阅读说明：本技术 一种发电机组的运行环境海拔高度自适应控制系统和方法 (Altitude adaptive control system and method for operating environment of generator set ) 是由 罗雄彬 冉毅 于 2020-06-08 设计创作，主要内容包括：本发明提出了一种发电机组的运行环境海拔高度自适应控制系统和方法,该系统包括发电机组本体及安设在所述发电机组上的大气压力传感器、压力采集及环境参数转换单元、数据处理及算法控制单元、发动机ECU模块、发动机数据采集单元和发电机组负载输出采集单元。本发明的发电机组能够根据测量的大气压力以适应不同的海拔高度,调整发动机的工作参数。(The invention provides a self-adaptive control system and a self-adaptive control method for the altitude of an operating environment of a generator set. The generator set can adapt to different altitudes according to the measured atmospheric pressure, and the working parameters of the engine can be adjusted.)

一种发电机组的运行环境海拔高度自适应控制系统和方法

技术领域

本发明涉及一种柴油发电机组技术领域，特别是涉及一种发电机组的运行环境海拔高度自适应控制系统和方法。

背景技术

发电机组主要由发电机、发动机和发电机组控制器这三部分组成。其发电机组在高海拔、低气压、低含氧量情况下，若采用与常规状态相同的运行方式，其发电机组不能长时间稳定的工作。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种机组的运行环境海拔高度自适应控制系统及其方法。

为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种发电机组的运行环境海拔高度自适应控制系统，包括发电机组本体及安设在所述发电机组上的大气压力传感器、压力采集及环境参数转换单元、数据处理及算法控制单元、发动机ECU模块、发动机数据采集单元和发电机组负载输出采集单元；

大气压力传感器的压力数据输出端与压力采集及环境参数转换单元的压力数据输入端相连，压力采集及环境参数转换单元的数据输出端与数据处理及算法控制单元的数据输入端相连，数据处理及算法控制单元的数据输出端与发动机ECU模块的数据输入端相连，发动机ECU模块的数据输出端与发动机的数据输入端相连，发动机的数据输出端与发动机数据采集单元的数据输入端相连，发动机数据采集单元的数据输出端与数据处理及算法控制单元的发动机数据输入端相连，发电机组负载输出采集单元的数据输入端与发电机的数据输出端相连，发电机组负载输出采集单元的数据输出端与数据处理及算法控制单元的发电机数据输入端相连；

所述大气压力传感器用于采集发电机组工作环境的大气压力；所述压力采集及环境参数转换单元用于将大气压力传感器采集的大气压力转换为环境参数；所述发动机数据采集单元用于采集发动机的工作数据；发电机组负载输出采集单元用于采集发电机的工作数据；数据处理及算法控制单元用于对压力采集及环境参数转换单元、发动机数据采集单元和发电机组负载输出采集单元之一或者任一组合输出的数据进行处理后向发动机ECU模块发送控制命令，发动机ECU模块根据数据处理及算法控制单元发送的控制命令，向发动机发送功率控制命令。

在本发明的一种优选实施方式中，环境参数包括发电机组所处的含氧量、温度、湿度之一或者任一组合；

发动机的工作数据包括发动机的转速值、发动机扭矩值、发动机功率值之一或者任一组合；

发电机的工作数据包括发电机输出的电压值、发电机输出的电流值、发电机输出的频率值、发电机的转速值之一或者任一组合。

本发明还公开了一种发电机组的运行环境海拔高度自适应控制方法，包括以下步骤：

S1，系统初始化；

S2，发动机ECU模块接收数据处理及算法控制单元发送的控制命令；

S3，发动机ECU模块向发动机发送调节控制命令信号，使其发动机动态控制。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的发电机组能够根据测量的大气压力以适应不同的海拔高度，调整发动机的工作参数。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明连接示意框图。

图2是本发明电路连接示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明公开了一种发电机组的运行环境海拔高度自适应控制系统，如图1所示，包括发电机组本体及安设在所述发电机组上的大气压力传感器、压力采集及环境参数转换单元、数据处理及算法控制单元、发动机ECU模块、发动机数据采集单元和发电机组负载输出采集单元；

