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燃油發(fā)電機組便攜式狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)

燃油發(fā)電機組包括柴油發(fā)電機組和汽油發(fā)電機組,是依靠柴油或汽油燃燒產(chǎn)生動力帶動發(fā)電機組發(fā)電的。由于柴油發(fā)電機組的容量較大,可并機運行且持續(xù)供電時間長,還可獨立運行,不受電網(wǎng)故障的影響,可靠性較高,因此在工程中得到廣泛的應用。汽油發(fā)電機組以其安裝方便,噪音小,低溫條件下,啟動快捷等優(yōu)點,被越來越多的用作家庭或工業(yè)低功耗場合的備用應急電源。

燃油發(fā)電機組運行過程中隨時會出現(xiàn)各種各樣的故障,能夠?qū)崟r的監(jiān)測機組的運行狀態(tài),及時做出故障分析和預警,并記錄發(fā)電機組的故障信息,是保證發(fā)電機組安全運行的關鍵,對發(fā)電機組的日常維護和保養(yǎng)也有著非常重要的作用。

1.系統(tǒng)的組成和工作原理

整個系統(tǒng)由硬件,基于微處理器的下位機軟件和上位機通訊軟件組成。系統(tǒng)通過硬件實現(xiàn)與發(fā)電機組的物理連接,下位機負責發(fā)電機組信號實時數(shù)據(jù)的采集和分析,從而對所發(fā)生的故障做出快速準確的判斷,發(fā)出報警提示,并對當前的故障信息進行存儲,以便于日常維護查詢。通過上位機可以遠程監(jiān)控發(fā)電機組當前狀態(tài),查詢存儲的發(fā)電機組故障信息。

本測試系統(tǒng)結構簡單,安裝方便,易于攜帶。基于電子測量技術,將傳統(tǒng)的通過硬件操作完成的功能由軟件來實現(xiàn),提高了測試系統(tǒng)的自動化水平和精度,同時良好的人機交互界面方便了用戶的操作和測試數(shù)據(jù)的管理。

2.硬件系統(tǒng)設計

測試系統(tǒng)的硬件部分主要包括微處理器系統(tǒng)、RTC時鐘外圍輔助電路、EEPROM存儲模塊、傳感器信號輸入系統(tǒng)、液晶顯不系統(tǒng)和上位機通訊系統(tǒng)一結構原理如圖1所示。


微處理器系統(tǒng)是硬件系統(tǒng)的核心,其通過傳感器信號輸入系統(tǒng)連接外部變送器、互感器采集發(fā)電機組的實時狀態(tài)數(shù)據(jù),并快速準確分析出機組的異常事件信息,讀取RTC系統(tǒng)時間,對發(fā)電機組的異常事件信息進行處理后存儲到EEPROM相應的位置。

微處理器采用32位ARM單片機STM32F205,RTC時鐘外圍輔助電路主要由一個高精度的32.768KHz晶體和電阻電容組成,當系統(tǒng)掉電時,備用電池驅(qū)動RTC時鐘系統(tǒng)工作,如圖2。


EEPROM存儲模塊采用的是大容量串行EEPROM芯片CAT24M01,電路原理圖如圖3所示。數(shù)據(jù)保持期達100年,支持100萬次的編程/擦除周期。


3.軟件設計

實時監(jiān)測功能

實時監(jiān)測功能是在正常運行情況下,實時監(jiān)視發(fā)電機組的各個電氣量波形及各種數(shù)值的變化情況,卞要有:模擬量實時狀態(tài)。實時監(jiān)測量包括發(fā)電機組輸出的電壓、頻率、相位、負載電流、有功功率、無功功率等。開關量實時狀態(tài):實時顯不各開關量的狀態(tài)。發(fā)動機的運行參數(shù),如水溫、油溫、轉(zhuǎn)速等。

故障診斷功能

故障診斷功能是對故障發(fā)生時形成的數(shù)據(jù)的分析處理功能,可以記錄并重現(xiàn)故障發(fā)生過程中各電氣量的變化和各開關量的動作情況,是分析處理軟件的核心部分,卞要包括:模擬電氣量如電壓、電流、頻率的變化,開關量如繼電器,斷路器,輸入開關等的動作;發(fā)動機運行時性能參數(shù)如水溫、油溫、轉(zhuǎn)速等變化;故障結果分析診斷。

界面顯示功能

通過液晶顯不系統(tǒng)可以直接顯不測試系統(tǒng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)。液晶顯不系統(tǒng)采用具有觸摸功能的液晶屏,以總線方式與微處理器電氣連接,通過CPU自帶的FSMC總線驅(qū)動LCD數(shù)據(jù)顯示。

數(shù)據(jù)管理功能

數(shù)據(jù)顯不與儲存是數(shù)據(jù)管理模塊要實現(xiàn)的主要功能。最新的1000條故障信息存儲在EEPROM存儲模塊中,若要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的長時間連續(xù)存儲,可通過上位機監(jiān)控軟件實現(xiàn)。

上位機通訊系統(tǒng)中通訊接口采用USB和RS485接口,通訊協(xié)議是標準的MODBUS協(xié)議。通過上位機監(jiān)控軟件讀取模塊存儲的信息,并轉(zhuǎn)換為表格文件進行保存和打印。

4.系統(tǒng)運行及試驗結果

在系統(tǒng)運行前,要對上位機監(jiān)控軟件的通訊參數(shù)進行設置,包括波特率、校驗方式、數(shù)據(jù)位位數(shù)和停止位位數(shù)等,下位機設置參數(shù)要和上位機一致。外部傳感器及線路與發(fā)電機組正確連接。準備就緒即可開始試驗。