一种发电设备的控制系统的制作方法

1.本发明涉及工业控制领域，特别是一种发电设备的控制系统。


背景技术：

2.目前，嵌入式工业控制系统的核心为主控模块，很多工业控制系统的主控模块为集成电路式一体成板，主控模块常要根据被控制产品不断更改方案，为节省成本通过飞线改变局部电路更改主控方案的做法非常常见，这样的设计虽然能短期内节省成本，但很容易造成局部损坏不利于被控制产品整体的稳定性和寿命。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种模块化控制的发电设备的控制系统。
4.根据本发明实施例的发电设备的控制系统，包括：一个或多个发电模块，一个或多个与所述发电模块一一对应电连接的fsu监控模块，所述fsu监控模块能够采集相对应的发电模块的内部信息，所述内部信息包括所述发电模块的电气参数和工作状态；scm控制模块，能够采集外部信息，所述外部信息包括水浸信息和火灾信息，所述scm控制模块的输入端与所述fsu监控模块电连接，所述scm控制模块的输出端与所述发电模块电连接；所述fsu监控模块将所述内部信息反馈给所述scm控制模块，所述scm控制模块对所述内部信息和所述外部信息进行处理并控制所述发电模块的运行状态，并且所述发电模块、所述fsu监控模块和所述scm控制模块分别被设计成相互独立的电路板，各个电路板之间通过电线连接。
5.根据本发明实施例的发电设备的控制系统，至少具有如下有益效果：由于发电模块、fsu监控模块和scm控制模块分别被设计成相互独立的电路板，各个电路板之间通过电线连接，发电模块与fsu监控模块一一对应连接，每个发电模块对应一定的发电功率，通过增减fsu监控模块和微调scm控制模块的逻辑程序即可实现对不同发电功率的控制需求，操作简便，不容易对控制系统造成损坏，提高了发电设备及其控制系统整体的稳定性和寿命。
6.根据本发明的一些实施例，还包括储能模块，所述发电模块的输出端与所述储能模块的输入端电连接，所述储能模块的输出端分别与所述scm控制模块和所述fsu监控模块电连接，发电模块工作时可对储能模块供电使储能模块储存一定的电能，当发电模块不工作时，储能模块用所储存的电能对scm控制模块和fsu监控模块供电以启动发电模块，形成一个供电闭环，不需要外部电源也可使发电设备正常运行。
7.根据本发明的一些实施例，所述scm控制模块包括scm主控单元和scm电源单元，所述储能模块的输出端与所述scm电源单元的输入端电连接，所述scm电源单元的输出端与所述scm主控单元电连接，scm电源单元能够将储能模块所供应的电能转化为适应于scm主控单元工作所需的电压。
8.根据本发明的一些实施例，所述scm电源单元包括滤波电路、驱动电路和隔离电路，所述驱动电路用于对所述scm控制模块中向外输出信号的电路供电，所述隔离电路用于
对所述scm控制模块中向所述scm主控单元输入信号的电路供电；所述滤波电路的输入端与所述储能模块电连接，所述滤波电路的输出端分别与所述驱动电路和所述隔离电路的输入端电连接，所述隔离电路的输出端与所述scm主控单元电连接，使scm控制模块的内部电路都由scm电源单元供电，形成闭环控制，并且经过滤波和隔离，提高了闭环控制质量，延长使用寿命。
9.根据本发明的一些实施例，所述scm控制模块包括与所述scm主控单元电连接的scm市电检测单元，所述scm主控单元处理所述scm市电检测单元检测到的市电信息以控制所述发电模块的工作状态，当市电断开或故障时，控制系统按设定好的参数启动发电模块发电。
10.根据本发明的一些实施例，所述发电模块包括散热单元，所述scm控制模块包括能够采集所述发电模块内部温度的scm温度检测单元和控制所述散热单元工作状态的scm开关单元，所述scm温度检测单元与所述scm主控单元的输入端电连接，所述scm主控单元的输出端与所述scm开关单元的输入端电连接，所述scm开关单元的输出端与所述散热单元电连接，结构简单，便于实现及时散热功能，保证设备的正常运行。
