CN101648164A - 高压静电除尘控制*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种高压静电除尘控制***,其监控电路分别设有一次电流I1、一次电压U1、二次电流I2、二次电压U2信号的滤波放大电路,其通过各自的平均值滤波电路与A/D转换电路连接,A/D转换电路通过普通光电耦合器与主CPU连接;I2、U2信号的滤波放大电路还通过线性光电耦合器与主CPU连接;主CPU通过触发屏蔽及普通光电耦合器输出触发信号,主CPU还通过普通光电耦合器、模拟开关及滤波输出电路输出DA输出信号;与主CPU连接有辅CPU,辅CPU分别通过高速光电耦合器与CAN、RS-485通信驱动电路连接。采用全新的数字化技术和网络化设计概念进行设计;进一步完善了火花探测技术及闪络处理功能,无论从控制实时性、可靠性、精确性,还是网络通讯功能都有了极大的提高,可以大大改善电除尘器的整体运行和管理水平。
Description
技术领域:
本发明涉及一种主要应用于电除尘器高压电场的电控部分,解决电除尘器所产生的火花及闪络等问题的检测及控制***。
背景技术:
电除尘器是通过高压电场对含尘气体进行除尘的装置。在电场力的作用下,使带电尘粒沉积在电极上,从而将尘粒从含尘气体中分离出来,然后净化的空气经出气箱排出。电除尘器在除尘方面发挥着巨大的作用,并广泛应用于电力、冶金、建材、化工、石油、纺织、锅炉、钢铁等行业。
目前,公知的高压除尘控制原理都是采用主控器控制可控硅调压,从而控制高压整流变压器的输出端电压,达到净化除尘的目的。传统的控制方式里,从参数的采集到转换,到主控器进行参数运算进而判断运行状态,都要用到检测相位信号和同步信号。这就对主控器对相位信号和同步信号的要求非常苛刻,否则会产生零点漂移,导致可控硅触发时间的延迟或超前,尤其严重的是对运行状态容易出现漏判断和误判断,当电场内部出现闪络时,如果发生了漏判断,将严重影响除尘器本体,造成对变压器的冲击,严重影响除尘效率,甚至会烧毁变压器。并且电除尘器运行在粉尘击穿电压附近时就有可能产生火花。火花发生后,必须及时封锁可控硅,否则容易引起二次回路短路。但有时为了提高除尘效率,对小火花不进行封锁,出现大火花时才封锁可控硅,存在较大的安全隐患。传统火花控制均依赖于10ms同步脉冲,当同步脉冲到来后,进行高速A/D转换,然后进行火花的判断,当下一个10ms开始时又重复,这样就要求电流、电压取样信号的相位必须严格与同步信号一致。
发明内容:
本发明针对现有技术的上述不足,提供一种针对各个行业要求的不同,可以灵活地与多种电源完美的结合在一起,并提供稳定、可靠的控制方案;同时为了满足工业自动化的发展需要,可以方便快捷的与用户的网络连接,组建优质高效的监控***。
本发明的技术解决方案是:一种高压静电除尘控制***,设有供电电路及监控电路,监控电路分别设有一次电流I1、一次电压U1、二次电流I2、二次电压U2信号的滤波放大电路,各滤波放大电路通过各自的平均值滤波电路与A/D转换电路连接,A/D转换电路通过普通光电耦合器与主CPU连接;二次电流I2、二次电压U2信号的滤波放大电路还通过线性光电耦合器与主CPU连接;还设有浊度滤波放大电路,其通过A/D转换电路、普通光电耦合器与主CPU连接;主CPU通过触发屏蔽及普通光电耦合器输出触发信号,主CPU还通过普通光电耦合器、模拟开关及滤波输出电路输出DA输出信号;与主CPU连接有辅CPU,主CPU和辅CPU同时连接有复位电路、按键输入电路,并分别连接有拨码开关、JTAG调试接口;与主CPU连接有LED指示器,与辅CPU连接有LCD显示器;辅CPU分别通过高速光电耦合器与CAN通信驱动电路及RS-485通信驱动电路连接;主CPU及A/D转换电路分别连接有电压基准。
