CN202061716U - 三相高压静电除尘控制*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种三相高压静电除尘控制***，其特征在于包括：检测电路I、隔离放大的光耦隔离放大电路、AD转换电路、DSP控制器、通信接口、CPLD控制器、可控硅触发电路及检测电路II；所述检测电路I、光耦隔离放大电路、AD转换电路、DSP控制器、高速光耦、通信接口、三相同步信号输入电路、检测电路II、CPLD控制器、信号输出单元、高速光耦和可控硅触发电路信号连接。该***具有设备运行的安全，提高判断火花准确率，不会出现死机、失常现象，及能与上位机、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。

Description

三相高压静电除尘控制***

技术领域

本实用新型涉及一种三相高压静电除尘控制***。

背景技术

电除尘器用可控硅智能控制三相高压整流设备为一种新型电源，以其三相平衡、功率因数高、节能、高效，可超大功率输出的显著特点，成为目前广泛使用的常规单相工频可控硅电源的最适用的更新换代产品。三相电源的这些显著特点，不仅符合国家节能减排的政策，而且对于企业的经济效益和社会效益的提高也非常显著。

三相高压静电除尘器设备的基本作用是将工频三相380V电源一次调压经变压器升压成高压静电的设备。适于工业部门的除尘、除雾、脱水、杂质分离和回收稀有金属及其它原料等各方面应用，是保护环境、发展综合利用的重要设备。

目前，大部分高压静电除尘器装置的控制***是采用单片机控制，通过检测电网同步电压信号，再由内部定时器定时，来控制可控硅导通角，从而调整高压静电场输出电压。其优点电路简单，成本低。但也存在着一些致命问题；抗干扰差，在强干扰的情况下容易造成单片机程序紊乱、死机，使设备瞬时失控；控制精度低、计算速度慢，不能准确、快速检测静电场内部火花放电前兆，使设备瞬时输出电流大于额定电流十几倍，从而减少设备使用寿命；对于三相高压静电除尘器装置缺乏自动识别三相电网相序功能，如果设备接错了相序入网，则导致可控硅工作失步，设备不能正常工作，甚至会使设备器件烧毁；对于三相高压静电除尘器装置没有判断三相电网缺相功能，如果设备工作时缺相，会造成升压变压器偏磁，设备工作不正常，甚至会烧毁升压变压器等等，因此，单片机控制的高压静电除尘器设备在静电除尘领域中不能发挥最佳除尘效果。

发明内容

本实用新型针对以上问题的提出，而研制一种针对各个行业要求的不同，可以灵活的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***。本实用新型采用的技术方案如下：

一种三相高压静电除尘控制***，其特征在于包括：

检测一次电流输入、一次电压输入、二次输入电流及二次输入电压的检测电路I；

连接检测电路I对其采集信号进行隔离放大的光耦隔离放大电路；

连接光耦隔离放大电路对其输入信号进行模数转换的AD转换电路；

连接AD转换电路，对其输入的采集信号进行判断，以确定变压器运行过程是否正常，并根据检测值输出可控硅导通角信号的DSP控制器；

经过高速光耦后连接DSP控制器，向外输出检测值的通信接口；

连接DSP控制器，对其输出的可控硅导通角信号进行处理并发出主回路接通、启动、停止、设备运行、主回路断开、故障显示、故障警报、遥控起/停输出信号及导通角信号的CPLD控制器；

经过光耦后连接CPLD控制器，对CPLD控制器输出的主回路接通、启动、停止、设备运行、主回路断开、故障显示、故障警报及遥控起/停输出信号进行输出的信号输出单元；

经过高速光耦后连接CPLD控制器，对CPLD控制器发出的导通角信号处理的可控硅触发电路；

经过光耦后连接到CPLD控制器的三相同步信号输入电路，及经过光耦后连接CPLD控制器，并向CPLD控制器输入主回路接通、安全连锁、过流信号、油温上限信号、油温下限信号、轻瓦斯信号、重瓦斯信号及降压振打信号的检测电路II；

所述检测电路I、光耦隔离放大电路、AD转换电路、DSP控制器、高速光耦、通信接口、三相同步信号输入电路、检测电路Ⅱ、光耦、CPLD控制器、光耦、信号输出单元、高速光耦和可控硅触发电路信号连接。

所述DSP控制器还经RS232串口连接触摸彩色显示屏，并分别连接25系列串行大容量EEPROM存储器和JTAG调试接口。所述光耦隔离放大电路型号为HCPL-788J，AD转换电路为ADS8364Y，光耦为TLP181；高速光耦为6N137，DSP控制器为TMS320F2812ZHHA，CPLD控制器为EPM2210F256C5。