11.根据本发明的一些实施例，所述scm温度检测单元包括温度传感器芯片、电容c1和tvs二极管，所述温度传感器芯片包括分别与热电偶连接的正温度采集接口和负温度采集接口，电容c1和tvs二极管并联组成稳压电路，所述稳压电路的一端与所述正温度采集接口电连接，所述稳压电路的另一端接地，所述温度传感器芯片的输出端与所述scm主控单元电连接；tvs二极管在承受一个高能量的瞬时过压脉冲时，其工作阻抗能立即降至很低的导通值，允许大电流通过，并将电压箝制到预定水平，从而有效地保护电子线路中的精密元器件免受损坏，该稳压电路使温度传感器芯片能够输出比较稳定的温度信号。
12.根据本发明的一些实施例，所述scm控制模块包括scm存储单元，所述scm存储单元与所述scm主控单元电连接，scm存储单元用于存储用户设定的数据以及将发电模块实时的参数数据生成文件并存储，维修人员可以查看往期数据来对产品进行定点维修。
13.根据本发明的一些实施例，所述fsu监控模块包括fsu主控单元和fsu电源单元，所述储能模块的输出端与所述fsu电源单元的输入端电连接，所述fsu电源单元的输出端与所述fsu主控单元电连接，fsu电源单元能够将储能模块所供应的电能转化为适应于fsu主控单元工作所需的电压。
14.根据本发明的一些实施例，所述fsu监控模块包括能够通过外部按键控制所述fsu监控模块开关状态的按键单元，所述按键单元与所述fsu主控单元电连接，结构简单，便于使用者外部操作以选择fsu监控模块的工作数量，从而控制发电设备的发电功率。
15.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
16.下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。
17.图1是本发明实施例的整体电路框图；
18.图2是本发明实施例的scm控制系统的电路框图；
19.图3是本发明实施例的fsu控制系统的电路框图；
20.图4是本发明实施例的scm电源单元的电路结构图；
21.图5是本发明实施例的scm温度检测单元的电路结构图。
具体实施方式
22.本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
23.在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
24.在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
25.参照图1，根据本发明实施例的一种发电设备的控制系统，包括：一个或多个能够给外部负载供电的发电模块，一个或多个与发电模块一一对应电连接的fsu监控模块，在某些实施例中有发电模块1和发电模块2，以及fsu监控模块1和fsu监控模块2；fsu监控模块能够采集相对应的发电模块的内部信息，该内部信息包括发电模块的电气参数和工作状态；scm控制模块，能够采集外部信息，该外部信息包括水浸信息和火灾信息，scm控制模块的输入端与fsu监控模块电连接，scm控制模块的输出端与发电模块电连接；fsu监控模块将内部信息反馈给scm控制模块，scm控制模块对该内部信息和外部信息进行处理并控制发电模块的运行状态状态，并且发电模块、fsu监控模块和scm控制模块分别被设计成相互独立的电路板，各个电路板之间通过通信总线如can总线、485总线等连接。由于发电模块、fsu监控模块和scm控制模块分别被设计成相互独立的电路板，各个电路板之间通过通信总线连接，发电模块与fsu监控模块一一对应连接且有多个，每个发电模块对应一定的发电功率，通过增减fsu监控模块和微调scm控制模块的逻辑程序即可实现对不同发电功率的控制需求，操作简便，不容易对控制系统造成损坏，提高了发电设备及其控制系统整体的稳定性和寿命。
26.在某些实施例中，还包括储能模块，发电模块的输出端与储能模块的输入端电连接，储能模块的输出端分别与scm控制模块和fsu监控模块电连接，发电模块工作时可对储能模块供电使储能模块储存一定的电能，当发电模块不工作时，储能模块用所储存的电能对scm控制模块和fsu监控模块供电以启动发电模块，形成一个供电闭环，不需要外部电源也可使发电设备正常运行；在某些实施例中，储能模块也被设计在单独的一块电路板上，通过电线可将储能模块与其他模块电连接起来，模块化的设计便于修改控制系统内部的电路。