大气压力传感器的压力数据输出端与压力采集及环境参数转换单元的压力数据输入端相连，压力采集及环境参数转换单元的数据输出端与数据处理及算法控制单元的数据输入端相连，数据处理及算法控制单元的数据输出端与发动机ECU模块的数据输入端相连，发动机ECU模块的数据输出端与发动机的数据输入端相连，发动机的数据输出端与发动机数据采集单元的数据输入端相连，发动机数据采集单元的数据输出端与数据处理及算法控制单元的发动机数据输入端相连，发电机组负载输出采集单元的数据输入端与发电机的数据输出端相连，发电机组负载输出采集单元的数据输出端与数据处理及算法控制单元的发电机数据输入端相连；

所述大气压力传感器用于采集发电机组工作环境的大气压力；所述压力采集及环境参数转换单元用于将大气压力传感器采集的大气压力转换为环境参数；所述发动机数据采集单元用于采集发动机的工作数据；发电机组负载输出采集单元用于采集发电机的工作数据；数据处理及算法控制单元用于对压力采集及环境参数转换单元、发动机数据采集单元和发电机组负载输出采集单元之一或者任一组合输出的数据进行处理后向发动机ECU模块发送控制命令，发动机ECU模块根据数据处理及算法控制单元发送的控制命令，向发动机发送功率控制命令。

在本发明的一种优选实施方式中，环境参数包括发电机组所处的含氧量、温度、湿度之一或者任一组合；

发动机的工作数据包括发动机的转速值、发动机扭矩值、发动机功率值之一或者任一组合；

发电机的工作数据包括发电机输出的电压值、发电机输出的电流值、发电机输出的频率值、发电机的转速值之一或者任一组合。

在本发明的一种优选实施方式中，所述大气压力传感器包括供电单元和气压数据采集单元，所述供电单元包括供电第一子单元和供电第二子单元；

所述供电第一子单元的电压输入端与+12V电源相连，供电第一子单元的电压输出端与供电第二子单元的电压输入端相连，供电第二子单元的电压输出端与气压数据采集单元的电源输入端相连，气压数据采集单元的环境数据输出端与控制器(该控制器即为压力采集及环境转换单元)的环境数据输入端相连。

在本发明的一种优选实施方式中，如图2所示，供电第一子单元包括：电压芯片u1的转换器开关端SW与电感L1的第一端相连，电感L1的第二端分别与电容C1的第一端、电阻R1的第一端、+12V电源和电压芯片u1的转换器电源端V_BAT相连，电容C1的第二端与电源地相连，电阻R1的第二端与三极管Q1的集电极相连，三极管Q1的发射极与电阻R2的第一端相连，电阻R2的第二端与电压芯片u1的转换器使能端相连，三极管Q1的基极与控制器的使能输出端P1.0相连；

电压芯片u1的转换器电压输出端V_OUT分别与发光二极管LED1的正极、可调电阻RP1的第一端、电容C2的第一端、电容C4的第一端和供电第二子单元的电压输入端相连，电容C4的第二端与电源地相连，发光二极管LED1的负极与电源地相连，可调电阻RP1的第二端和电容C2的第二端分别与电容C3的第一端、电阻R3的第一端和电压芯片u1的转换器反馈端FB相连，电容C3的第二端与电源地相连，电阻R3的第二端与电源地相连，电压芯片u1的接地端GND与电源地相连。将+12V电源电压转换为稳定输出的+5V电源电压，当电压芯片u1有电压输出时，发光二极管LED1点亮，提示工作人员电压芯片u1正在输出稳定的电压。在本实施方式中，电感L1的感值为2.2uH，电容C1的容值为4.7uF，电阻R1的阻值为86Ω，电阻R1的阻值为22Ω，三极管Q1为NPN型三极管，其型号为C9014，可调电阻RP1的阻值为1M，电阻R3的阻值为56K，电容C2、电容C3的容值为22uF，电容C4的容值为30uF，其发光二极管LED1点亮时发出红光，电压芯片u1的型号为TD8588。