本实用新型本着技术领先、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路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、同步信号由硬件控制器CPLD独立判断，并自动判断三相的错相、缺相，同时根据错相自动分配三相触发脉冲信号，根据缺相自动停止工作并在显示屏故障栏显示缺相故障，能防止由于电网输入错相和缺相造成设备故障，对设备异常情况迅速的检测并进行智能处理，确保设备运行的安全；

2、火花检查由硬件控制器CPLD和DSP分别判断，合成一起，作为判断有无火花的根据，这样防止对火花产生误判，提高判断火花准确率；

3、对三相可控硅移相触发控制器由硬件CPLD完成，DSP只完成移相角数据传送，因硬件控制器属于硬件电路范畴，就不会出现死机、失常现象；

4、配有手动操作功能，便于***调试及现场应急处理；

5、可设定触发导通角、电流和火花频率并能自动控制到设定值；

6、采用串行大容量EEPROM存储器，记录历史数据并提供查询；

7、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；控制器有神经网络控制功能，能自动根据电场中电压电流的变化自动学习，并自动调整工作点，使设备提供的电压维持在电场能接受的最高电压附近，并有效的减小二次电流，防止返电晕的出现；

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彩色触摸显示屏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和二次电流电压实时波形；

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为本实用新型的控制器电路结构框图；

图2为本实用新型的控制器电路工作原理连接框图。

具体实施方式

如图1和图2所示的三相高压静电除尘控制***，包括：

检测一次电流输入、一次电压输入、二次输入电流及二次输入电压的检测电路I；

连接检测电路I对其采集信号进行隔离放大的光耦隔离放大电路；

连接光耦隔离放大电路对其输入信号进行模数转换的AD转换电路；

连接AD转换电路，对其输入的采集信号进行判断，以确定变压器运行过程是否正常，并根据检测值输出可控硅导通角信号的DSP控制器；

经过高速光耦后连接DSP控制器，向外输出检测值的通信接口；

连接DSP控制器，对其输出的可控硅导通角信号进行处理并发出主回路接通、启动、停止、设备运行、主回路断开、故障显示、故障警报、遥控起/停输出信号及导通角信号的CPLD控制器；

经过光耦后连接CPLD控制器，对CPLD控制器输出的主回路接通、启动、停止、设备运行、主回路断开、故障显示、故障警报及遥控起/停输出信号进行输出的信号输出单元；

经过高速光耦后连接CPLD控制器，对CPLD控制器发出的导通角信号处理的可控硅触发电路；

经过光耦后连接到CPLD控制器的三相同步信号输入电路，及经过光耦后连接CPLD控制器，并向CPLD控制器输入主回路接通、安全连锁、过流信号、油温上限信号、油温下限信号、轻瓦斯信号、重瓦斯信号及降压振打信号的检测电路II；

所述检测电路I、光耦隔离放大电路、AD转换电路、DSP控制器、高速光耦、通信接口、三相同步信号输入电路、检测电路II、光耦、CPLD控制器、光耦、信号输出单元、高速光耦和可控硅触发电路信号连接。

所述DSP控制器还经RS232串口连接触摸彩色显示屏，并分别连接25系列串行大容量EEPROM存储器和JTAG调试接口。

所述光耦隔离放大电路型号为HCPL-788J，AD转换电路为ADS8364Y，光耦为TLP181；高速光耦为6N137，DSP控制器为TMS320F2812ZHHA，CPLD控制器为EPM2210F256C5。

如图2所示对该***进行详细描述：检测电路I分别设有三相电网输入A相电流I1A、B相电流I1B、C相电流I1C，一次电压U1，二次电流I2，二次电压U2信号的光电隔离放大电路，各光电隔离放大电路分别与16位A/D转换电路连接，A/D转换电路与DSP连接；DSP连接有复位电路；DSP经RS232串口连接触摸彩色显示屏，并分别连接25系列串行大容量EEPROM存储器、JTAG调试接口；DSP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；DSP与可编程硬件CPLD连接；由CPLD组成硬件控制器和缓冲电路，三相同步电压TA、TB、TC、外部控制输入信号分别通过光耦与CPLD连接；数字输出部分、可控硅触发部分也分别通过光耦与CPLD连接。上述具体电路最后选择如下型号的集成电路：光电隔离放大电路型号为HCPL-788J，16位6路同时高速A/D转换电路型号为ADS8364Y，普通光电耦合器型号为TLP181；高速光电耦合器型号为6N137，可控硅触发部分高速光电耦合器型号为HCPL-3120，DSP型号为TMS320F2812ZHHA，硬件控制器CPLD型号为EPM2210F256C5，25系列串行大容量EEPROM存储器型号为25LC320，数字输出部分继电器型号为PA1a-12V，CAN通信驱动电路型号为PCA82C250，RS-485通信驱动电路型号为MAX485，RS232通讯驱动电路型号为MAX202EEWE。检测电路还包括通过普通光电耦合器与CPLD连接，CPLD通过普通光电耦合器与输出驱动电路连接，输出主回路接通、启动、停止、设备运行、主回路断开、故障显示、故障警报、遥控起/停输出信号。

