发电机组控制界面是集装箱发电机组必须配置的产品，可以实现发电机组的自动开机、关机、数据监测以及报警保护等用途。该文详细描述了以STM32F105VC为核心的安静型发电机组控制面板软硬件装置的设计，总述了采样、开关量输入输出、通信等模块的硬件组成以及各个模块的作业原理。操作界面的软件装置采用状态机构造，实现拖车式发电机组的启停、采样监测、报警保护等作用。撬装发电机组

　　发电机组的智能化控制，经历了继电器控制、PLC控制和自动化控制3个阶段，从上世纪末开始由微电脑和电子元件结构的智能控制系统控制，将很复杂的外围电路集成到一个模块中，大大简化了控制线路，可靠性也随之得到增强，现在的控制界面从设计上趋近于向更智能、更人性化的方面发展。

　　发电机组控制屏可以说是发电机组的大脑，随着时代的进步和科学技术的发展，低噪声柴油发电机组操作系统也有着全新的发展方向。远程监控和智能化方向发展的移动式静音发电机组控制模块将给客户带来更加人性化、智能化的使用感受。

　　该文旨在讲解用于静音发电机组自动化以及监控系统的发电机组控制面板，实现发电机组的自动开机/停机、数据测量、报警保护以及通过CAN通信实现“遥控”“遥测”“遥调”“遥信”等作用。控制面板采用微解决技术，实现了多种参数的精密测量、定值调整以及定时、阈值整定等用途，可使用PC 机通过CAN 通信调节以及测量，可适合于发电机组智能化机构。

　　该文介绍的发电机组控制界面以STM32F105VC芯片为核心，利用芯片集成的12位AD切换器，可实现0～3.3 V 的温度、油压、液位等5路模拟量电压信号的采集。操作界面I/O口满足8路开关量输入、8路开关量输出的需要。

　　如图1所示，静音发电机组控制界面的硬件包含以下模块：直流量采样模块、交流量采样模块、开关量隔离输出模块、开关量隔离输入模块、CAN 通信模块、232通信模块等。通过直流采样模块实现对温度、油压、液位的高精度采集，交流采样模块实现对发电机三相电压、电流、频率的高精度采集，通过对开关量输出的控制实现机组的开机、关机、紧急停机保护等用途，通过开关量输入模块以及对温度、油压、液位、三相电压信号的判定对监控系统实现保护停机等用途，通过CAN 通信实现对机组控制系统的“四遥”功用，232通信实现与显示屏的通信。

　　图2为5路温度、油压、液位信号采集电路其中的1路，将采集的温度、油压、液位探头的电压信号AD_in3，在程序里将其转换为电阻信号，根据电阻信号与温度、油压、液位的曲线关系得到此时外部的温度、油压、液位值。

　　蓄电池电压采集电路通过HCPL7840隔离光耦实现电气隔离，同时可将输入信号进行放大，静音柴油发电机得到差分输出信号，电瓶电压采样电路如图3所示。通过采集AD_in，根据AD_in和外部蓄电池电压的比例关系得到电瓶电压，对蓄电池电压大小进行监测，并根据其大小做采样保护。

　　三相交流电采集主要包括发电机三相电压、三相电流、频率、相位、功率因数等信号的采集，该模块具体由电能计量芯片ADE7858、电压传感器模块、电流传感器模块、RC滤波电路等构成。

　　ADE7858是美国ADI公司针对智能电表、工业电源监控开发的高精度三相电源测量集成芯片，该芯片通过SPI串口与单片机进行通信，将三相交流电源的电压、电流信号经采样处置计算，得到有功功率、无功容量、视在功率、电压、电流、频率、容量因数、静音发电机组相序等参数，具有精度高、动态范围宽的特性。如图4所示，电流通过电流互感器和采样电阻后变为电压信号，再将该电压信号输入ADE7858 的电流信号输入端，ADE7858 可自动转换成电流信号的采集；电压信号通过限流电阻后变为电流信号，该电流信号经过互感器和采样电阻后变为电压信号，再将该电压信号输入ADE7858 的电压信号输入端；通过三相电压信号和三相电流信号，ADE7858 经过相应的配置后可自行完成电压、电流、相位、容量、功率因数、频率等电能数据的计算。

