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康明斯柴油发电机组自动控制屏模块功能和操作程序 |
摘要：柴油发电机控制屏的主要用途是将设备输出的电能分配给用户负载，同时还用以指示柴油发电机的运转情况和在负载变化的情况下保持电压稳定，以及出现异常情况立即执行自动保护功能。其主要由输入模块、输出模块、运算模块、通信接口和电源模块等组成，同时装设有电压表、频率表、电流表、功率表、三相电流和电压转换开关和各种指示灯等。根据用户要求，有的直接安装在控制屏面板上，有的安装在柴油机仪表盘上。
一、柴发控制屏的分类
1、按功能划分
柴油发电机组控制屏分为普通柴油发电机组控制屏和自动化柴油发电机组控制屏，前者用于普通柴油发电机组控制，柴油发电机组的起、停，供、断电，状态调整等均手动操作；后者用于自动化柴油发电机组控制，柴油发电机组的起、停，供、断电，状态调整等可手动或自动操作。
（1）普通柴发控制屏
普通柴油发电机组控制屏一般由断路器、电流表、电压表、频率表、水温 表、油压表、油温表、转速表、计时器和电流互感器等组成，对柴油发电机组进行起、停，供、断电 控制，并对柴油发电机组运行状态进行测M、显示及报警与保护。
（2）自动化柴发控制屏
自动化柴油发电机组控制屏由自动控制器、充电器、切换装置，电流表 （交、直流）、电压表、频率表、水温表、油温表、油压表、转速表、计时器，报警器、继电 器、断路器、保护开关，电流互感器等组成。自动化柴油发电机组控制屏可自动实现对柴油发电机组的各种控制功能和保护功能。
2、按照安装方式划分
柴油发电机组的控制屏可以分为一体式和分体式。
（1）分体式控制屏指机组与控制屏分开放置，控制屏及主开关均安装于控制屏内。
（2）一体式控制屏由自控屏和开关屏两部分组成，自控屏（安装控制）通过减震垫固定于发电机组的上方，开关屏（安装主开关）安装于发电机的侧面。
3、按参数显示方式划分
控制屏按照柴油发电机组参数显示方式可分为仪表箱式和液晶数控系统。
（1）仪表箱装有电钥匙、起动按钮、水温表，油温表、油压表、充电电流表和机械驱动的转速表，外观实物图如图1所示。
（2）随着电子技术的发展，目前柴油发电机组制造商所配备的控制屏均为液晶数字式显示控制屏，此控制屏的优点是对发电机组的参数及故障能直观的查看。室外实物图如图2所示。
4、按控制方式划分
（1）继电器控制
继电器控制的柴油发电机组控制屏，主要由市电监测电路、柴油发电机监测电路、自起动控制器、显示报警装置、市发电切换电路等组成。该控制屏主要功能有转速失效、3次起动失败报警等。
（2）可编程序控制器控制
可编程序控制器（PLC）是专为工业环境而设计的，其控制电路简单，可靠性高。采用的可编程存储器，用于存储用户指令，通过数字或模拟的输入/输出，实现对柴油发电机组的自动控制。采用PLC控制的自动化柴油发电机组，其传感器和执行元件与继电器控制的相同，不同的是由PLC完成继电器的控制功能。但PIX输出触点容量较小，一般只能带动2A以下负载，带动大容量负载必须通过固体继电器。为了避免输出端相互干扰，PU和固体继电器间通常应有阻断二极管，重要控制部分还要互锁（外部）。
（3）单片机（微机）控制
目前，自动化程度高的柴油发电机组的主控制器一般采用专用的单片机，使系统控制电路更为简化，功能更强，可靠性更高。如DSE509、MEC20、EGT1000专用控制器，当市电及发电机电压信号接入时，能对油压、水温、油温、转速进行检测，同时能控制市电、柴油发电机电切换电路，并有综合报警功能。其中EGT1000还具有远程监控功能，系统运行数据和监控信号可通过多路专用线路、RS232接口、调制解调器和电话线送到监控中心，做到无人值守，自动投入运行与退出运行。
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图1 柴油发电机仪表箱实物图 |
图2 柴油发电机组液晶数字控制器 |
二、柴发自动化控制屏功能
自动化控制屏是现代柴油发电机组的标准配置，其作用就是对柴油发电机的转速和有功功率、电压和无功功率以及各种操作和保护装置的自动控制。因此，在电网停电的情况下，柴油发电机组迅速启动供电，确保柴油发电机组正常稳定工作的自动控制屏的日益重要。
1、自动维持准备运行状态
当电网停电时，一般要求备用电源紧急起动供电，但柴油发电机组从启动到供电，必须经过暖机空载正常运行带载运行供电这一过程。如果柴油发电机组从冷机紧急启动，往往会造成启动不成功，甚至影响柴油机的使用寿命。因此，在电网正常供电的情况下，柴油发电机组必须自动维持运行准备状态。
（1）冷却水机油的预热
当控制屏检测到水温、油温低于设定温度时，启动预加热系统加热。当加热一定时间达不到要求，则发出声光报警，检查预加热系统故障。
（2）维持机油