各部件具体功能如下：

DSP：三相高压静电除尘控制***选用了32位的TMS320F2812ZHHA处理器，负责神经网络控制环节。神经网络控制环节通过采用变压器初级电压、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)；人机交互、触摸彩色显示屏汉字显示、键盘处理，二次电流电压，真有效值计算，实时波形，实时和历史曲线记录、现场总线接口、4-20mA变送器输出及DCS连接等功能。

TMS320F2812ZHHA时IT公司专门用于控制的一款高性能、多功能、高性价比的定点32位DSP处理芯片。该芯片最高可以150MHz主频工作，并带有18K*16位零等待周期的片内SRAM和128K*16片内Flash(存取时间为36ns)。该器件还有3个独立的32位CPU定时器，以及56个可独立编程的GPIO引脚，还可外扩大于1M*16位程序和数据存储器。该芯片上外设主要包括16路12位精度的ADC(最快80ns转换时间)、2路SCI(SCIA和SCIB)、1路SPI、1路McBSP、1路eCAN，以及两个事件管理模块(EVA和EVB)等。每个事件管理模块包括6路PWM/CMP、2路QEP、3路CAP和2路16位的定时器。

由于TMS320F2812ZHHA芯片内部资源丰富，不需要外扩。***的I/O功能十分强大，2路现场总线(RS-485和CAN)通讯接口，一路RS232串口连接触摸彩色显示屏。

EPM2210F256C5是可编程逻辑器件，高集成度、高速和高可靠性是CPLD最明显的优点，它可以替代几十甚至上万片通用IC芯片，其实钟延迟可达纳秒级，可以在一片芯片上实现整个***等特点使它可靠性极高。

EPM2210F256C5主要由可编程逻辑宏单元(LMC，Logic Macro Cell)构成的逻辑阵列块(LAB，Logic Array Block)、可编程互连矩阵、扩张乘积项和I/O控制模块组成。用户可以根据需要对它进行编程，使之生成特定的电路结构，完成一定的功能。

EPM2210F256C5具有丰富可编程I/O口，功能十分强大，三相同步信号输入TA、TB、TC；8路数字量输入(外部警报输入及降压振打输入点)；24路数字量输入(可控硅触发信号、备妥、运行、故障及LCD控制驱动I/O口等)。

HCPL-788J是光耦隔离放大器，高阻输入，信号电压输入范围±256mV，输入信号前，必须进行电阻分压处理，完成信号阻抗电压匹配。

ADS8364Y芯片内含高速6通道同步采样接口和16位A/D转换，分辨率达到1/65536，高精度微细火花检测，在电除尘器电场中产生火花闪络时，其二次电流波形在闪络前即产生了微小的畸变，即低能级微细火花。

触摸彩色显示屏VTK6448-5.7：可以显示电除尘器运行过程中的实时曲线，历史曲线，故障记录，实时时钟，二次电流电压实时曲线等，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***通讯方式中，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***还采用了TMS320F2812ZHHA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、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***通讯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。由于网络的各个节点地位平等，彼此之间不停的交换信息、随心所欲的通讯，个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态以外，还可以了解其他控制器的运行情况。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，不至于是整个***瘫痪。

用于控制的信号主要有A相电流I1A、B相电流I1B、C相电流I1C，一次电压U1，二次电流I2，一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信号通过互感器转换为0～10mA，流过20欧姆取样电阻，得到0～±200mV信号，经光藕隔离放大器HCPL788J变成0～±5V输入到高速6路并行转换16位AD转换器ADS8364，转换完成后送入TMS320F2812ZHHA，进行软件滤波和真有效值计算。

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，得到脉冲的电压信号，通过10K和200欧姆分压，获得0～±200mV取样信号，经光耦隔离放大器HCPL788J变成0～±5V输入16位AD转换器ADS8364。

二次电流信号是由变压器整流输出正端，流经200欧姆电阻，得到相应电压得0～±200mV取样信号，经光耦隔离放大器HCPL788J变成0～+5V输入16位AD转换器ADS8364，用于打火判断。

二次电压信号，由200欧姆与100M电阻分压，得到0～±200mV负电压取样信号，经光耦隔离放大器HCPL788J变成0～-5V输入16位AD转换器ADS8364，用于打火判断。

