一種中低速柴油機選擇性催化還原系統(tǒng)的fpga嵌入式控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種中低速柴油機選擇性催化還原系統(tǒng)的FPGA嵌入式控系統(tǒng)。包括電源模塊、信號采集模塊、計量泵、上位機、FPGA主控制器模塊和執(zhí)行器驅(qū)動模塊；信號采集模塊包括反應(yīng)器內(nèi)溫度傳感器、壓力傳感器、空氣質(zhì)量傳感器、液位傳感器、催化劑反應(yīng)前溫度傳感器、催化劑反應(yīng)后溫度傳感器、壓損傳感器，信號采集模塊采集所有傳感器的數(shù)據(jù)，傳送給FPGA主控制器模塊，計量泵測量還原劑噴射量后傳送給FPGA主控制器模塊，F(xiàn)PGA主控制器模塊根據(jù)接收的信息，產(chǎn)生PWM信號通過光耦隔離電路后，傳送給執(zhí)行器驅(qū)動模塊。本發(fā)明能夠有效實現(xiàn)系統(tǒng)的閉環(huán)控制，在減少SCR系統(tǒng)中還原劑的浪費同時有效減少船舶氮氧化物的排放，降低成本。
【專利說明】一種中低速柴油機選擇性催化還原系統(tǒng)的FPGA嵌入式控 制系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于一種嵌入式控制器，尤其涉及一種中低速柴油機選擇性催化還原系統(tǒng) 的FPGA嵌入式控制系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 選擇性催化還原（SelectiveCatalyticReduction簡稱SCR)是一種機外凈化 系統(tǒng)，其基本原理是在催化劑作用下，利用還原劑（如氨氣、尿素溶液等），把柴油機尾氣中 的氮氧化合物進行催化還原反映，將有毒害、有污染的NOx轉(zhuǎn)化為無毒無污染的氮氣和水蒸 氣。排氣后處理SCR技術(shù)不需對柴油機本體進行改造，且對燃油的品質(zhì)要求相對較低，因此 備受:關(guān)注。
[0003] 目前中低速柴油機應(yīng)用的領(lǐng)域就是在船舶中，而船舶柴油機尾氣排放對于環(huán)境的 污染越來越嚴重，因此國際海事組織（頂〇)于1997年通過了MARP0L73/78公約附則VI-- 《防止船舶造成大氣污染規(guī)則》，該規(guī)則已于2005年5月19日正式生效。2006年8月23日 起對我國生效。2008年10月，在MEPC58次會議上又討論通過了附則VI的修正案，該修正案 對船舶有害氣體的排放提出了更加嚴格的要求，并明確了氮氧化物排放限值的三個階段， 即Tierl、TierII和Tierlll，TierIII最為嚴格，其中規(guī)定對2016年交付使用的新船要在 TierII的基礎(chǔ)上在減排約75%，如此巨大的減排幅度對中低速柴油機的SCR系統(tǒng)提出了 更加苛刻的要求。
[0004] 由于閉環(huán)控制在SCR系統(tǒng)中能夠有效的提高還原劑的利用率，有效降低NOx的排 放量所以SCR系統(tǒng)的閉環(huán)控制需求也越來越迫切，這就對中低速柴油機SCR嵌入式控制器 的運算處理速度以及穩(wěn)定性提出了更多的要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種能夠節(jié)約能源的中低速柴油機選擇性催化還原系統(tǒng)的 FPGA嵌入式控制系統(tǒng)。
[0006] 一種中低速柴油機選擇性催化還原系統(tǒng)的FPGA嵌入式控系統(tǒng)，其特征在于：包括 電源模塊、信號采集模塊、計量泵、上位機、FPGA主控制器模塊和執(zhí)行器驅(qū)動模塊；