27.在某些实施例中，还包括与scm控制模块电连接的串口显示屏，用户可以通过串口显示屏设置对应发电参数，如总发电功率、与fsu监控模块连接的设备的启动条件、各种报警的参数。
28.如图2所示，在某些实施例中，scm控制模块包括scm主控单元和scm电源单元，储能
模块的输出端与scm电源单元的输入端电连接，scm电源单元的输出端与scm主控单元电连接，scm电源单元能够将储能模块所供应的电能转化为适应于scm主控单元工作所需的电压。
29.在某些实施例中，scm主控单元采用32位arm微控制器(如stm32f407芯片)及其外围电路，该外围电路包括系统心跳指示灯电路、ic供电滤波去耦电路、ic内部工作时钟起振电路和ic复位电路。stm32f407芯片上设有多个i/o口、时钟起振引脚osc_in和osc_out以及复位引脚nrst，其中系统心跳指示灯电路由发光二极管串接一个电阻组成，该发光二极管的阳极与stm32f407芯片的一个i/o口电连接，可编程令其周期闪烁，监测stm32f407芯片的状态(损坏或死机指示灯将停止周期闪烁)；多个电容并联形成ic供电滤波去耦电路，靠近stm32f407芯片摆放；stm32f407芯片的osc_in和osc_out引脚分别与外部晶振电连接形成ic内部工作时钟起振电路，以增加ic的运行负荷能力；nrst引脚外接复位开关和电容形成复位电路，引脚初始电压为3.3v，电容电荷充满，nrst端电压为3.3v，按下按键后，电容放电在1ms内nrst电压从3.3v变为0v，stm32f407芯片将会重置，松开后nrst电压变回3.3v，stm32f407芯片重新工作。
30.如图4所示，在某些实施例中，scm电源单元包括滤波电路110、驱动电路120和隔离电路130，驱动电路120用于对scm控制模块中向外输出信号的电路供电，隔离电路130用于对scm控制模块中向scm主控单元输入信号的电路供电；滤波电路的输入端与储能模块电连接，滤波电路的输出端分别与驱动电路和隔离电路的输入端电连接，隔离电路的输出端与scm主控单元电连接，使scm控制模块的内部电路都由scm电源单元供电，形成闭环控制，并且经过滤波和隔离，提高了闭环控制质量，延长使用寿命。
31.在某些实施例中，滤波电路110包括电阻r1、发光二极管d2、共模电感l1、电容c2和电容c3，电阻r1和发光二极管d2串联组成上电指示电路，共模电感l1、电容c2和电容c3组成如图4所示的共模干扰滤除电路。上电指示电路与共模干扰滤除电路并联，scm控制模块供电使用24v输入，电压流经共模干扰滤除电路可以大程度的净化输入电压，保护器件，r1为限流电阻，d2发光二极管提供上电指示，当24v输入时d2会被点亮。
32.在某些实施例中，驱动电路120为scm控制模块中对外输出电路提供5v的驱动电压，如图4所示，驱动电路120包括24v转12v电路和12v转5v电路，其中24v转12v电路使用tps5430芯片搭建buck电路，12v转5v电路使用集成buck电路的lm7805芯片，电路滤波使用常规电容滤波。当tps5430芯片的vin引脚出现输入电压时，tps5430芯片开始对输入电压进行固定频率的开关，使电压降低到一个值并储存在电感l2中，tps5430芯片的vsns引脚负责对反馈回来的输出电压分压与内置比较器的设定电压进行比较，当反馈电压大于该设定电压值时tps5430芯片停止对电压的开关，l2失电导致存储的电压变为反向电动势，此时输入电压会直接流过电感l2，使24v转12v电路输出12v的电压。12v转5v电路中的lm7805芯片直接将输入的12v电压转化为5v电压。
