[发明专利]一种中低速柴油机选择性催化还原系统的FPGA嵌入式控制系统

说明书

技术领域

本发明属于一种嵌入式控制器，尤其涉及一种中低速柴油机选择性催化还原系统的FPGA嵌入式控制系统。

背景技术

选择性催化还原(Selective Catalytic Reduction简称SCR)是一种机外净化系统，其基本原理是在催化剂作用下，利用还原剂(如氨气、尿素溶液等)，把柴油机尾气中的氮氧化合物进行催化还原反映，将有毒害、有污染的NO_X转化为无毒无污染的氮气和水蒸气。排气后处理SCR技术不需对柴油机本体进行改造，且对燃油的品质要求相对较低，因此备受关注。

目前中低速柴油机应用的领域就是在船舶中，而船舶柴油机尾气排放对于环境的污染越来越严重，因此国际海事组织(IMO)于1997年通过了MARPOL73/78公约附则Ⅵ——《防止船舶造成大气污染规则》，该规则已于2005年5月19日正式生效。2006年8月23日起对我国生效。2008年10月，在MEPC58次会议上又讨论通过了附则Ⅵ的修正案，该修正案对船舶有害气体的排放提出了更加严格的要求，并明确了氮氧化物排放限值的三个阶段，即TierI、TierII和TierIII，TierIII最为严格，其中规定对2016年交付使用的新船要在Tier II的基础上在减排约75％，如此巨大的减排幅度对中低速柴油机的SCR系统提出了更加苛刻的要求。

由于闭环控制在SCR系统中能够有效的提高还原剂的利用率，有效降低NO_X的排放量所以SCR系统的闭环控制需求也越来越迫切，这就对中低速柴油机SCR嵌入式控制器的运算处理速度以及稳定性提出了更多的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够节约能源的中低速柴油机选择性催化还原系统的FPGA嵌入式控制系统。

一种中低速柴油机选择性催化还原系统的FPGA嵌入式控系统，其特征在于：包括电源模块、信号采集模块、计量泵、上位机、FPGA主控制器模块和执行器驱动模块；

信号采集模块包括反应器内温度传感器、压力传感器、空气质量传感器、液位传感器、催化剂反应前温度传感器、催化剂反应后温度传感器、压损传感器，信号采集模块用于采集所有传感器的数据，转化为电信号后通过滤波和放大电路传送给FPGA主控制器模块；

计量泵测量还原剂喷射量后通过CAN总线传送给FPGA主控制器模块；

电源模块为信号采集模块和FPGA主控制器模块供电；

FPGA主控制器模块根据接收到的信息，将数据传送给上位机进行显示，同时采用前馈控制方法对接收到的信息进行分析，对还原剂的需求量进行判断，产生PWM信号通过光耦隔离电路后，传送给执行器驱动模块；

执行器驱动模块包括驱动电路、冷却液电磁阀、尿素喷射电磁阀和空气电磁阀，驱动电路根据接收到的PWM信号控制冷却液电磁阀、尿素喷射电磁阀和空气电磁阀的开关。

本发明一种中低速柴油机选择性催化还原系统的FPGA嵌入式控系统还包括：

FPGA主控制器模块采用的前馈控制方法，利用反应器当前上游NO_X的浓度，来标定下游NH3浓度期望值，并利用下游NH3浓度值和反应器的动态特性来预测上游所需的NH3，催化器模型的输入量U，状态量X和输出量Y分别为：