[0007] 信號采集模塊包括反應(yīng)器內(nèi)溫度傳感器、壓力傳感器、空氣質(zhì)量傳感器、液位傳感 器、催化劑反應(yīng)前溫度傳感器、催化劑反應(yīng)后溫度傳感器、壓損傳感器，信號采集模塊用于 采集所有傳感器的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)化為電信號后通過濾波和放大電路傳送給FPGA主控制器模塊；
[0008] 計量泵測量還原劑噴射量后通過CAN總線傳送給FPGA主控制器模塊；
[0009] 電源模塊為信號采集模塊和FPGA主控制器模塊供電；
[0010] FPGA主控制器模塊根據(jù)接收到的信息，將數(shù)據(jù)傳送給上位機進行顯示，同時采用 前饋控制方法對接收到的信息進行分析，對還原劑的需求量進行判斷，產(chǎn)生PWM信號通過 光耦隔離電路后，傳送給執(zhí)行器驅(qū)動模塊；
[0011] 執(zhí)行器驅(qū)動模塊包括驅(qū)動電路、冷卻液電磁閥、尿素噴射電磁閥和空氣電磁閥,驅(qū) 動電路根據(jù)接收到的PWM信號控制冷卻液電磁閥、尿素噴射電磁閥和空氣電磁閥的開關(guān)。
[0012] 本發(fā)明一種中低速柴油機選擇性催化還原系統(tǒng)的FPGA嵌入式控系統(tǒng)還包括：
[0013] FPGA主控制器模塊采用的前饋控制方法，利用反應(yīng)器當前上游NOx的濃度，來標定 下游NH3濃度期望值，并利用下游NH3濃度值和反應(yīng)器的動態(tài)特性來預(yù)測上游所需的NH3， 催化器模型的輸入量U，狀態(tài)量X和輸出量Y分別為：

【權(quán)利要求】
1. 一種中低速柴油機選擇性催化還原系統(tǒng)的FPGA嵌入式控系統(tǒng)，其特征在于：包括電 源 模塊、信號采集模塊、計量泵、上位機、FPGA主控制器模塊和執(zhí)行器驅(qū)動模塊； 信號采集模塊包括反應(yīng)器內(nèi)溫度傳感器、壓力傳感器、空氣質(zhì)量傳感器、液位傳感器、 催化劑反應(yīng)前溫度傳感器、催化劑反應(yīng)后溫度傳感器、壓損傳感器，信號采集模塊用于采集 所有傳感器的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)化為電信號后通過濾波和放大電路傳送給FPGA主控制器模塊； 計量泵測量還原劑噴射量后通過CAN總線傳送給FPGA主控制器模塊； 電源模塊為信號采集模塊和FPGA主控制器模塊供電； FPGA主控制器模塊根據(jù)接收到的信息，將數(shù)據(jù)傳送給上位機進行顯示，同時采用前饋 控制方法對接收到的信息進行分析，對還原劑的需求量進行判斷，產(chǎn)生PWM信號通過光耦 隔離電路后，傳送給執(zhí)行器驅(qū)動模塊； 執(zhí)行器驅(qū)動模塊包括驅(qū)動電路、冷卻液電磁閥、尿素噴射電磁閥和空氣電磁閥，驅(qū)動電 路根據(jù)接收到的PWM信號控制冷卻液電磁閥、尿素噴射電磁閥和空氣電磁閥的開關(guān)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中低速柴油機選擇性催化還原系統(tǒng)的FPGA嵌入式控系 統(tǒng)，其特征在于：所述的FPGA主控制器模塊采用的前饋控制方法，利用反應(yīng)器當前上游N0X 的濃度，來標定下游NH3濃度期望值，并利用下游NH3濃度值和反應(yīng)器的動態(tài)特性來預(yù)測上 游所需的NH3,催化器模型的輸入量U，狀態(tài)量X和輸出量Y分別為：
NOx和NH3濃度分別為：
利用前饋控制方法得到上游所需的NH3為：
【文檔編號】F01N9/00GK104405483SQ201410566654
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月22日
【發(fā)明者】劉勝, 趙勁中, 張?zhí)m勇, 許長魁 申請人:哈爾濱工程大學