摘要 针对原有柴油发电机组的专用操控器功用单一、集成度低、丈量精度和呼应速度低一级问题，规划了一款依据PIC24F的柴油发电机检测与主动化体系。在该体系操控作用下，可完成市电毛病检测以及无人值守条件下的主动工作。经过试验证明，文中所运用的差动式低通扩大电路作为前置电压采样电路和软件补偿算法，可较好地按捺共模搅扰信号，高频搅扰信号，冲击噪声，进步了丈量的精确性与可靠性。与以往的双电源供电和外置AD做法比较，文中所选用的单电源加偏置电压的信号收集电路本钱下降，外围器材削减，且缩小了电路体积。
柴油发电机组是内燃发电机组的一种，由柴油机、三相沟通同步发电机和操控体系等组成。因为传统的柴油机操控体系都是分离式、半主动和手动的居多，其体积较大，性能指标较低。跟着科技的开展，对发电机组作业过程中各种动态参数的操控精度要求越来越高，要求具有远间隔遥控、遥测、遥信功用，并能实时存储、上报动态参数等，依托传统的操控体系已无法满意上述要求。文中选用Microchip公司的PIC24FJ64作为操控器的中心处理器，其本钱低，可靠性高，自带A/D和一些通讯接口。试验成果表明，所规划的柴油机操控器能够实时收集多通道数据，所用丈量方法丈量精度较高，呼应速度较快，并经过串行总线与核算机通讯，实时显现机组作业状况，记载各项报警参数，并经过短信奉告用户。
1 体系的规划
规划选用16位的PIC24FJ64GA为主芯片，其带有10位A/D、UART、SPI接口和CAN接口，彻底可满意规划要求，且有本钱低，可靠性高的特色。图1中，市电和发电机三相电参数经过信号调度电路运送1给主芯片的A/D口，发电机的油温油压等参数经过信号调度电路2运送给主芯片的A/D口，作为备用电源时，作业在主动方法，此刻监测市电参数而且当市电电压出现异常时，进行分闸操作，此刻主动发动柴油发电机，等候发动结束后，进行合闸操作，给予供电，当市电康复时，合闸至市电电网，一起进行柴油发电机的停机操作，完成主动合分闸(ATS切换)。作为电源运用时，作业在手动方法，手动操控发电机发动。发电机发动后，将实时检测发电机工作的各项参数，一起经过SPI传送至128×64液晶屏显现，此外，该操控器还配有CAN和485 接口，经过与PC机衔接，能够经过上位机来设定操控器的参数，也可将操控器收集到的数据显现在上位机上，CSM模块能够将报警信息以SMS方法发送到用户手机。
2 电路规划
2.1 三相电压检测信号调度电路
该电路的意图是将三相电压转化成处理器A/D可输入的电压规模，该信号调度电路运用运放电路中的差动电路来完成，图2为完成L1-N的线电压转化，因为PIC24FJ64CA的A/D电压规模为0～3.3 V，且沟通电的负电压不能被A/D所采样，以往的规划往往是运用专用的A/D芯片转化负电压，这样就增加了本钱。本文经过在同相输入端增加了1.6 V的偏压信号，使得正弦波幅值上移，这样能够正向电压则在1.6～3.3 V之间，而反向电压在0～1.6 V之间，0位为1.6 V，在0～3.3 V能收集到完好的正弦波，这种方法的长处在于，前置电路处理简略，本钱极大的下降了，并使得CPU处理沟通电压变得便利。规划丈量电压的量程为0～450 V，取份额系数为K=RF/R4=0.002，使得输出电压规模在0.7～2.5 V之间，因为现场运用中发现沟通电中存在较大的搅扰信号。
(1)当闸口封闭时，零线上存在极大的扰动电压，这是因为电网中其他用电设备在沟通回路上会发生电压。
(2)输出电压波形上叠加有高频搅扰信号。因而本电路在偏压端，也便是同相输入端参加C1用于滤除零线上的搅扰信号，输出端参加C2滤去高频信号。
同理测得别的两相电压L2-N，L3-N的线电压，再经过核算公示可得出L1-L2，L2-L3，L3-L1的相电压。
3 dB带宽fc=1.32 kHz，该带宽能够经过50 Hz沟通电，而对频率高于1.32 kHz的信号有按捺作用，该电路规划的信号作用如图3所示。
2.2 三相电压频率信号调度电路
该电路的意图是将沟通电的正弦波信号转化成单片机计数器口所能辨认的方波信号，并能按捺高频搅扰，使丈量成果精确。根本规划思路是经过一个有限增益反应型二阶低通滤波器和一个双限比较器来完成，详细施行电路如图4所示。