33.在某些实施例中，隔离电路130为隔离处理的转化电路，主要负责对scm主控单元进行供电，电压转化使用buck电路，适应不同后端用电电压，电路滤波使用常规电容滤波。如图4所示，隔离电路130包括24v转12v电路、12v转5v电路和5v转3.3v电路，24v转12v电路采用隔离集成buck电路的vrb2412芯片，能承受原边(隔离前端)最大1500v电压打击，有效保护后端用电电路。tps5430芯片负责12v转换5v、ams1117芯片负责5v转换3.3v，供给scm主
控单元不同的用电电路。
34.在某些实施例中，scm控制模块包括与scm主控单元电连接的scm市电检测单元，scm主控单元处理scm市电检测单元检测到的市电信息以控制发电模块的工作状态，当市电断开或故障时，控制系统按设定好的参数启动发电模块发电。在某些实施例中，scm市电检测单元采用霍尔互感电压芯片chv-25p/200搭载外围滤波电路组成，通过chv-25p/200芯片内部线圈互感，反馈0-5v信号，chv-25p/200芯片的供电电压为正负12v，可承受检测原边电压峰值为300v。
35.在某些实施例中，发电模块包括散热单元，scm控制模块包括能够采集发电模块内部温度的scm温度检测单元140和控制散热单元工作状态的scm开关单元，scm温度检测单元140与scm主控单元的输入端电连接，scm主控单元的输出端与scm开关单元的输入端电连接，scm开关单元的输出端与散热单元电连接，结构简单，便于实现及时散热功能，保证设备的正常运行。
36.如图5所示，在某些实施例中，scm温度检测单元140包括温度传感器芯片max6675、电容c1和tvs二极管d1，温度传感器芯片max6675包括分别与热电偶连接的正温度采集接口tep 和负温度采集接口tep-，电容c1和tvs二极管d1并联组成稳压电路，稳压电路的一端与正温度采集接口tep 电连接，稳压电路的另一端接地，温度传感器芯片max6675的输出端so接口、cs接口和时钟sck接口分别与scm主控单元相应的接口电连接；tvs二极管d1在承受一个高能量的瞬时过压脉冲时，其工作阻抗能立即降至很低的导通值，允许大电流通过，并将电压箝制到预定水平，从而有效地保护电子线路中的精密元器件免受损坏，该稳压电路使温度传感器芯片能够输出比较稳定的温度信号。在某些实施例中，scm温度检测单元140包括适用于反馈模拟信号为电流信号的电流传感器，电流信号的范围典型为4-20ma。也包括适用于反馈模拟信号为电压信号的电压传感器，电压信号的范围典型为0-5v。
37.scm开关单元采用功率开关电路，主要负责外部24v用电器开关，如电磁阀、散热风机、固态继电器等。该功率开关电路包括多个igbt、隔离光耦芯片tlp291-4和高边开关芯片its724g，多个igbt分别与隔离光耦芯片tlp291-4和高边开关芯片its724g电连接，高边开关芯片its724g还与对应的外部24v用电器电连接以驱动外部24v用电器。在某些事实例中，高边开关芯片its724g的输出端反接有续流二极管，如驱动的用电器为有刷电机、电磁阀等，断电后会产生反向电动势，续流二极管负责将该反向电动势转为用电器内耗，保护功率开关电路。
38.在某些实施例中，scm控制模块包括scm存储单元，scm存储单元与scm主控单元电连接，scm存储单元包括两部分，flash掉电数据保护部分，用于存储用户设定数据，如：通过触摸屏设定的发电模块的功率、报警参数等；sd卡部分，用于将发电产品实时的参数数据生成csv文件并存入sd卡，维修人员可以查看往期数据来对产品进行定点维修。
39.在某些实施例中，scm控制模块包括scm通信单元，采用can通信、modbus rs485通信，主要用于与外部模块进行数据通信，如scm控制模块与fsu监控模块之间采用can通信、scm控制模块与发电模块之间采用modbus rs485通信。can通信电路使用符合can国际iso标准的iso1050芯片，modbus rs485通信电路使用max13487芯片。
40.如图3所示，在某些实施例中，fsu监控模块包括fsu主控单元和fsu电源单元，储能模块的输出端与fsu电源单元的输入端电连接，fsu电源单元的输出端与fsu主控单元电连
接，fsu电源单元能够将储能模块所供应的电能转化为适应于fsu主控单元工作所需的电压。
