控制系统的基本模块

２００３年第３期移动电源与车辆１９

柴油发电机组控制系统的模块设计

肖勇，李冬杨

（兰州电源车辆研究所，甘肃兰州７３００５０）

摘要：该文从“三化”（通用化、系列化、模块化）设计思想出发，重点论述了柴油发电机组控制柜模块化设计方法，并介绍了各个控制功能的相应控制模块。关键词：柴油发电机组；控制系统；模块中图分类号：ＴＭ６１１．２２文献标识码：Ａ文章编号：１００３－４２５０（２００３）０３－００１９－０３

１前言

柴油发电机组控制系统是柴油发电机组的重要

组成部分，是决定柴油发电机组性能及使用技术的

核心所在。从以往柴油发电机组电气控制系统的发展及开发方向来看，大多采用模拟机电控制电路为主要设计思想，虽然近几年开发了部分自动控制及

保护系统模块，但大部分设计采用各自为主，各自为政的设计思想。设计思想分散，控制系统复杂且需

专业技术人员专人调试。同目前国外电站电气控制

系统的“三化”（通用化、系列化、模块化）设计思想相比，存在较大的差距，严重制约了柴油发电机组控

制系统的产业化发展思想，是一个较为严重的现象。

因此，在柴油发电机组上逐步实现控制系统的模块

应用是今后柴油发电机组控制系统发展产业化的重

要任务之一。

柴油发电机组控制系统主要完成柴油发电机组

的运行控制、电力传输、状态监视、故障保护及远程监控等功能，一般由主回路开关柜（一次回路）和控

制柜（二次回路）组成。主回路开关柜主要完成系

统的电力传输、负载分配、开关输出等强电控制功

能，由输出电缆、开关设备、电流互感器、输出接口等组成，其设备的选用及确定由发电机组的输出功率

及负载分配技术要求来决定；而控制柜主要完成系统的各种控制及检测保护等功能，由控制电路、检测

仪表、操作组件和通讯电路等组成，其元器件和电路

的选用和确定由发电机组的控制功能和控制要求来

决定。对于主回路开关柜，必须根据所配备发电机组的功率，出线方式，空间尺寸及安放位置来确定。因此，主回路开关柜的设计应随配备发电机组系统

的变化而不同。而对于控制柜，一种功能形式即可

1 / 23 1. Gain（增益）

增益组件把输入信号与指定的因子相乘。可以输入一个变量名代替此因子所填的数字。

2. Differential Lag or Forgetting Function（微分延迟或遗忘函数）

微分延迟组件用作一阶高通滤波器，有时也叫做冲蚀函数、改变函数、或者遗忘函数。输出可以随之置为用户指定的值。对此函数的解法如下，基于时间常数T的值。

ttTTQtQtteXtXtte

如果T＝0，则有：

0.0Qt

输出为：

YtGtQt

这里：

Yt＝输出信号；

Xt＝输入信号；

Gt＝增益因子（可为变量） 2 / 23 T＝ 时间常数；

t＝时间步长。

3. Derivative with a Time Constant（带时间常数的微分环节）

微分函数决定了信号变化的速率。但此模块有放大噪声的趋势。为了将噪声的干扰降至最小，尤其是在计算步长小而微分时间常数大的情况下，可能需要给它加一个噪声滤波器。

4. Lead-Lag（前导延迟环节）

本组件模拟了一个带增益的前导延迟函数，它的输出可随时由用户重置为指定的值。最大最小输出限制内部指定。

对此函数的解法基于时间常数1T和2T，过程如下所示：

222121tttTTTTQtQtteXteXtXtteT

如果20T，则类似与PI控制器：

1TQtXtXtXttt

如果10T且20T，则类似与增益环节：

QtXt

输出为： 3 / 23 YtGtQt

这里：

Yt＝输出信号；

Xt＝输入信号；

Gt＝增益因子（可为变量）；

T＝时间常数（可为变量）；

t＝时间步长。

5. Real Pole（实极点）

典型闭环控制系统的基本组成

一、引言

闭环控制系统是现代工业控制中最常见的一种控制方式，它通过对被控对象输出信号进行实时监测和反馈，从而实现对被控对象的精确控制。典型闭环控制系统由多个组成部分构成，本文将详细介绍这些组成部分的功能和作用。

