一种超级电容储能装置数字控制系统制造方法及图纸

一种超级电容储能装置数字控制系统，属于嵌入式数字控制技术和储能技术应用领域。基于超级电容储能装置功率补偿的油田电动修井机可以实现油田装备的节能运行，提高能源的利用率。本发明专利技术提出一种油田修井机超级电容储能装置数字控制系统，该系统采用数字处理芯片DSP+CPLD作为核心控制芯片，外围电路包括供电模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块、数字输入控制模块、数字输出控制模块、CAN通信模块、485通信模块、电光转换模块八部分。其有益效果是：嵌入式控制程序通过该控制系统可以完成对超级电容储能装置启动、退出、充电、放电、待机五种状态的控制，准确、可靠地实现超级电容储能装置的多项功能需求。

【技术实现步骤摘要】
一种超级电容储能装置数字控制系统
本专利技术涉及嵌入式数字控制技术和储能技术应用领域，具体是一种在油田电动修井机超级电容储能装置数字控制系统。油田在采油过程中常会发生一些油井内部或采油设备的故障，造成油井减产，甚至停产，修井机主要是针对上述故障进行维修工作的一种设备。传统修井机动力来源主要是依靠柴油机，然而采用柴油机作为动力源存在空载时间长、能源利用率低、污染环境的缺点。电动修井机是近些年新型的一种修井机，其动力来源主要是依靠电力。相对于传统的修井机，电动修井机具有能源利用率高、环保无污染、运行成本低的优点，因此成为了修井机未来的重要发展方向。电动修井机功率需求往往在100kW及以上，但油田井场电网设计功率均在100kW及以下，电网容量不足成为了严重制约其应用的重要因素。针对上述制约因素，采用超级电容储能系统可以有效解决井场电网容量不足的现状。其基本原理是，在修井机进行提升作业时，由井场电网和超级电容储能系统共同提供动力；在修井机进行下放作业时，由井场电网对超级电容储能系统进行充电。如此往复，便可有效地解决上述“油改电”最大的制约难题。超级电容储能装置的有效工作需要依赖于双向DC/DC变流器的能量管理，而能量管理策略或核心控制程序需要核心控制器来实现。数字信号处理器具有准确度高、稳定性好、抗干扰能力强的优点，近些年被广泛应用于电力电子变流领域。
技术实现思路
本专利技术的目的在于为油田修井机超级电容储能装置的核心控制算法提供运行和实现环境，以达到超级电容储能装置的能量管理，因此提出采用一种数字控制系统来实现。该专利技术具有模拟量输入输出、数字量输入输出、通信及数据传输、脉冲控制信号的输出功能，可根据油田修井机超级电容储能装置的具体需求进行匹配。本专利技术通过以下技术方案来实现，一种超级电容储能装置数字控制系统，主要由供电模块、模拟量输出模块、模拟量输入模块、数字量输出模块、数字量输入模块、485通信模块、CAN通信模块、电光转换模块、DSP小系统模块、CPLD小系统模块十部分组成。所述的供电模块输入为24VDC，输出为±15V、5V和3.3V，其中±15V为传感器供电电源、5V为继电器及芯片供电电源，3.3V为DSP供电电源。所述的模拟量输出模块可以与示波器探头或外部仪表连接，用于装置调试和状态显示。所述的模拟量输入模块采用两级运放实现模拟电压的变换，其中模块输入为-10V~10V，模块输出为0~3.3V。所述的485通信模块输出采用DB9针接头与上位机显示器连接。所述的数字量输入模块分别与旋转按钮、急停按钮、复位按钮连接。所述的数字量输出模块分别与继电器、指示灯连接。所述的电光转换模块通过光纤与IGBT驱动板连接，输出IGBT开关管脉冲信号。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：1、本专利技术提出一种全数字控制系统，准确性高、稳定性好、抗干扰能力强；2、本专利技术采用DSP+CPLD为核心控制芯片的技术方案，扩展性及通用性强；3、本专利技术采用光纤形式实现脉冲信号的输出，避免了传统电信号输出方案带来的脉冲信号畸形，提高了脉冲信号控制的稳定性。附图说明图1为数字控制系统及外设示意图图2为供电模块示意图主要元件符号说明：1001-供电模块1002-模拟量输出模块1003-模拟量输入模块1004-485通信模块1005-CAN通信模块1006-数字量输入模块1007-数字量输出模块2001-24V直流电源输入2002-24V转±15V电源模块2003-24V转5V电源模块2004-24V转3.3V电源模块。