　　基于ADE7858 电量计量芯片的交流电源模块，实现了交流电源参数的数字化测量，硬件电路简单，软件代码少，采样参数多并且精度高，可靠性高，性能稳定，可以满足规格产品的应用需求。

　　开关量输入电路采用光耦HMHA2801A 实现前后级的隔离，输入电压范围为0～1.8 V。当输入为低电平时，光耦后级打开，输出高电平；当输入为悬空时，光耦后级关断，输出低电平。

　　开关量驱动输出电路同样采用光耦HMHA2801A实现前后级的隔离，输入为低电平，光耦后级关闭；输入为高电平，光耦后级导通。可根据需求实现后端MOSFET电路的驱动。

　　通过MAX232芯片与显示屏进行232通信，MAX232芯片内部设置了静电保护电路，可有效抑制高达1.5 kV的静电电压，保护器件不受人身静电危害；该芯片包含2组独立的RS232电平转换通道；只需4只0.1 μF小电容配合，即可正常工作。

　　CAN通信电路主要采用AD公司的CAN收发芯片ADM3053，该芯片基于AD公司的磁隔离专利技术，是具备±15 kV 保护功用的完汇总成式隔离数据收发器，可以达到1 Mbps传输速率。与传统CAN通信电路相比，ADM3053因为具有集成式隔离DC/DC电源，因此不再需要外部隔离DC/DC电源模块，大大简化了电路设计，同时增强了瞬态共模抑制能力。

　　机组开机教程如图5所示，在监控系统里控制延时时间，让流程中对应的开关输出量闭合或者断开，实现机组的启停。当开机键按下或者远程开机输入高效时，进入开机延时，开机延时结束后，预热继电器输出，预热延时结束后，泵油继电器输出，然后起动继电器输出；如果在启动时间内发电机组没有起动成功，起动继电器停止输出，进入起动间隔时间，等待下一次启动；在设定的起动次数内，如果发电机组没有起动成功，则不能起动报警，泵油继电器停止输出；在任意一次起动时，若启动成功，则进入安全运行时间，在此时间内油压低、水温高、欠速以及辅助输入(已配置)报警量等均无效，安全运转延时结束后则进入高速暖机延时，当高速暖机延时结束时，若发电正常则发电状态指示灯亮，发电机组进入正常运行状态；如果发电机组电压或频率忽快忽慢，则操作系统报警停机。

　　当关机键按下或者远程关机输入有效时，停机延时开始；停机延时结束后，开始高速散热延时。当进入得电停机延时时，得电停机继电器加电输出， 燃油继电器输出断开；当进入发电机组停稳时间时，自动预判是否停稳；当机组停稳后，进入发电待机状态；若机组无法停机则控制面板报警显示停机失败警告。关机教程如图6所示。

　　报警保护分为停机报警和警告保护。在机组起动的整个步骤，并不是每一个阶段所有的报警都有效。水温高输入停机、油压低输入停机、油温高警告、油压低警告、缺相停机、逆相停机在机组起动成功后安全运行延时后高效。

　　欠速停机报警、欠频停机报警、欠压停机报警、欠速警告、发电欠频警告、发电欠压警告在高速暖机延时开始时高效。关机程序中：水温高输入停机、油压低输入停机、油温高警告、油压低警告、缺相停机、逆相停机、欠速停机报警、欠频停机报警、欠压停机报警、欠速警告、发电欠频警告、发电欠压警告均无效。其余报警如飞车警告、过频、过压等报警信息在机组运转的整个过程都高效。

　　该文创新点是将控制芯片STM32F105VC与硬件电路相结合设计出发电机组操作界面的软硬件机构。控制界面的人机界面能显示各种运转状态参数和损坏信息以及装置参数，具有内容丰富、操作简便等优势。模拟量采集A/D 切换利用该芯片的主A/D 切换通道完成，以便直接对油温、油压、液位探头进行采样， 从而简化了控制模块的硬件电路。三相交流电模块采用ADE7858 电能计量芯片进行发电机三相电压、电流、频率信号的采集。这样简化了硬件电路和软件代码，又提升了采样精度，可以满足产品高精度的运用需求。通过CAN通信可以实现“遥控”“遥调”“遥信”“遥测”四遥用途：远程控制机组启停、远程调整数据设置、远程通信、远程上传测量油温、油压、电压等关键数据。远程监控和自动化的设计给客户带来更加人性化、自动化的使用感受。

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