hào)調(diào)理電路運(yùn)用運(yùn)放電路中的差動(dòng)電路來實(shí)現(xiàn),圖2為實(shí)現(xiàn)L1-N的線電壓轉(zhuǎn)換,由于PIC24FJ64CA的A/D電壓范圍為0~3.3 V,且交流電的負(fù)電壓不能被A/D所采樣,以往的設(shè)計(jì)往往是使用專用的A/D芯片轉(zhuǎn)換負(fù)電壓,這樣就增加了成本。本文通過在同相輸入端增加了1.6 V的偏壓信號(hào),使得正弦波幅值上移,這樣可以正向電壓則在1.6~3.3 V之間,而反向電壓在0~1.6 V之間,0位為1.6 V,在0~3.3 V能采集到完整的正弦波,這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于,前置電路處理簡(jiǎn)單,成本極大的降低了,并使得CPU處理交流電壓變得方便。設(shè)計(jì)測(cè)量電壓的量程為0~450 V,取比例系數(shù)為K=RF/R4=0.002,使得輸出電壓范圍在0.7~2.5 V之間,由于現(xiàn)場(chǎng)使用中發(fā)現(xiàn)交流電中存在較大的干擾信號(hào)。

(1)當(dāng)閘門關(guān)閉時(shí),零線上存在極大的擾動(dòng)電壓,這是由于電網(wǎng)中其他用電設(shè)備在交流回路上會(huì)產(chǎn)生電壓。

(2)輸出電壓波形上疊加有高頻干擾信號(hào)。因此本電路在偏壓端,也就是同相輸入端加入C1用于濾除零線上的干擾信號(hào),輸出端加入C2濾去高頻信號(hào)。

同理測(cè)得另外兩相電壓L2-N,L3-N的線電壓,再通過計(jì)算公示可得出L1-L2,L2-L3,L3-L1的相電壓。

3 dB帶寬fc=1.32 kHz,該帶寬可以通過50 Hz交流電,而對(duì)頻率高于1.32 kHz的信號(hào)有抑制作用,該電路設(shè)計(jì)的信號(hào)效果如圖3所示。

2.2 三相電壓頻率信號(hào)調(diào)理電路

該電路的目的是將交流電的正弦波信號(hào)轉(zhuǎn)換成單片機(jī)計(jì)數(shù)器口所能識(shí)別的方波信號(hào),并能抑制高頻干擾,使測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確?;驹O(shè)計(jì)思路是通過一個(gè)有限增益反饋型二階低通濾波器和一個(gè)雙限比較器來實(shí)現(xiàn),具體實(shí)施電路如圖4所示。

第一個(gè)運(yùn)算放大器環(huán)節(jié)為有限增益反饋型二階低通濾波器,其輸入與輸出的傳遞函數(shù)如下

通過分析計(jì)算可知,帶寬為212.31 Hz,幅頻特性無諧振,無超調(diào)量,滿足設(shè)計(jì)性能指標(biāo)。

2.3 通訊接口電路

2.3.1 RS-485通訊接口

由于PC機(jī)的串行通訊總線是RS-232電平,因此要使RS-485總線可與PC機(jī)通訊,則需將RS-485轉(zhuǎn)成RS-232,利用Modbus協(xié)議與上位機(jī)通訊,RS-485接口采用RSM3485芯片接受上位機(jī)可通過該口接受控制器監(jiān)測(cè)到的參數(shù),也可通過該口設(shè)置一些控制參數(shù)。采用RS-485,其電平格式為差分的形式,能抑制共模干擾,因此其通訊距離比RS-232要長(zhǎng)得多。對(duì)于有監(jiān)控要求的用戶,可使得監(jiān)控室設(shè)置在離機(jī)房較遠(yuǎn)的地方。

2.3.2 CAN通訊接口

CTM1050T是5V的高速隔離CAN收發(fā)器。在設(shè)計(jì)中,采用屏蔽線方式通訊,這樣可抑制電磁干擾,屏蔽層接致CANSCR引腳,其中R9和C12為耐高壓電阻電容,該電路設(shè)計(jì)特點(diǎn)是能抑制電磁干擾,防止總線過壓引起的電路燒毀。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 電壓參數(shù)檢測(cè)軟件設(shè)計(jì)