上述具体电路最好选择如下型号的集成电路:滤波放大电路型号为LM324,A/D转换电路型号为TLC2543,普通光电耦合器型号为TLP521,线性光电耦合器型号为HCNR200,高速光电耦合器型号为6N137,主CPU型号为LPC2132,辅CPU型号为LPC2129,触发屏蔽型号为74HC02,模拟开关型号为CD4051,滤波输出电路型号为LM324,CAN通信驱动电路型号为MCP2251,RS-485通信驱动电路型号为MAX485,复位电路型号为MAX809,电压基准型号为MC1403,输出驱动电路型号为ULN2804。
所述的监控电路还包括主回路接通、安全连锁、过流、油温、油面、轻瓦斯、降压振打的检测信号通过普通光电耦合器与主CPU连接,主CPU和辅CPU通过普通光电耦合器与输出驱动电路连接,输出备妥、运行/停止、故障报警、启动输出、停止输出、脱扣输出、火花输出信号。
所述的供电电路的结构为主控器电源变压器输出的12V交流电经过变压器变为1组12V和1组8V交流电,其中1组12V交流电通过整流滤波和LM2576稳压芯片稳压到5V直流电给LCD供电,同时5V直流电再通过SPX 1117-3.3和SPX 1117-1.8稳压芯片产生3.3V和1.8V电压,3.3V为主、辅CPU的I/O口提供工作电压,同时也为其一部分***元器件供电,1.8V只为主、辅CPU提供内核工作电压;另外1组8V交流电通过整流滤波和78M05/79L05稳压芯片稳压到5V直流电给通信电路部分供电。
本发明的本着技术领先、高度集成、运行可靠、功能优越、结构紧凑的原则,采用全新的数字化技术和网络化设计概念进行设计;进一步完善了火花探测技术及闪络处理功能,无论从控制实时性、可靠性、精确性,还是网络通讯功能都有了极大的提高,可以大大改善电除尘器的整体运行和管理水平。
具体特点如下:
1、同步信号与火花检测独立判断,防止由于同步信号的偏差导致火花漏检,具有完善的保护功能,对设备异常情况迅速地检测并进行智能处理,确保设备运行的安全;
2、配有手动操作功能,便于***调试及现场应急处理;
3、可设定触发导通角、电流和打火频率,并能自动控制到设定值;
4、可将高压数据转换为两路4~20mA标准模拟信号传输给控制室;
5、采用大容量FLASH存储器,记录历史数据并提供查询;
6、输入、输出开关量各8点,输入方式采用光电隔离,输出方式采用继电器接点;
7、针对一些特殊工况条件,控制器能根据电场中电压电流的变化,自动调整工作点,使设备提供的电压维持在电场能接受的最高电压附近,并有效地减小二次电流,防止反电晕的出现;
8、设备操作方便,开机/停机、参数设定、运行方式的变换都可通过操作面板上按键来操作完成,实时显示、检测高压供电装置的工作状态;
9、能与上位机、低压自控装置、烟道浊度仪、现场工况信号等组成一个集散式闭环控制***,直接响应上位机远程的各种设定、控制命令,并把当前的运行参数传给上位机。
附图说明:
图1为本发明的供电电路工作原理连接框图。
图2为本发明的监控电路工作原理连接框图。
具体实施方式:
下面结合附图进一步说明本发明的具体实施例。