在电除尘器电场中产生火花闪络时，其二次电流波形在闪络前即产生了微小的畸变，即低能级微细火花，对此波形进行分析，必须具有相当高的分辨率，且在全时域内检测才能实现，只有实现对火花能级的检测，才能实现相应的能级控制。当检测到低能级微细火花产生时，减小可控硅导通角，从而阻止火花闪络的发生，且有效的跟踪电场强度的最高点。我们采用TMS320F2812和ADS8364的芯片组合，有效地提高了从触发信号到反馈信号的高精度控制。对二次电压90KV的分辨率可达5V，其精度为1/18000，对二次电流2000mA的分辨率可达0.1mA其精度为1/20000，从根本上解决了三相电源闪络检测的关键技术，使电除尘器的无火花跟踪控制成为可能.把火花放电限制在电场闪络前的微细火花状态。使电除尘器始终工作在电场强度的最高点。高压静电除尘控制***的火花检测则不依赖与同步脉冲，而是只有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，则认为火花，然后进行火花控制。

独特的数字锁相技术，设备在现场运行时会遇到非常恶劣的环境，电网波形畸变严重，以至无法取得精准的同步信号，我们采用的三相同步电路，三相电流反馈电路配合数字锁相技术能够实时跟踪电网频率，提高移相触发脉冲的控制调节精度，保证三相输出电流的动态平衡。

相序自适应***，本设备具有缺相保护功能和相序自适应功能。当三相电源断相(缺相)时，设备将停机并报警显示，禁止***上电启动，从而避免设备损坏和其他安全事故。相序自适应***将克服相序的约束，实时自动检测输入同步电压相序，不管输入相序如何都可以自动保证可控硅顺序触发，使触发电路相序自适应地正常工作。

***采用神经网络和模糊控制，具有自学习功能，在***自动情况下，能根据电场的二次电流和二次电压，一次电流和电压等信号，自动工作电场最佳状态。

电除尘器工作在大电流，高电压的环境，一但出现故障，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，并有显示屏显示具体故障。这就大大提高了可靠性，增加设备的运行寿命。

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DSP开始逐渐增大导通角送入硬件控制器CPLD，当小于10度导通角时，触发脉冲不输出，DSP送入硬件控制器CPLD导通角从0逐渐增大到150度，升压时间为10秒，设备启动后，DSP连续100uS读取通A/D采样的整流变压器的一次电流、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，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，DSP送入硬件控制器CPLD升压导通角将不会超过限流设定、导通角设定，在自动模式下，若采用返回的电流、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，DSP送入硬件控制器CPLD将根据设定的导通角，直接输出控制。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种三相高压静电除尘控制***，其特征在于包括：

检测一次电流输入、一次电压输入、二次输入电流及二次输入电压的检测电路I；

连接检测电路I对其采集信号进行隔离放大的光耦隔离放大电路；

连接光耦隔离放大电路对其输入信号进行模数转换的AD转换电路；

连接AD转换电路，对其输入的采集信号进行判断，以确定变压器运行过程是否正常，并根据检测值输出可控硅导通角信号的DSP控制器；

经过高速光耦后连接DSP控制器，向外输出检测值的通信接口；

连接DSP控制器，对其输出的可控硅导通角信号进行处理并发出主回路接通、启动、停止、设备运行、主回路断开、故障显示、故障警报、遥控起/停输出信号及导通角信号的CPLD控制器；

经过光耦后连接CPLD控制器，对CPLD控制器输出的主回路接通、启动、停止、设备运行、主回路断开、故障显示、故障警报及遥控起/停输出信号进行输出的信号输出单元；

经过高速光耦后连接CPLD控制器，对CPLD控制器发出的导通角信号处理的可控硅触发电路；

经过光耦后连接到CPLD控制器的三相同步信号输入电路，及经过光耦后连接CPLD控制器，并向CPLD控制器输入主回路接通、安全连锁、过流信号、油温上限信号、油温下限信号、轻瓦斯信号、重瓦斯信号及降压振打信号的检测电路II；

所述检测电路I、光耦隔离放大电路、AD转换电路、DSP控制器、高速光耦、通信接口、三相同步信号输入电路、检测电路II、光耦、CPLD控制器、光耦、信号输出单元、高速光耦和可控硅触发电路信号连接。

2.根据权利要求1所述的一种三相高压静电除尘控制***，其特征在于所述DSP控制器还经RS232串口连接触摸彩色显示屏，并分别连接25系列串行大容量EEPROM存储器和JTAG调试接口。

3.根据权利要求1所述的一种三相高压静电除尘控制***，其特征在于所述光耦隔离放大电路型号为HCPL一788J，AD转换电路为ADS8364Y，光耦为TLP181；高速光耦为6N137，DSP控制器为TMS320F2812ZHHA，CPLD控制器为EPM2210F256C5。

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