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

劉霞麗 解豪杰

摘 要：燃油發(fā)電機(jī)組便攜式狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)的主要功能是實時記錄發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行過程中的各種故障信息。具有實時日歷、時鐘及運(yùn)行時間累積功能，EEPROM可循環(huán)保存1000組故障信息記錄，便于對故障現(xiàn)象進(jìn)行追溯，此信息記錄通過液晶顯示可在現(xiàn)場查詢，也可通過上位機(jī)查詢及打印。系統(tǒng)用微處理器內(nèi)部的RTC來提供可靠的系統(tǒng)時間，通過采用后備電池供電，即使系統(tǒng)處于斷電關(guān)機(jī)狀態(tài)下RTC也能夠正常工作。RTC不需要太多的外圍輔助電路，成本低，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機(jī)組；便攜式；故障診斷

引言

燃油發(fā)電機(jī)組包括柴油發(fā)電機(jī)組和汽油發(fā)電機(jī)組，是依靠柴油或汽油燃燒產(chǎn)生動力帶動發(fā)電機(jī)組發(fā)電的。由于柴油發(fā)電機(jī)組的容量較大，可并機(jī)運(yùn)行且持續(xù)供電時間長，還可獨立運(yùn)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(yīng)用。汽油發(fā)電機(jī)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(yīng)急電源。

燃油發(fā)電機(jī)組運(yùn)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(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，及時做出故障分析和預(yù)警，并記錄發(fā)電機(jī)組的故障信息，是保證發(fā)電機(jī)組安全運(yùn)行的關(guān)鍵，對發(fā)電機(jī)組的日常維護(hù)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(jī)軟件和上位機(jī)通訊軟件組成。系統(tǒng)通過硬件實現(xiàn)與發(fā)電機(jī)組的物理連接，下位機(jī)負(fù)責(zé)發(fā)電機(jī)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(zhǔn)確的判斷，發(fā)出報警提示，并對當(dāng)前的故障信息進(jìn)行存儲，以便于日常維護(hù)查詢。通過上位機(jī)可以遠(yuǎn)程監(jiān)控發(fā)電機(jī)組當(dāng)前狀態(tài)，查詢存儲的發(fā)電機(jī)組故障信息。

本測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，易于攜帶。基于電子測量技術(shù)，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(jī)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(shè)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)、液晶顯示系統(tǒng)和上位機(jī)通訊系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)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(jī)組的實時狀態(tài)數(shù)據(jù)，并快速準(zhǔn)確分析出機(jī)組的異常事件信息，讀取RTC系統(tǒng)時間，對發(fā)電機(jī)組的異常事件信息進(jìn)行處理后存儲到EEPROM相應(yīng)的位置。

微處理器采用32位ARM單片機(jī)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(dāng)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(dá)100年，支持100萬次的編程/擦除周期。

3 軟件設(shè)計

軟件設(shè)計包括上位機(jī)監(jiān)控軟件和基于微處理器的下位機(jī)軟件。上位機(jī)監(jiān)控軟件以Visual C++ 6.0為開發(fā)平臺，采用結(jié)構(gòu)化模塊程序設(shè)計，便于調(diào)試與維護(hù)，系統(tǒng)操作簡單、快捷，具有多種實時檢測功能和友好的人機(jī)界面，并具有系統(tǒng)自檢、容錯和完善的試驗數(shù)據(jù)回放功能。

下位機(jī)軟件負(fù)責(zé)系統(tǒng)整個功能的實現(xiàn)，功能包括實時監(jiān)控、故障診斷，界面顯示等[1]。

3.1 實時監(jiān)測功能

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

3.2 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(guān)量的動作情況，是分析處理軟件的核心部分，主要包括：模擬電氣量如電壓、電流、頻率的變化，開關(guān)量如繼電器，斷路器，輸入開關(guān)等的動作；發(fā)動機(jī)運(yùn)行時性能參數(shù)如水溫、油溫、轉(zhuǎn)速等變化；故障結(jié)果分析診斷。

3.3 界面顯示功能

通過液晶顯示系統(tǒng)可以直接顯示測試系統(tǒng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)。液晶顯示系統(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。

3.4 數(shù)據(jù)管理功能

數(shù)據(jù)顯示與儲存是數(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(jī)監(jiān)控軟件實現(xiàn)[2]。

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

4 系統(tǒng)運(yùn)行及試驗結(jié)果

在系統(tǒng)運(yùn)行前，要對上位機(jī)監(jiān)控軟件的通訊參數(shù)進(jìn)行設(shè)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(jī)設(shè)置參數(shù)要和上位機(jī)一致。外部傳感器及線路與發(fā)電機(jī)組正確連接。準(zhǔn)備就緒即可開始試驗。

當(dāng)發(fā)電機(jī)組在水溫高或油溫高情況下停機(jī)時，系統(tǒng)檢測到停機(jī)信號，將故障標(biāo)志置位，然后記錄下停機(jī)瞬時的數(shù)據(jù)。液晶屏實時顯示發(fā)電機(jī)組的各項狀態(tài)信息，同時運(yùn)行上位機(jī)程序，可以讀取和打印故障分析結(jié)果信息如表1所示。

5 結(jié)束語

本測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，可靠性高，維護(hù)人員不用時時在現(xiàn)場監(jiān)控，通過所述模塊即可了解機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)，并且可通過對調(diào)取的信息進(jìn)行分析來準(zhǔn)確掌握發(fā)電機(jī)組在某一段時間內(nèi)的運(yùn)行狀態(tài)，及時制定或調(diào)整機(jī)組的當(dāng)前維護(hù)方案。

參考文獻(xiàn)

[1]王興飛.發(fā)電機(jī)變壓器組故障錄波監(jiān)測裝置后臺分析軟件的設(shè)計與開發(fā)[J].科學(xué)時代，2012，24.

[2]彭道剛，張浩，李輝.大型發(fā)電機(jī)組嵌入式遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)研究[J].華東電力，2008，2.

作者簡介：劉霞麗（1982-），女，碩士研究生，研究方向為計算機(jī)通信與工業(yè)控制。

解豪杰（1981-），男，碩士研究生，研究方向為電氣測量與故障診斷技。