如图1、2所示:一种高压静电除尘控制***,设有供电电路及监控电路,监控电路分别设有一次电流I1、一次电压U1、二次电流I2、二次电压U2信号的滤波放大电路,各滤波放大电路通过各自的平均值滤波电路与A/D转换电路连接,A/D转换电路通过普通光电耦合器与主CPU连接;二次电流I2、二次电压U2信号的滤波放大电路还通过线性光电耦合器与主CPU连接;还设有浊度滤波放大电路,其通过A/D转换电路、普通光电耦合器与主CPU连接;主CPU通过触发屏蔽及普通光电耦合器输出触发信号,主CPU还通过普通光电耦合器、模拟开关及滤波输出电路输出DA输出信号;与主CPU连接有辅CPU,主CPU和辅CPU同时连接有复位电路、按键输入电路,并分别连接有拨码开关、JTAG调试接口;与主CPU连接有LED指示器,与辅CPU连接有LCD显示器;辅CPU分别通过高速光电耦合器与CAN通信驱动电路及RS-485通信驱动电路连接;主CPU及A/D转换电路分别连接有电压基准。上述具体电路选择如下型号的集成电路:滤波放大电路型号为LM324,A/D转换电路型号为TLC2543,普通光电耦合器型号为TLP521,线性光电耦合器型号为HCNR200,高速光电耦合器型号为6N137,主CPU型号为LPC2132,辅CPU型号为LPC2129,触发屏蔽型号为74HC02,模拟开关型号为CD4051,滤波输出电路型号为LM324,CAN通信驱动电路型号为MCP2251,RS-485通信驱动电路型号为MAX485,复位电路型号为MAX809,电压基准型号为MC1403。监控电路还包括主回路接通、安全连锁、过流、油温、油面、轻瓦斯、降压振打的检测信号通过普通光电耦合器与主CPU连接,主CPU和辅CPU通过普通光电耦合器与型号为ULN2804的输出驱动电路连接,输出备妥、运行/停止、故障报警、启动输出、停止输出、脱扣输出、火花输出信号。
所述的供电电路的结构为主控器电源变压器输出的12V交流电经过变压器变为1组12V和1组8V交流电,其中1组12V交流电通过整流滤波和LM2576稳压芯片稳压到5V直流电给LCD供电,同时5V直流电再通过SPX 1117-3.3和SPX 1117-1.8稳压芯片产生3.3V和1.8V电压,3.3V为主、辅CPU的I/O口提供工作电压,同时也为其一部分***元器件供电,1.8V只为主、辅CPU提供内核工作电压;另外1组8V交流电通过整流滤波和78M05/79L05稳压芯片稳压到5V直流电给通信电路部分供电。
各部件具体功能特点如下:
CPU:高压静电除尘控制***采用双处理器结构,都选用了32位的ARM处理器,主CPU使用LPC2132芯片,负责实时控制环节;辅CPU使用LPC2129芯片,负责辅助控制环节。实时控制环节通过采样变压器初级电压、电流,次级电压、电流信号,并判断变压器运行过程中是否出现不正常现象(如过流、开路,短路,电场火花放电等);辅助控制环节负责人机交互、LCD汉字显示、历史趋势记录、现场总线接口、4-20mA变送器输出及DCS连接等功能。
由于ARM芯片内部资源丰富,基本上不需要外扩。***的I/O功能十分强大,包括7路模拟量输入(初级电压、电流,次级电压、电流、浊度仪及2路温度采样的模拟信号);8路数字量输入(外部报警输入及降压振打输入点);24路数字量输出(PWM触发信号、备妥、运行、故障及LCD控制驱动I/O口等);2路4-20mA信号模拟量输出和2路现场总线(RS-485和CAN)通讯接口。LPC2129有256KB Flash存储器,Flash具有非易失性的特点,在本***中主要用于保存一些出厂设置、配置参数等非易失性要求的数据。同时,Flash Boot装载程序可以提供片内Flash存储器的在***编程(ISP)和在应用编程(IAP)两种编程接口,这样就方便了在运行过程中历史数据记录的需求,并且通过LCD可以把存储在片内Flash中的历史数据趋势显示出来。
A/D转换电路:控制器前向通道中输入的模拟信号差异很大,有电压信号,也有电流信号。因此,在接入到ADC的输入引脚以前,必须先要经过外部电路的处理,使之与ADC的输入引脚要求一致。由于二次电压信号为电流型信号,先通过取样电路转换为电压信号,再经过比较器放大到一定范围,必须满足ADC不发生溢出。然后经过ADC采样,即完成转换工作。
