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

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．　

智能控制系统的构成

智能控制系统是一种基于先进的硬件设备和软件技术构建的系统，可以实现人工智能和自动化控制的集成应用。它由多个模块组成，每个模块都具有不同的功能和互动，共同构成了整个智能控制系统的完整架构。本文将介绍智能控制系统常见的几个模块以及它们的特点和功能。

1. 传感器模块

传感器模块是智能控制系统中最重要的模块之一，它通过物理性质（如温度、湿度、压力、光照等）捕获实际环境信息，并将其转化为电信号输出。该模块可以是单独的硬件设备，也可以是集成在其他设备中的子模块。传感器模块的主要任务是采集实时数据，向控制系统提供必要的数据支持，以便后续应用。

控制器模块是智能控制系统中的另一个关键模块。它根据传感器模块采集到的实时数据进行分析和决策，生成控制信号，控制物理设备的行为。常见的控制器模块有计算机、PLC（可编程逻辑控制器）、FPGA（现场可编程门阵列）等。控制器模块通常配备有各种通讯接口，可以与传感器模块、执行器模块、网络等其他系统互联。

执行器模块是指从控制器接收信号，执行操作的物理设备。通常它包括机械机构、电机、气动元件等。智能控制系统可以实现对执行器的精确控制，并实现高效能的调节和优化。执行器模块通常需要与传感器模块、控制器模块等部件协同工作，才能发挥最佳效果。

4. 通讯模块

通讯模块负责智能控制系统内部和外部的信息交流及数据传输。它可以是有线的，也可以是无线的。常见的通讯模块有以太网、WIFI、蓝牙、Zigbee、NFC等。通讯模块的作用是将数据从传感器模块、控制模块传输到云端服务中心等外部系统，也可以将来自云端系统的指令、控制信号传输到控制器模块、执行器模块等内部系统。

5. 人机交互模块

人机交互模块是指用户与智能控制系统之间的接口部分，包括底层的硬件设备和软件界面。人机交互模块使得智能控制系统更加友好，可以通过控制面板、交互式应用和移动设备等形式，为用户提供更优秀的控制体验。通常人机交互模块具有多种输入输出接口，例如触屏、麦克风、扬声器、语音识别、手势识别等。

基于树莓派的智能小车控制系统设计

智能小车控制系统已经成为现代科技的研究热点之一。它使得机器人具有更好的自主感知和行为决策能力，为人类生产和生活提供了更多便利和选择。在这篇文章中，我们将探讨基于树莓派的智能小车控制系统的设计原理、实现方法以及其在实际应用方面的优势。

一、设计原理

基于树莓派的智能小车控制系统的设计原理主要包括三个方面：感知模块、控制模块和决策模块。

1.感知模块

感知模块主要是通过多种传感器来感知环境，包括红外线传感器、超声波传感器、摄像头和麦克风等。通过收集和处理感知模块所得到的数据信息，可以实现对其所处环境的自主感知。

2.控制模块

控制模块主要是根据感知模块所提供的数据信息，通过控制电机、舵机和灯光等组成的执行器来实现小车的运动控制、转向控制和灯光控制。

3.决策模块 决策模块主要是通过分析感知模块所提供的数据信息，从而得出连续动作序列，完成运动控制、转向控制和灯光控制等行为决策。

二、实现方法

基于树莓派的智能小车控制系统的实现方法主要包括硬件实现和软件实现两个方面。

1.硬件实现

硬件实现主要包括小车的机械结构设计和电路设计。机械结构设计需要满足小车运动的必要条件，保证小车在各种情况下的稳定性和安全性。而电路设计则包括了电源管理、传感器接口设计、执行器控制和通信接口等电路部分。树莓派板载GPIO（General

Purpose Input Output）口提供了以电平信号为基础的输入输出接口，使用树莓派适配板将这些口映射到通用接口上，即可完成与各种硬件的连接。

2.软件实现

软件实现主要包括操作系统安装、驱动程序编写和应用程序开发等方面。在树莓派上，可以安装常用的操作系统，如Raspbian等，针对赛车所用的传感器与执行器设备编写驱动程序，并根据实际需求使用Python等编程语言进行应用程序开发。

三、实际应用 基于树莓派的智能小车控制系统在现实中已经有了广泛的应用。例如，可以用于智能家居场景中的清洁机器人、智能物流配送中的 AGV 等。此外，基于树莓派的智能小车控制系统也可以作为学生机器人竞赛的参赛装置，促进学生的动手能力和科技创新意识。