在本发明的一种优选实施方式中，电压芯片u1的转换器电压输出端V_OUT还与控制器的供电端V_CC相连。实现利用电压芯片u1输出的电压为控制器提供稳定的电压输入。

在本发明的一种优选实施方式中，供电第二子单元包括：电压芯片u2的电压输入端V_IN分别与电容C5的第一端和供电第一子单元的电压输出端相连，电容C5的第二端与电源地相连，电压芯片u2的电压输出端V_out分别与电阻R4的第一端、电容C6的第一端和气压数据采集单元的电源输入端相连，电容C6的第二端与电源地相连，电阻R4的第二端分别与可调电阻RP2的第一端和电压芯片u2的接地端V_SS相连，可调电阻RP2的第二端与电源地相连。将+5V电源电压转换为稳定输出的+3.3V电源电压，当电压芯片u2有电压输出时，发光二极管LED2点亮，提示工作人员电压芯片u1正在输出稳定的电压。在本实施方式中，电容C5的容值为22uF，电阻R4的阻值为5K，可调电阻RP2的阻值为15K，电容C5的容值为4.7uF，电压芯片u2的型号为XC6206。

在本发明的一种优选实施方式中，气压数据采集单元包括：气压采集芯片u3的电源端V_SS和气压采集芯片u3的数字电源端VDDIO分别与电容C7的第一端、电容C8的第一端、电阻R5的第一端、电阻R6的第一端、电阻R7的第一端和供电第二子单元的电压输出端相连，电容C7的第二端与电源地相连，电容C8的第二端与电源地相连，电阻R7的第二端与三极管Q2的集电极相连，三极管Q2的发射极分别与气压采集芯片u3的片选端CSB^*和发光二极管LED2的正极相连，发光二极管LED2的负极与电源地相连，三极管Q2的基极与控制器的片选输出端P1.5相连，电阻R5的第二端分别与气压采集芯片u3的时钟端SCL和控制器的时钟端SCL相连，电阻R6的第二端分别与气压采集芯片u3的环境数据输出端SDA与控制器的环境数据输入端SDA相连，气压采集芯片u3的接地端GND与电源地相连。气压采集芯片u3采集环境中的气压值。在本实施方式中，电容C7的容值为22uF，电阻R5、电阻R6的阻值为4.7K，电容C8的容值为4.7uF，电阻R6的阻值为22Ω，气压采集芯片u3的型号为BMP180，其发光二极管LED2点亮时发出绿光。

在本发明的一种优选实施方式中，还包括工作检测电路，所述工作检测电路包括工作检测第一电路和工作检测第二电路；

工作检测第一电路包括：电阻R10的第一端与电源地相连，电阻R10的第二端分别与电阻R11的第一端和控制器的检测第一端P3.3相连，电阻R11的第二端与电压芯片u1的转换器电压输出端V_OUT相连；工作检测第一电路监测电压芯片u1是否正常输出电压值。

工作检测第二电路包括：电阻R9的第一端与电源地相连，电阻R9的第二端分别与电阻R8的第一端和控制器的检测第二端P2.3相连，电阻R8的第二端与三极管Q2的发射极相连。工作检测第二电路监测电压芯片u2是否正常输出电压值。在本实施方式中，电阻R10的阻值为5K，电阻R11的阻值为25K，电阻R8的阻值为15K，电阻R9的阻值为4.7K，控制器为单片机，其型号可以为但不限于为SM5964C40QP。

本发明还公开了一种发电机组的运行环境海拔高度自适应控制方法，包括以下步骤：

S1，系统初始化；

S2，发动机ECU模块接收数据处理及算法控制单元发送的控制命令；

S3，发动机ECU模块向发动机发送调节控制命令信号，使其发动机动态控制。

在本发明的一种优选实施方式中，在步骤S1中包括以下步骤：

S11，发动机ECU模块初始化；

S12，发动机ECU模块向大气压力传感器发送大气压力传感器初始化命令，使其大气压力传感器初始化；大气压力传感器初始化后等待压力采集及环境参数转换单元发送大气压力传感器采集大气压力命令；

S13，发动机ECU模块向压力采集及环境参数转换单元发送压力采集及环境参数转换单元初始化命令，使其压力采集及环境参数转换单元初始化；当压力采集及环境参数转换单元初始化后，压力采集及环境参数转换单元向大气压力传感器发送采集大气压力命令；

S14，发动机ECU模块向数据处理及算法控制单元发送数据处理及算法控制单元初始化命令，使其数据处理及算法控制单元初始化；数据处理及算法控制单元初始化后等待压力采集及环境参数转换单元发送转换的数据、发动机数据采集单元采集的发动机的工作数据和发电机组负载输出采集单元采集的发电机的工作数据；

S15，发动机ECU模块向发动机数据采集单元发送发动机数据采集单元初始化命令，使其发动机数据采集单元初始化，发动机数据采集单元初始化后发动机数据采集单元开始采集发动机的工作数据；