市電/發(fā)電的電壓信號(hào),通過信號(hào)調(diào)理電路,轉(zhuǎn)換為0~3.3 V之間的低壓信號(hào)輸入到PIC24FJ64GA的A/D口,根據(jù)正弦波頻率50 Hz,設(shè)定采樣轉(zhuǎn)換周期為2 kHz,設(shè)計(jì)采用每個(gè)轉(zhuǎn)換周期轉(zhuǎn)換8次數(shù)據(jù),一個(gè)正弦波周期采樣40個(gè)數(shù)據(jù),對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波,轉(zhuǎn)換得到最終結(jié)果。

第k次采集到的A/D的值,buf0~buf7為存放A/D讀數(shù)的緩存區(qū),為抑制瞬態(tài)干擾,對(duì)buff中的數(shù)據(jù)進(jìn)行排序,排序后采用中位值取平均。

D(k)=(buf3+buf4)/2 (13)

根據(jù)A/D參考電壓為3.3 V,10位A/D,每個(gè)A/D讀數(shù)表示3.225 mV,上述信號(hào)調(diào)理電路放大倍數(shù)為0.002,也就是2 mV表示1 V。計(jì)算每個(gè)A/D讀書表示電壓的值

A=3.225/2=1.57 (14)

根據(jù)信號(hào)調(diào)理電路,加1.6 V的偏壓,0位為1.6 V,A/D讀數(shù)為512,將讀數(shù)轉(zhuǎn)換為電壓值

u(k)=[D(k)-512]/1 023×A (15)

將一個(gè)正弦波周期采集到的值求均方根,得到T時(shí)刻一個(gè)正弦波周期的有效值

在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)若只采集1個(gè)正弦波算出有效值并直接顯示,則顯示的有效值會(huì)不穩(wěn)定,并呈周期性跳變,因此采用一階滯后濾波算法。

Uf(T)=(1-a)×U/(T)+a×Uf(T-1),0<a<1 (17)

式中,Uf(T)為T時(shí)刻濾波后輸出的電壓值;U(T)為T時(shí)刻的采樣值;a為一階濾波系數(shù)。當(dāng)a越大時(shí),數(shù)據(jù)越平滑,響應(yīng)速度越慢;當(dāng)a越小時(shí),響應(yīng)越快,但穩(wěn)態(tài)時(shí)數(shù)據(jù)變化大。為克服這一缺點(diǎn),使a的變化具有誤差帶開關(guān),當(dāng)其進(jìn)入誤差帶時(shí),a較大,而當(dāng)U(T)變化較大時(shí),a較小,其實(shí)現(xiàn)方法為

電壓檢測(cè)軟件流程如圖7所示。

3.2 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

柴油發(fā)電機(jī)控制器是一個(gè)典型的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng),在運(yùn)行中要保證采樣、計(jì)算、保護(hù)、控制、通信等任務(wù)。終端控制軟件是在硬件平臺(tái)PIC24FJ64GA和開發(fā)環(huán)境MPLAB中采用C語言開發(fā)、采用模塊化程序設(shè)計(jì),便于功能擴(kuò)展。整個(gè)程序包括的子模塊有:系統(tǒng)各I/O端口的初始化、按鍵控制模塊、參數(shù)采集模塊、邏輯判斷模串行通信模塊等。

該控制系統(tǒng)通過檢測(cè)市電電壓,當(dāng)電壓欠壓時(shí)進(jìn)行市電供電分閘操作,并同時(shí)給出啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)命令,當(dāng)發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)一切正常后,進(jìn)行發(fā)電機(jī)供電合閘操作,若發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),油溫、油壓、溫度、水溫等參數(shù)出現(xiàn)問題,則進(jìn)入報(bào)警停機(jī)狀態(tài),并將報(bào)警信息傳輸給用戶。在發(fā)電機(jī)供電運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),市電供電恢復(fù),則控制器進(jìn)行發(fā)電機(jī)供電分閘和市電合閘,并控制發(fā)電機(jī)停機(jī)操作,具體的軟件流程圖如圖8所示。

PIC24F的柴油發(fā)電機(jī)檢測(cè)與自動(dòng)化系統(tǒng)" />

4 結(jié)束語

本文通過對(duì)柴油發(fā)電機(jī)組的研究,設(shè)計(jì)了基于柴油發(fā)電機(jī)組的控制器,實(shí)現(xiàn)狀態(tài)參數(shù)的監(jiān)測(cè),完成了硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明,本文設(shè)計(jì)的信號(hào)處理電路及數(shù)字濾波辦法,可以有效地提高測(cè)量精度和響應(yīng)時(shí)間,對(duì)于大負(fù)載導(dǎo)致的發(fā)電機(jī)電壓變化可快速地響應(yīng)顯示。設(shè)計(jì)的濾波電路能有效抑制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的紋波干擾而產(chǎn)生的電壓跳變,此外,其能實(shí)現(xiàn)ATS功能,可用于樓宇備用電源,其和上位機(jī)通訊可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)控制器級(jí)聯(lián)監(jiān)控,對(duì)市電所不能到達(dá)的工業(yè)生產(chǎn)、野外作業(yè)以及樓宇備用電源控制有著重要意義。