二、传感器

传感器是闭环控制系统中最基础的组成部分之一，它负责对被控对象的状态进行实时监测，并将监测到的信息转换为电信号输出。传感器可以根据不同的物理量进行分类，例如温度传感器、压力传感器、光电传感器等。

三、信号调理模块

由于传感器输出的信号可能存在噪声或干扰，因此需要经过信号调理模块进行处理。信号调理模块可以对信号进行放大、滤波、线性化等处理，以保证后续处理过程中得到准确可靠的数据。

四、比例积分微分（PID）调节器

PID调节器是闭环控制系统中最核心也是最复杂的一个组成部分。它通过对误差信号进行处理，计算出一个合适的输出量来调节被控对象。PID调节器的三个参数分别为比例系数、积分系数和微分系数，它们的取值会直接影响到系统的响应速度和稳定性。

五、执行机构

执行机构是闭环控制系统中负责对被控对象进行实际操作的组成部分。例如，对于一个温度控制系统来说，执行机构可能是一个电热丝或者风扇。执行机构接收到PID调节器输出的信号后，会根据信号大小进行相应的动作。

六、反馈回路

反馈回路是闭环控制系统中最重要也是最特殊的一个组成部分。它通过将执行机构操作后得到的实际结果反馈给PID调节器，从而实现对误差信号进行修正和调整。反馈回路可以通过不同方式进行实现，例如电流反馈、速度反馈、位置反馈等。

七、总结

典型闭环控制系统由传感器、信号调理模块、PID调节器、执行机构和反馈回路等多个组成部分构成。每个组成部分都有着独特的功能和作用，它们共同协作来实现对被控对象精确可靠地控制。在工业生产中，闭环控制系统已经广泛应用于各种场合，例如温度控制、压力控制、流量控制等。

第４ｌ卷第１期　２０１５年２月　ｌ・Ｊ之材　Ｓｉｃｈｕａｎ　Ｂｕｉｌｄｉｎｅ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｖｏ１．４１，Ｎｏ．１　Ｆｅｂｒｕａｒｙ，２０１５　２．５控制单元模块　整套控制系统主要由ｓ７—３００以及触摸屏实现对整个　脱硝的就地自动控制，同时通过Ｐｒｏｆｉｂｕｓ与全厂的ＤＣＳ进　行通信，接收ＣＥＭＳ的相关信号并控制整个系统。整套系　统的自动化运行由ＰＬＣ内的相关程序实现，根据ＣＥＭＳ传　过氮氧化物的浓度、氧含量折算成最终的氮氧化物浓度。　在喷射区温度允许的条件下，根据业主需要的氮氧化物的　浓度的目标值来进行全自动化的控制。整套系统的工艺图　以及所有的数据在触摸屏上可以显示并修改相关的参数，　氮氧化物的浓度目标值可以在触摸屏上进行设定。同时所　有的ＰＬＣ的数据通过ＰｒｏｆｉｂｕｓＤＰ传到ＤＣＳ，所以在中控室　能监控到脱硝的所有数据，也可以自由的设定氮氧化物浓　度的目标值，在系统自动化的运行过程中，任何时候都可　以切换到手动运行，而不影响系统的正常运行，在手动状　态下时可以自由地输入还原剂的喷射量。　由ＤＣＳ发出的信号有以下几个：①出口氮氧化物的浓　度；②出口处氧含量；③喷射区窑的温度；④氮氧化物的　浓度的目标值；⑤启动／停止整个系统。　３运行效果　采用先进、成熟的模块及控制方法，使整个系统能够　高效、稳定、可靠的长期运行，氮氧化物的排放浓度下降　明显。　［ＩＤ：００１６４０］　（上接第１４４页）　３．７保温材料夹层铺设　图２为保温材料夹层铺设示意图，此时保温材料将承　受一定压力，保温材料的抗压强度性能比较关键，仅次于　导热系数。　用改进的层次分析法确定指标权重为ｒｉｏ　＝０．０９１７，　＝　０．２８７４，卯３＝０．１６２３，Ｗ４＝０．１２２０，１，０５＝Ｏ．２１６０，　６＝０．０５１８，鲫７＝　０．０６８９。　用灰色关联分析法得到到关联系数矩阵Ｋ为：　