41.在某些实施例中，fsu主控单元采用32位arm微控制器(如stm32f103芯片)搭载外围电路，外围电路包括系统心跳指示灯，可编程令其周期闪烁，监测stm32f103芯片状态(损坏或死机指示灯将停止周期闪烁)。外围电路还包括32.768khz的实时时钟起振电路。外围电路还包括供电滤波去耦电路，供电滤波去耦电路为多个并联的电容，靠近stm32f103芯片摆放。
42.在某些实施例中，fsu电源单元包括对fsu监控模块中向外输出信号的电路提供驱动电压的fsu驱动电路和对fsu主控单元供电的fsu隔离电路，fsu驱动电路包括24v转12v电路、12v转5v电路和24v转48v电路，其中24v转12v电路使用tps5430芯片搭建buck电路，12v转5v电路使用集成buck电路的lm7805芯片，24v转48v电路使用集成boost电路，电路滤波使用常规电容滤波。fsu隔离电路包括24v转12v电路、12v转5v电路和5v转3.3v电路，其中24v转12v电路采用vrb2424芯片，2v转5v电路采用tps5430芯片、5v转3.3v电路采用ams1117芯片，电路滤波使用常规电容滤波。
43.在某些实施例中，fsu监控模块包括能够采集发电模块内部温度的fsu温度检测单元和控制散热单元工作状态的fsu开关单元，fsu温度检测单元与fsu主控单元的输入端电连接，fsu主控单元的输出端与fsu开关单元的输入端电连接，fsu开关单元的输出端与散热单元电连接，结构简单，便于实现及时散热功能，保证设备的正常运行。其中fsu温度检测单元采用热电偶电路，热电偶电路使用max6675传感器接口芯片，采集热电偶探头的结温数据(200℃以上)，并通过max6675传感器的的输出端so接口、cs接口和时钟sck接口与fsu主控单元相应的接口电连接，将数据传回fsu主控单元。
44.在某些实施例中，fsu开关单元采用功率开关电路，主要负责外部48v用电器开关，如有刷电机等。该功率开关电路包括多个igbt、隔离光耦芯片tlp291-4和高边开关芯片its724g，多个igbt分别与隔离光耦芯片tlp291-4和高边开关芯片its724g电连接，高边开关芯片its724g还与对应的外部48v用电器电连接以驱动外部48v用电器。在某些事实例中，高边开关芯片its724g的输出端反接有续流二极管，如驱动的用电器为有刷电机、电磁阀等，断电后会产生反向电动势，续流二极管负责将该反向电动势转为用电器内耗，保护功率开关电路。
45.在某些实施例中，fsu监控模块包括fsu存储单元，fsu存储单元与fsu主控单元电连接，fsu存储单元用于存储用户设定的数据以及将发电模块实时的参数数据生成文件并存储，维修人员可以查看往期数据来对产品进行定点维修。
46.在某些实施例中，fsu监控模块包括fsu通信单元，fsu通信单元采用can通信、modbus rs485通信，主要用于与外部模块进行数据通信，如fsu监控模块与scm控制模块之间采用can通信、fsu监控模块与发电模块之间采用modbus rs485通信。can通信电路使用符合can国际iso标准的iso1050芯片，modbus rs485通信电路使用max13487芯片。
47.在某些实施例中，fsu监控模块包括能够通过外部按键控制fsu监控模块开关状态的按键单元，按键单元与fsu主控单元电连接，结构简单，便于使用者外部操作以选择fsu监控模块的工作数量，从而控制发电设备的发电功率。在某些实施例中，按键单元包括多个按键以及与按键电连接的检测电路，检测电路采用光电开关tlp291芯片，tlp291芯片的输出
端与fsu主控单元的输入端电连接，当按键按下时tlp291芯片内部led发生改变，光电开关状态发生改变，fsu主控单元作出反应。
48.本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述优选方式可以自由地组合和叠加。
49.以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。