S16，发动机ECU模块向发电机组负载输出采集单元发送发电机组负载输出采集单元初始化命令，发电机组负载输出采集单元初始化后发电机组负载输出采集单元开始采集发电机的工作数据。

在本发明的一种优选实施方式中，在步骤S2中，包括以下步骤：

S21，数据处理及算法控制单元向压力采集及环境参数转换单元发送大气压力传感器传输命令，压力采集及环境参数转换单元接收到数据处理及算法控制单元发送的大气压力传感器传输命令后，压力采集及环境参数转换单元向大气压力传感器发送大气压力采集命令；大气压力传感器接收到压力采集及环境参数转换单元发送的大气压力采集命令后开始采集大气压力，并将采集的大气压力传输至压力采集及环境参数转换单元；

S22，压力采集及环境参数转换单元将大气压力传感器采集的大气压力转换为大气压力对应的海拔高度值；并根据海拔高度值转换为对应的环境参数，该环境参数包括含氧量、温度、湿度之一或者任一组合；压力采集及环境参数转换单元将转换得到的环境参数传输至数据处理及算法控制单元；

S23，数据处理及算法控制单元向发动机数据采集单元发送发动机数据采集单元传输命令，发动机数据采集单元接收到数据处理及算法控制单元发送的发动机数据采集单元传输命令后，发动机数据采集单元将采集的发动机的工作数据传输至数据处理及算法控制单元；

S24，数据处理及算法控制单元向发电机组负载输出采集单元发送发电机组负载输出采集单元传输命令，发电机组负载输出采集单元接收到数据处理及算法控制单元发送的发电机组负载输出采集单元传输命令后，发电机组负载输出采集单元将采集的发电机的工作数据传输至数据处理及算法控制单元；

S25，数据处理及算法控制单元接收到环境参数、发动机的工作数据和发电机的工作数据后，对接收的数据进行处理，向发动机ECU模块发送的控制命令。

在本发明的一种优选实施方式中，在步骤S3中，包括：

发动机ECU模块接收到数据处理及算法控制单元发送的控制命令后，发动机ECU模块向发动机发送调节控制命令信号，该调节控制命令信号为调节控制发动机的功率。

在本发明的一种优选实施方式中，还包括以下步骤：

S211，控制器(控制器即为压力采集及环境参数转换单元)是否接收到检测海拔气压命令：

若控制器接收到检测海拔气压命令，则执行步骤S211；

若控制器未接收到检测海拔气压命令，则控制器继续等待检测海拔气压命令；

S212，控制器向三极管Q1发送导通电平，使其三极管Q1导通，电压芯片u1开始工作；

S213，控制器向三极管Q2发送导通电平，使其三极管Q2导通，气压采集芯片u3开始工作；

S214，控制器检测的工作检测第一电路的电压值是否大于或者等于预设第一电压阈值：

若控制器检测的工作检测第一电路的电压值大于或者等于预设第一电压阈值，则电压芯片u1正常工作；

其预设第一电压阈值的计算方法为：

V₁＝R₁₀*V₀/(R₁₁+R₁₀)，

其中，V₁为预设第一电压阈值，R₁₀为电阻R10的阻值，R₁₁为电阻R11的阻值，V₀为电压芯片u1输出的电压值；

若控制器检测的工作检测第一电路的电压值小于预设第一电压阈值，则控制器向显示屏发送提示信号，该提示信号为电压芯片u1出现故障；

S215，控制器检测的工作检测第二电路的电压值是否大于或者等于预设第二电压阈值：

若控制器检测的工作检测第二电路的电压值大于或者等于预设第二电压阈值，则电压芯片u2正常工作；

其预设第二电压阈值的计算方法为：

V₂＝R₉*V₀′/(R₈+R₉)，

其中，V₂为预设第二电压阈值，R₉为电阻R9的阻值，R₈为电阻R8的阻值，V₀′为输入气压采集芯片u3的电压值；

若控制器检测的工作检测第二电路的电压值小于预设第二电压阈值，则控制器向显示屏发送提示信号，该提示信号为电压芯片u2出现故障。

在本发明的一种优选实施方式中，将采集的气压值转换为海拔值的计算方法为：

H表示海拔值，P表示测量气压值，p表示参考气压值。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。