油压油压低于设定值，启动油泵泵油。泵油一定时间达不到要求，则发出声光报警，检查泵油系统故障。
2、启动供电检测
电网电压低于设定值规定时间后，自动与电网分闸，同时启动柴油发电机组、升速、合闸、向负载供电。如果柴油发电机组第1次启动不成功，则控制柴油发电机组经10s延时后再次启动，如果连续3次启动均不成功，则发出启动失败报警信号。
3、维持运行状态
柴油发电机组启动供电后，检测各项运行参数，如冷却水温度、机油温度、机油压力、柴油机转速以及输出的电压、电流。当运行参数超出设定范围时，系统自动调整。如经一定时间仍调整不到规定范围，发出报警信号或分闸、停机、紧急停机。
4、停机检测
电网电压高于设定值规定时间后，自动与电网合闸，同时控制柴油发电机组冷却后，柴油发电机组正常停机。
5、报警和自保护功能
柴油发电机组在闲置和运行状态都不停地检测柴油发电机组各项运行参数和电力参数，超出参数设定范围，发出报警，或采取自保护（如分闸、停机紧急停机）。
6、负载管理
控制屏可以监测负载情况，根据负载变化自动调整柴油发电机输出功率，保持系统稳定。
7、电压和频率调节
提供电压和频率调节功能，确保柴油发电机输出稳定的电压和频率。
8、远程监控和控制
支持远程监控和控制功能，通过网络或通信系统实时监测柴油发电机组的运行状态。
三、柴发控制系统操作和信号传输
1、开关机流程
先要将控制器按钮选择到自动位置，表示柴油发电机组处于自动开机模式，流程框图如图3所示。
① 自动起动和供电
当市电停电时，市电切换电路切断市电供电电路，市电监测电路通过自起动控制器接通起动机电源（直流24V），使起动电动机运转，起动柴油发电机组。发电机起动运转至额定转速时，在自动电压调节器（AVR）的作用下，发电机输出额定电压，柴油发电机电切换电路接通，发电机给负载供电。
② 自动停机
供电恢复后，市电监测电路先切断柴油发电机组供电电路。市电电路切换至由市电供电。同时，柴油发电机怠速运行，然后自动停机。
③ 故障停机与报警
在柴油发电机组运行中，冷却水、机油温度过高，或机油压力低于规定值，或转速超出额定转速时，自起动控制器通过显示报警装置发出报警信号，并切断供电电路，柴油发电机组自动停机。
2、状态信号的传输
自动化柴油发电机组控制可分为传统的继电器及可编程序控制器、单片机（微机）控制，作为控制信号的柴油发电机组状态信号主要有：
（1）起动、停机信号及电源异常信号
电源异常信号主要有失电、缺相、电压超差等。这些信号以逻辑组合方式（逻辑值为1时柴油发电机组起动并运行，为0时柴油发电机组自动停机）送入控制器。电源异常信号通常采用断相保护器、电压比较器等进行检测。
（2）柴油发电机工况信号
工况有手动工况、自动工况，起动、运行工况（转速、机油压力和温度）等。当无法起动、超速、机油压力和温度异常时，柴油发电机组自动停机、自锁并报警。工况信号通常由转速传感器、压力传感器和温度传感器等检测。
（3）发电机工况信号
主要有发电机电压、电流、频率和励磁状态等，当上述工况异常时进行适当保护，以免损坏发电机。工况信号通常由各种测量仪表检测。
除了上述信号外，还有蓄电池电压、充电电压、燃油液位等信号。柴油发电机组根据这些信号控制执行元件动作以保证柴油发电机组正常待机或运行。
3、控制屏的安装和操作
（1）安装位置：控制屏通常安装在柴油发电机组附近，便于操作人员监控和操作。确保安装位置通风良好，便于维护和检修。
（2）电缆连接：将控制屏与柴油发电机组各部件进行正确连接，包括电缆连接、传感器接口等。
（3）电源供应：确保控制屏有稳定的电源供应，通常通过备用电池或其他可靠的电源提供。
（4）人机界面：控制屏通常配备触摸屏或按钮，操作人员可以通过界面进行启动、停机、参数调整等操作。
（5）监控和记录：运行时监控柴油发电机组参数，记录运行日志和故障信息，以便后续分析和维护。
（6）故障诊断：在控制屏上显示故障信息，提供可视化的警告和报警，帮助操作人员快速定位故障。
（7）定期维护：定期检查控制屏及其连接部件，确保其正常工作。进行固定周期的校准和维护操作。
（8）远程操作：如有远程监控功能，确保相关通信系统的正常运行，操作人员可以通过远程手段监测和控制柴油发电机组。系统组成示意图如图4所示。
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图3 柴油发电机组开关机控制流程图 |
图4 柴油发电机组远程监控系统状态监测 |
总结：
上文所述内容介绍了如何操作柴油发电机组控制屏，包括控制屏的分类、基本构成和功能、控制屏的启动和停止操作、电压和频率的调节、故障检测和排除等方面。在正常使用柴油发电机组时，操作员需要熟练掌握控制屏的使用方法，以确保柴油发电机组的正常运行和安全。
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