本站聲明: 本文章由作者或相關(guān)機(jī)構(gòu)授權(quán)發(fā)布,目的在于傳遞更多信息,并不代表本站贊同其觀點(diǎn),本站亦不保證或承諾內(nèi)容真實(shí)性等。需要轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系該專欄作者,如若文章內(nèi)容侵犯您的權(quán)益,請(qǐng)及時(shí)聯(lián)系本站刪除。
換一批
延伸閱讀

9月2日消息,不造車的華為或?qū)⒋呱龈蟮莫?dú)角獸公司,隨著阿維塔和賽力斯的入局,華為引望愈發(fā)顯得引人矚目。

關(guān)鍵字: 阿維塔 塞力斯 華為

倫敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英國(guó)汽車技術(shù)公司SODA.Auto推出其旗艦產(chǎn)品SODA V,這是全球首款涵蓋汽車工程師從創(chuàng)意到認(rèn)證的所有需求的工具,可用于創(chuàng)建軟件定義汽車。 SODA V工具的開發(fā)耗時(shí)1.5...

關(guān)鍵字: 汽車 人工智能 智能驅(qū)動(dòng) BSP

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越來越多用戶希望企業(yè)業(yè)務(wù)能7×24不間斷運(yùn)行,同時(shí)企業(yè)卻面臨越來越多業(yè)務(wù)中斷的風(fēng)險(xiǎn),如企業(yè)系統(tǒng)復(fù)雜性的增加,頻繁的功能更新和發(fā)布等。如何確保業(yè)務(wù)連續(xù)性,提升韌性,成...

關(guān)鍵字: 亞馬遜 解密 控制平面 BSP

8月30日消息,據(jù)媒體報(bào)道,騰訊和網(wǎng)易近期正在縮減他們對(duì)日本游戲市場(chǎng)的投資。

關(guān)鍵字: 騰訊 編碼器 CPU

8月28日消息,今天上午,2024中國(guó)國(guó)際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)開幕式在貴陽舉行,華為董事、質(zhì)量流程IT總裁陶景文發(fā)表了演講。

關(guān)鍵字: 華為 12nm EDA 半導(dǎo)體

8月28日消息,在2024中國(guó)國(guó)際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)上,華為常務(wù)董事、華為云CEO張平安發(fā)表演講稱,數(shù)字世界的話語權(quán)最終是由生態(tài)的繁榮決定的。

關(guān)鍵字: 華為 12nm 手機(jī) 衛(wèi)星通信

要點(diǎn): 有效應(yīng)對(duì)環(huán)境變化,經(jīng)營(yíng)業(yè)績(jī)穩(wěn)中有升 落實(shí)提質(zhì)增效舉措,毛利潤(rùn)率延續(xù)升勢(shì) 戰(zhàn)略布局成效顯著,戰(zhàn)新業(yè)務(wù)引領(lǐng)增長(zhǎng) 以科技創(chuàng)新為引領(lǐng),提升企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力 堅(jiān)持高質(zhì)量發(fā)展策略,塑強(qiáng)核心競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)...

關(guān)鍵字: 通信 BSP 電信運(yùn)營(yíng)商 數(shù)字經(jīng)濟(jì)

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日,由中央廣播電視總臺(tái)與中國(guó)電影電視技術(shù)學(xué)會(huì)聯(lián)合牽頭組建的NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟在BIRTV2024超高清全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展研討會(huì)上宣布正式成立。 活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng) NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)...

關(guān)鍵字: VI 傳輸協(xié)議 音頻 BSP

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日舉辦的2024年長(zhǎng)三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)聯(lián)合招商會(huì)上,軟通動(dòng)力信息技術(shù)(集團(tuán))股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱"軟通動(dòng)力")與長(zhǎng)三角投資(上海)有限...

關(guān)鍵字: BSP 信息技術(shù)
關(guān)閉
關(guān)閉