CN101648164A - 高压静电除尘控制*** - Google Patents

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

高压静电除尘控制***

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。