根据关联系数矩阵Ｋ和指标权重向量　，由式（４）得到　各种材料的综合关联度如表３所示：　表３　夹层铺设时材料的综合关联度　材料　综合关联度　硬质聚氨酯材料　膨胀性聚苯乙烯泡沫塑料　福利凯保温板　酚醛泡沫塑料　硬质聚氯乙烯泡沫塑料　岩棉系列　干法硅酸铝纤维材料　０．６６０　７　０．４８７　９　０．６４０　Ｏ　０．６４Ｏ　８　０．４３３　５　０．４１１　Ｏ　０．６２３　０　从表３可以看出，当保温材料夹层铺设时，硬质聚氨　酯泡沫塑料材料的综合关联度最高（０．６６０　７），其次为酚醛　泡沫塑料材料（０．６４０　８）和福利凯保温板（０．６４Ｏ　０），因此，　寒区隧道保温材料夹层铺设时，应优先选用硬质聚氨酯泡　沫塑料材料。　４结论　本文在灰色关联分析的基础上，结合层次分析法，构　造判断矩阵对各指标进行权值分配，将指标的关联系数及　其权值相结合，提出了高海拔寒区隧道保温材料选择的评　价模型，并对寒区隧道中常用的保温材料进行了综合评价。　１）基于最优传递矩阵的改进层次分析法，避免了为满　足判断矩阵一致性而调整带来的主观性和盲目性，获得符　合实际情况的权重值。　２）通过灰色关联分析对各指标进行有机合并，结合指　标权值建立的综合评价模型，使以往对保温材料选择方案　的定性分析转变为定量分析。　３）对７种保温材料进行比选得出：当保温材料表面铺　设时，应优先采用福利凯保温板；当保温材料夹层时，应　优先采用硬质聚氨酯泡沫塑料。　［ＩＤ：００１６６６］　参考文献：　［１］万建国．鹧鸪山隧道设计和施工中若干问题的处理［Ｊ］．现代　隧道技术，２００５，４２（２）：４ｏ一４４．　［２］　马忠英，范增莲．大坂山公路隧道保温层的作用与冻害防治　［Ｊ］．公路，１９９７，４２（１１）：４３—４５，３３．　［３］　张亚兴．嘎隆拉隧道抗防冻及防排水技术的研究［Ｄ］．重庆：重　庆交通大学，２００９．　［４］　谢红强，何川，李永林．寒区公路隧道保温层厚度的相变温度场　研究［Ｊ］．岩石力学与工程学报，２００７，２６（ｓ２）：４３９５—４４０１．　［５］　陈建勋，咎勇杰．寒冷地区公路隧道防冻隔温层效果现场测试　与分析［Ｊ］．中国公路学报，２００１，１４（４）：７５—７９．　［６］刘玉勇．高海拔严寒地区特长公路隧道隔热层敷设材料选型　［Ｊ］．四川建筑，２０１１，３１（６）：１９５—１９８．　［７］程远，刘志彬，刘松玉，蔡国军，童立元．基于层次分析法的大跨　浅埋公路隧道施工风险识别［Ｊ］．岩土工程学报，２０１１，３３　（Ｓ１）ｔ１９８—２０２．　［８］许振浩，李术才，李利平，侯建刚，隋斌，石少帅．基于层次分析　法的岩溶隧道突水突泥风险评估［Ｊ］．岩土力学，２０１１，３３（６）：　１７５７—１７６６．　［９］　丁丽宏．基于改进的灰关联分析和层次分析法的边坡稳定性研　究［Ｊ］．岩土力学，２０１１，３３（１１）：３４３７—３４１．　［１Ｏ］井文君，杨春和，李银平，杨长来．基于层次分析法的盐穴储气　库选址评价方法研究［Ｊ］．岩土力学，２０１２，３４（９）：２６８３—　２６９０．　［１Ｉ］杨海涛，完颜华，李佳，王志芳．灰色关联法和层次分析法在工　程方案优选中的应用［Ｊ］．环境科学与管理，２００８，３３（６）：６９—　７２．７８．　［１２］单仁亮，黄宝龙，李广景．基于灰色关联分析的综合评价模型在　爆破方案选定中的应用［Ｊ］．岩土力学，２００９，３１（ｓ１）：２０６—　２１０．