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康明斯柴油发电机配套ATS转换柜的功能说明 |
摘要：自动控制屏是柴油发电机组实现自动化运行的核心部件，其工作原理涉及信号检测、逻辑判断、执行控制以及状态监测等多个环节。它的主要功能是为设备提供自动启动和停机作用，监控柴油发电机组运行状态，并在发生故障时进行保护，包括实时显示电压、电流、频率等参数，以及过压、欠压、过载、高温、低油压等保护机制。
一、控制屏工作原理
康明斯自动控制屏（柜）控制一台（或两台）柴油发电机，它具有将市电和油机发电自动转换功能，达到供电不间断或具备按人为定时油机供电或遥控自动供电的目的。以众智HGM9510控制器为例，可以实时监测和控制柴油机的工作状况。用户通过HGM9510控制器可以自动控制柴油发电机组的启动和停机。控制屏具有自动保护功能，当油机发生故障时会产生告警信号，故障延时结束后，故障如果仍未排除，油机会自动停止运行。其接线示例和内部位置分别如图1、图2所示。
1、信号检测与输入
控制屏通过各类传感器实时采集柴油发电机及电网的运行参数，包括：
（1）电网参数：市电电压、频率（通过电压互感器、电流互感器检测）。
（2）发电机参数：输出电压、电流、频率、功率（通过发电机端传感器）。
（3）机组状态：转速（转速传感器）、机油压力（油压传感器）、冷却水温（温度传感器）、燃油油位、蓄电池电压等。
（4）其他信号：如手动/自动模式切换信号、急停按钮信号等。
其作用为控制器提供判断依据，确保机组在正确条件下启动或停止。
2、逻辑判断与处理
控制屏的核心是内置的控制器（如PLC、微处理器或专用控制模块），其基于预设逻辑对输入信号进行处理：
（1）市电异常判断：当检测到市电电压超出范围（如欠压、过压）或频率异常时，控制器启动延时（通常5-10秒，避免瞬时波动误触发），确认故障后进入启动流程。
（2）启动条件检查：启动前检查机组状态（如油压、水温、蓄电池电压是否正常），若存在故障（如低油压、高水温），则禁止启动并报警。
（3）负载切换逻辑：判断是否需切换至发电机供电（通过ATS自动转换开关）。
3、自动启动流程
当满足启动条件时，控制器按顺序执行以下动作：
（1）预润滑：启动润滑油泵（若配置），确保发动机各部件润滑充分。
（2）启动马达工作：控制启动继电器通电，启动马达带动柴油机曲轴旋转。
（3）燃油喷射：打开燃油电磁阀，喷油系统开始工作，柴油机点火启动。
（4）转速监测：当转速达到额定值（如1500rpm，对应50Hz），控制器判定启动成功。
（5）电压建立：调节励磁系统使发电机输出电压稳定，闭合输出断路器，向负载供电。
（6）ATS切换：控制自动转换开关切断市电，接入发电机电源（或并网运行）。
4、运行监控与保护
机组运行期间，控制器持续监测各项参数，触发保护机制以防止损坏：
（1）过压/欠压保护：输出电压异常时报警或停机。
（2）过载/短路保护：电流超过设定值时分断断路器。
（3）高温保护：冷却水温过高时降载或停机。
（4）低油压保护：机油压力不足时紧急停机。
（5）超速保护：转速超过安全阈值时立即停机。
（6）蓄电池监测：电压过低时报警，避免下次无法启动。
5、自动停机流程
当市电恢复或负载需求结束，控制器执行停机：
（1）市电恢复检测：确认市电参数稳定后，启动停机延时（防止频繁切换）。
（2）负载切换回市电：ATS切换至市电供电，断开发电机断路器。
（3）冷却停机：柴油机空载运行一段时间（3-5分钟）以冷却机体。
（4）关闭燃油阀：切断燃油供应，发动机停止运转。
（5）后处理：关闭辅助系统（如风扇），进入待机状态。
6、人机交互与通信
（1）HMI界面：通过触摸屏或LED显示屏显示实时参数（电压、电流、频率、故障代码等），并允许手动操作（启动、停止、测试）。
（2）远程通信：支持RS485、Modbus、CAN总线或4G模块，实现远程监控、故障报警及数据记录。
（3）历史数据存储：记录运行时长、故障事件等，便于维护分析。