LCD显示器:LCD可以显示电除尘器运行过程中的实时曲线,历史趋势,故障记录、实时时钟等,这些都是为了让用户对设备的信息有全面的了解。同时,对配置参数或需要进行人机交互修改的一些参数,在调节过程中将非常方便。
通讯接口:在传统的工业测控***通信方式中,大多采用RS-485总线的半双工通信和组网方法,为了兼容大多数工业现场的需要,本***保留了这种通讯方式;同时,为了更好的体现自动化***联网的优势,本***还采用LPC2129的自带的CAN通讯模块,与传统的RS-485总线相比,在传输距离相同的情况下,CAN总线能大大提高了通讯速率和数据容量。CAN总线具有实时性强、可靠性高、结构简单、互操作性好、价格低廉等优点,克服了传统的工业总线的缺陷,是工业测控***通信的一种有效解决方案。利用CAN总线组建“对等式网络”设计构架的IPC***,采用多主协议。在本***的实际应用中,主站负责整个网络,它向从站发送各种控制命令,从站按照来自主站的命令进行操作,主站可以选择任意一个从站交换数据信息。由于网络中的各节点地位平等,彼此之间不停地交换信息、随心所欲地通信,各控制器之间可以实现冗余备份,即网络中的任意一个智能控制器节点,除了可查询自身的运行状况以外,还可以了解其它控制器的运行情况。网络中的每一个上位机均能对所有智能控制器进行数据采集、参数设定、数据管理,即使其中某一台上位机发生故障,另一台上位机即刻能担负起整个IPC***数据采集管理任务,不至于使整个***瘫痪。
电路工作原理:
1、信号采样技术
用于控制的信号主要有一次电流I1、一次电压U1、二次电流I2、二次电压U2,一次电流信号通常都是100A以上的大电流信号,因此取样时,不能直接测量,需要通过互感器将其转换为0~5A信号,由于0~5A信号对实际控制干扰也较大,因此还需要将0~5A信号通过两组20:200变压器,变换为2组0~250mA信号,一组用于过流判断,一组通过整流变换,流过1欧姆取样电阻,得到0~250mV信号,输入到主控板,在主控板上,先经过2阶无源滤波,再放大,输入A/D转换。
一次电压信号一般在0~380V范围内变化,取样时,先通过取样变压器,将其变换为0~11V信号,再经过共模抑制变压器,再整流,得到脉动的电压信号,通过10K与200欧姆分压,输入主控板,主控板通过电位计调节,获得0~300mV取样信号,再经过二阶无源滤波,并放大,输入A/D转换。
二次电流信号是由变压器整流输出正端,流经270欧姆电阻,得到相应电压,输入到主控板,通过二阶无源滤波,再放大,经线性光藕隔离后进行A/D转换,用于打火判断。
二次电压信号,由270欧姆与78M电阻分压,得到负电压,输入主控板,通过一个有源滤波电路,再进行负相放大,然后经过线性光藕隔离,进行A/D转换,用于打火判断。
2、火花检测与控制
在火花放电情况下,二次电压在火花放点瞬间的跳变非常明显,根据采集的二次侧电压、电流A/D码值,对比正常情况下的二次电压下降幅值和放电时的二次电压下降幅值,根据前后2次采集的电压值比较,即电压的变化率,可以很容易的判断出火花放电情况。
高压静电除尘控制***的火花检测则不依赖于同步脉冲,而是只要设备启动后就进行连续的高速采样,每采样一次,则进行火花检测,在采样的过程中,若本次电压比上一次电压高,则认为是新的一个判断周期的到来,即采样过程中,自动判断一个同步周期的到来,当采样的一次电流较大且二次电压较小时则认为打火,然后进行火花控制。
3、故障检测
电除尘器工作在大电流,高电压的环境,一旦出现故障,后果不堪设想。控制器集成了专家控制经验,能对二次回路短路、开路、拉弧等10多种故障进行诊断,并根据故障的严重程度给出跳闸报警、警告报警。这就大大提高了可靠性,增加设备的运行寿命。