具体实施方式以下提供本专利技术一种超级电容储能装置数字控制系统的具体实施方法。参见附图1，数字控制系统包括供电模块、模拟量输出模块、模拟量输入模块、数字量输出模块、数字量输入模块、485通信模块、CAN通信模块、电光转换模块、DSP小系统模块、CPLD小系统模块十部分组成，外围设备由24V直流电源、示波器、电压电流传感器、液晶触摸屏、调试笔记本电脑、按钮、指示灯和继电器线圈八部分组成。所述的供电模块1001为供电电源输入接口，通过电缆与24V开关电源连接，为数字控制系统提供工作电源。所述的的模拟量输出模块1002与示波器电压探头和模拟电压表通过电缆连接，实现数字控制系统中的数字量到模拟量的转换。所述的模拟量输入模块1003与电压电流传感器通过三芯屏蔽电缆连接，三芯屏蔽电缆分别为+15V、-15V和M测量。所述的485通信模块1004通过三芯电缆与液晶触摸屏连接，包括485+和485-两路信号，其中接头形式采用DB9针接头。所述的CAN通信模块1005通过三芯电缆与调试笔记本连接，包括CAN+和CAN-两路信号，其中接头形式采用DB9针接头。所述的数字量输入模块1006与开关旋钮、复位按钮、急停按钮连接，实现开关数字量的输入。所述的数字量输出模块1007分别于指示灯、继电器线圈连接，实现开关数字量的输出控制。参见附图2，供电模块包括24V转±15V电源模块、24V转5V电源模块、24V转3.3V电源模块三部分，分别给数字控制系统的不同子系统供电。所述的24V直流电源输入2001与24V开关电源连接，为供电电源的总输入。所述的24V转±15V电源模块2002通过电路板走线与模拟量输入模块1003连接，可以实现为电压电流传感器供电的功能。所述的24V转5V电源模块2003通过电路板走线与数字量输入模块1006连接，可以实现数字量输入的控制供电功能。所述的24V转3.3V电源模块2004通过电路板走线与DSP供电引脚连接，为DSP小系统提供工作电源。以上所述的是本专利技术的优选实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本专利技术的保护范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超级电容储能装置数字控制系统，其特征在于，包括供电模块（1）、模拟量输出模块（2）、模拟量输入模块（3）、485通信模块（4）、CAN通信模块（5）、数字量输入模块（6）、数字量输出模块（7）、电光转换模块（8）、DSP小系统模块（9）、CPLD小系统模块（10）；所述的供电模块输入为24VDC，为数字控制系统提供供电电源；所述的模拟量输出模块共有4路通道；所述的模拟量输入模块共有8路通道；所述的485通信模块包括1路的485信号输出；所述的CAN通信模块包括1路的CAN信号输出；所述的数字量输入模块包括8路通道；所述的数字量输出模块包括8路通道；所述的电光转换模块包括6路输出和3路输入。

【技术特征摘要】
1.一种超级电容储能装置数字控制系统，其特征在于，包括供电模块（1）、模拟量输出模块（2）、模拟量输入模块（3）、485通信模块（4）、CAN通信模块（5）、数字量输入模块（6）、数字量输出模块（7）、电光转换模块（8）、DSP小系统模块（9）、CPLD小系统模块（10）；所述的供电模块输入为24VDC，为数字控制系统提供供电电源；所述的模拟量输出模块共有4路通道；所述的模拟量输入模块共有8路通道；所述的485通信模块包括1路的485信号输出；所述的CAN通信模块包括1路的CAN信号输出；所述的数字量输入模块包括8路通道；所述的数字量输出模块包括8路通道；所述的电光转换模块包括6路输出和3路输入。2.根据权利要求1所述数字控制系统，其特征在于，所述的供电模块输入为24VDC，输出为±15V、5V和3.3V，其中±15V为传感器供电电源、5V为继...

【专利技术属性】
技术研发人员：张皖俊，
申请(专利权)人：北京交通大学长三角研究院，
类型：发明
国别省市：江苏,32