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图1 柴油发电机组控制器接线图 |
图2 柴油发电机组控制箱内部接线位置 |
二、自动控制屏的基本功能
自动控制屏适用于两路油机电源和一路市电，作为应急电源，能实现电网失电后，自动启动主用柴油发电机组，自动供电。当主用柴油发电机组出现故障时，能自动启动备用柴油发电机组，由备用柴油发电机组合闸供电。当市电恢复后，能自动切换到市电供电，柴油发电机组自动停机并自动进人准备启动状态。柴油发电机组在运行中的主要机、电故障，可实现自动监控，并能自动处理和报警。另外，自动控制屏还具有以下两种基本功能：
1、交流主回路中接触器联锁
交流主回路中接触器之间，采用三种互相联锁：
（1）控制器PLC程序中联锁；
（2）接触器电气联锁；
（3）接触器机械联锁。
为了使市电和柴油发电机组能准确可靠地进行自切换，避免因继电器失灵而引起的误动作，因此，必须有电气联锁和机械联锁。
2、柴油发电机组运行状态
自动控制屏对柴油发电机组运行状态和故障都有指示
（1）控制执行动作用绿灯指示：可编程控制器开始工作；1号柴油发电机组（或2号柴油发电机组）的启动信号；油门刹车信号；柴油发电机组控制合闸。
（2）市电状况用黄灯指示：市电供电；市电故障。
（3）柴油发电机组故障用红灯指示：机油压力过低；机油温度过高；汽缸温度过高；发动机转速过高；发动机转速过低；柴油发电机组飞车；柴油发电机组三次启动失败。
3、柴油发电机组故障指示
当出现上述故障时，柴油发电机组均会自动停机。
（1）机油压力过低—数秒后自动停机；
（2）机油（或汽缸）温度过高—数秒后自动停机；
（3）柴油发电机组转速过高（或过低）—数秒后自动停机；
（4）出现飞车信号—立即停机；
（5）风扇皮带断裂—立即停机。
对柴油发电机组发电（包括市电电源）出现断相、过压、欠压、过载等异常情况，自动控制屏均会跳闸断电，进行保护。
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图3 柴油发电机组控制器外形实物图 |
图4 柴油发电机组控制器功能示意图 |
三、自动控制屏的电路和特点
1、自动控制屏的电路
康明斯柴油发电机自动控制屏主要由交流主回路和直流控制回路等组成。
（1）交流主回路
自动化柴油发电机组控制屏（柜）的交流主回路框图。三相供电的主回路有三个主接触器（市电用、I机用、II机用），当市电有电时，控制柜由PLC将市电的接触器自动合闸输出供电；当市电无电时，PLC会及时或延时自动启动I机（或II机），油机正常发电，使I机（或II机）的接触器自动合闸输出供电；当市电恢复正常延时后让市电合闸输出供电，油机自动停机，保证对负载提供瞬间间断电源。
（2）直流控制回路
自动化控制屏的核心是PLC，其功能齐全、结构简单、线路明了、故障率低，使控制屏的质量可靠性大大提高。
2、自动控制屏的特点
（1）控制屏具有体积小巧、性能可靠、操作简单等优点，内部线路清晰、简单，便于检测。
（2）具有自动检测十二种保护功能，保护油机安全、稳定运行。
（3）具有怠速/额速自动转换功能。
（4）性能优越、经济实用。
（5）故障情况下，自动控制停机。
（6）界面显示采用中、英文两种语言供选择。
（7）可自定义延时参数设置值可自定义系统参数设置值。
（8）可自定义模拟量告警上、下限，告警值、停机值提供预告警和告警功能显示屏和指示灯告警具有可选的远程控制功能自动记录油机总运行时间。
（9）监控软件可以自动保存故障记录。
（10）可由通讯软件修改控制器参数值。
总结：
柴油发电机自动控制屏通过实时监测、智能判断和精准执行，实现了机组的全自动化运行，确保在电网故障时快速响应并提供可靠电力，同时通过多重保护机制延长设备寿命。其设计兼顾安全性、效率与用户操作的便捷性，广泛应用于数据中心、医院、工厂等关键场所的备用电源系统。
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