具体控制过程:
设备上电,若启动按键或远程启动命令到来,且本地安全连锁信号、主回路接通信号均有效,则CPU开始逐渐增大导通角,当小于27度导通角时,触发脉冲不输出,CPU导通角从0逐渐增大到最大153度,升压时间为15秒,设备启动后,CPU连续采样整流变压器一次电流、一次电压、二次电流、二次电压信号,并实时进行火花判断,当检测出打火后,则减小导通角,从而降低电压,经一段时间后,又恢复到火花击穿前的导通角,CPU升压导通角将不回超过限流设定、导通角设定,在自动模式下,若采样返回的电流、电压信号低于设定的电流、电压,则CPU增加导通角,若高于设定的电流、电压值,则CPU减小导通角输出,从而降低电压,在手动模式下,相当于开环控制,CPU将根据设定的导通角,直接输出控制。
Claims (4)
1、一种高压静电除尘控制***,设有供电电路及监控电路,其特征在于:监控电路分别设有一次电流I1、一次电压U1、二次电流I2、二次电压U2信号的滤波放大电路,各滤波放大电路通过各自的平均值滤波电路与A/D转换电路连接,A/D转换电路通过普通光电耦合器与主CPU连接;二次电流I2、二次电压U2信号的滤波放大电路还通过线性光电耦合器与主CPU连接;还设有浊度滤波放大电路,其通过A/D转换电路、普通光电耦合器与主CPU连接;主CPU通过触发屏蔽及普通光电耦合器输出触发信号,主CPU还通过普通光电耦合器、模拟开关及滤波输出电路输出DA输出信号;与主CPU连接有辅CPU,主CPU和辅CPU同时连接有复位电路、按键输入电路,并分别连接有拨码开关、JTAG调试接口;与主CPU连接有LED指示器,与辅CPU连接有LCD显示器;辅CPU分别通过高速光电耦合器与CAN通信驱动电路及RS-485通信驱动电路连接;主CPU及A/D转换电路分别连接有电压基准。
2、根据权利要求1所述的高压静电除尘控制***,其特征在于:所述的监控电路还包括主回路接通、安全连锁、过流、油温、油面、轻瓦斯、降压振打的检测信号通过普通光电耦合器与主CPU连接,主CPU和辅CPU通过普通光电耦合器与输出驱动电路连接,输出备妥、运行/停止、故障报警、启动输出、停止输出、脱扣输出、火花输出信号。
3、根据权利要求1或2所述的高压静电除尘控制***,其特征在于:所述的供电电路的结构为主控器电源变压器输出的12V交流电经过变压器变为1组12V和1组8V交流电,其中1组12V交流电通过整流滤波和LM2576稳压芯片稳压到5V直流电给LCD供电,同时5V直流电再通过SPX 1117-3.3和SPX1117-1.8稳压芯片产生3.3V和1.8V电压,3.3V为主、辅CPU的I/O口提供工作电压,同时也为其一部分***元器件供电,1.8V只为主、辅CPU提供内核工作电压;另外1组8V交流电通过整流滤波和78M05/79L05稳压芯片稳压到5V直流电给通信电路部分供电。
4、根据权利要求3所述的高压静电除尘控制***,其特征在于:所述的
滤波放大电路型号为LM324,
A/D转换电路型号为TLC2543,
普通光电耦合器型号为TLP521,
线性光电耦合器型号为HCNR200,
高速光电耦合器型号为6N137,
主CPU型号为LPC2132,
辅CPU型号为LPC2129,
触发屏蔽型号为74HC02,
模拟开关型号为CD4051,
滤波输出电路型号为LM324,
CAN通信驱动电路型号为MCP2251,
RS-485通信驱动电路型号为MAX485,
复位电路型号为MAX809,
电压基准型号为MC1403,
输出驱动电路型号为ULN2804。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20100217 |