第一个运算扩大器环节为有限增益反应型二阶低通滤波器，其输入与输出的传递函数如下
经过剖析核算可知，带宽为212.31 Hz，幅频特性无谐振，无超调量，满意规划性能指标。
2.3 通讯接口电路
2.3.1 RS-485通讯接口
因为PC机的串行通讯总线是RS-232电平，因而要使RS-485总线可与PC机通讯，则需将RS-485转成RS-232，使用Modbus协议与上位机通讯，RS-485接口选用RSM3485芯片承受上位机可经过该口承受操控器监测到的参数，也可经过该口设置一些操控参数。选用RS-485，其电平格局为差分的方法，能按捺共模搅扰，因而其通讯间隔比RS-232要长得多。关于有监控要求的用户，可使得监控室设置在离机房较远的当地。
2.3.2 CAN通讯接口
CTM1050T是5V的高速阻隔CAN收发器。在规划中，选用屏蔽线方法通讯，这样可按捺电磁搅扰，屏蔽层接致CANSCR引脚，其间R9和C12为耐高压电阻%&&&&&%，该电路规划特色是能按捺电磁搅扰，避免总线过压引起的电路焚毁。
3 软件规划
3.1 电压参数检测软件规划
市电/发电的电压信号，经过信号调度电路，转化为0～3.3 V之间的低压信号输入到PIC24FJ64GA的A/D口，依据正弦波频率50 Hz，设定采样转化周期为2 kHz，规划选用每个转化周期转化8次数据，一个正弦波周期采样40个数据，对采样数据进行滤波，转化得到终究成果。
第k次收集到的A/D的值，buf0～buf7为寄存A/D读数的缓存区，为按捺瞬态搅扰，对buff中的数据进行排序，排序后选用中位值取均匀。
D(k)=(buf3+buf4)/2 (13)
依据A/D参阅电压为3.3 V，10位A/D，每个A/D读数表明3.225 mV，上述信号调度电路扩大倍数为0.002，也便是2 mV表明1 V。核算每个A/D读书表明电压的值
A=3.225/2=1.57 (14)
依据信号调度电路，加1.6 V的偏压，0位为1.6 V，A/D读数为512，将读数转化为电压值
u(k)=[D(k)-512]/1 023×A (15)
将一个正弦波周期收集到的值求均方根，得到T时刻一个正弦波周期的有用值
在试验中发现若只收集1个正弦波算出有用值并直接显现，则显现的有用值会不稳定，并呈周期性跳变，因而选用一阶滞后滤波算法。
Uf(T)=(1-a)×U/(T)+a×Uf(T-1)，0a1 (17)
式中，Uf(T)为T时刻滤波后输出的电压值;U(T)为T时刻的采样值;a为一阶滤波系数。当a越大时，数据越滑润，呼应速度越慢;当a越小时，呼应越快，但稳态时数据改变大。为战胜这一缺陷，使a的改变具有差错带开关，当其进入差错带时，a较大，而当U(T)改变较大时，a较小，其完成方法为
电压检测软件流程如图7所示。
3.2 操控体系软件规划
柴油发电机操控器是一个典型的实时操控体系，在工作中要确保采样、核算、维护、操控、通讯等使命。终端操控软件是在硬件渠道PIC24FJ64GA和开发环境MPLAB中选用C言语开发、选用模块化程序规划，便于功用扩展。整个程序包含的子模块有：体系各I/O端口的初始化、按键操控模块、参数收集模块、逻辑判别模串行通讯模块等。
该操控体系经过检测市电电压，当电压欠压时进行市电供电分闸操作，并一起给出发动柴油发电机指令，当发电机工作一切正常后，进行发电机供电合闸操作，若发电机工作时，油温、油压、温度、水温等参数出现问题，则进入报警停机状况，并将报警信息传输给用户。在发电机供电工作时，市电供电康复，则操控器进行发电机供电分闸和市电合闸，并操控发电机停机操作，详细的软件流程图如图8所示。
4 结束语
本文经过对柴油发电机组的研讨，规划了依据柴油发电机组的操控器，完成状况参数的监测，完成了硬件规划和软件规划。经试验证明，本文规划的信号处理电路及数字滤波方法，能够有用地进步丈量精度和呼应时刻，关于大负载导致的发电机电压改变可快速地呼应显现。规划的滤波电路能有用按捺发电机滚动发生的纹波搅扰而发生的电压跳变，此外，其能完成ATS功用，可用于楼宇备用电源，其和上位机通讯能够完成多个操控器级联监控，对市电所不能到达的工业生产、野外作业以及楼宇备用电源操控有着重要意义。
