微機(jī)式電除塵裝置的研制

[摘要]介紹一種高壓靜電除塵微機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。該控制系統(tǒng)以DSP單片機(jī)為核心,配以信號(hào)輸入調(diào)理電路,控制輸出電路,參數(shù)顯示和故障檢測指示電路以及保護(hù)電路,控制觸發(fā)脈沖的輸出,以調(diào)節(jié)可控硅的導(dǎo)通角,達(dá)到對(duì)除塵器電極間電壓的調(diào)節(jié)。

[關(guān)鍵詞]DSP 靜電除塵 火花鑒別

中圖分類號(hào):TP2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1671-7597(2009)0810034-01

一、引言

隨著工業(yè)水平的提高,煙塵的排放也越來越嚴(yán)重。電除塵是近年來最主要的除塵方式,而電除塵器效率的提高可以降低能耗,有效地保護(hù)環(huán)境,節(jié)約成本和維修費(fèi)用。本文依據(jù)靜電除塵的基本原理,介紹了一種高壓靜電除塵微機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì),它是整個(gè)靜電除塵器的重要組成部分。由于工業(yè)煙氣在高壓電場下會(huì)發(fā)生電離,形成帶正(負(fù))電荷的正(負(fù))離子,這些離子與粉塵微粒發(fā)生碰撞,使得粉塵荷電,當(dāng)煙氣通過除塵器時(shí),這些微粒將吸附在除塵器的正極板或者負(fù)極板上,這樣便達(dá)到了收塵的效果[1]。該控制系統(tǒng)以DSP單片機(jī)為核心,通過微機(jī)控制高壓靜電除塵用整流設(shè)備,配以信號(hào)輸入調(diào)理電路,克服原有方式下欠電壓、超電壓、收塵差、導(dǎo)致火花擊穿、電暈電流難以控制、影響除塵效果的缺點(diǎn)。系統(tǒng)具有良好的控制特性,可靠性高,功能完善,使用方便,維護(hù)簡單,性能更加先進(jìn)、完整、可靠和實(shí)用。

二、設(shè)計(jì)中需處理的幾個(gè)問題

(一)模擬信號(hào)的處理。電除塵器微機(jī)控制的首要問題就是摸擬量的采集和摶換。摸擬量的主要來源就是一次電流,一次電壓,二次電流,二次電壓微機(jī)控制器不僅僅是測量這幾個(gè)訊號(hào)的大小,關(guān)鍵在于檢測電流電壓信號(hào)的突變(火花信號(hào))。電除塵器大都希望有最高的運(yùn)行電壓,但最高電壓又受極間距和粉塵特性等因素的限制。所以要達(dá)到最高運(yùn)行電壓,就要有理想的擊穿電壓檢測手段和火花響應(yīng)方法。所謂“理想檢測”就是指無論電場變化多大,在什么位置什么時(shí)間擊穿,都不能出現(xiàn)漏檢和誤檢,漏檢會(huì)出現(xiàn)連續(xù)沖擊電流造成拉弧,誤檢也就是通常說的假閃,假閃會(huì)使輸出電壓降低。這兩種現(xiàn)象會(huì)造成除塵器的危害,甚至誤認(rèn)為是本體的原因。要實(shí)現(xiàn)“理想檢測”,就必須對(duì)火花的強(qiáng)度進(jìn)行定量的檢測和分析:

1.通過硬件軟件結(jié)合的辦法,根據(jù)火花的幅度和寬度換算成火花能量,然后區(qū)分高能量火花和低能量火花。

2.利用計(jì)算機(jī)檢測跟蹤反饋信號(hào)的峰值,然后在以一定倍數(shù)的基準(zhǔn)電平與反饋信號(hào)的峰值進(jìn)行比較,實(shí)現(xiàn)每一個(gè)半波閉環(huán)跟蹤檢測。當(dāng)一個(gè)高的火花放電尖峰出現(xiàn),比較器輸出一個(gè)火花中斷脈沖,調(diào)用火花中斷程序來分析火花的能量,并作為響應(yīng)的依據(jù)。

(二)觸發(fā)脈沖的處理。采用定時(shí)器用軟件生成移相觸發(fā)脈沖,控制精度設(shè)計(jì)為1微秒,來保證輸出的線性度?？刂破鞯目煽啃院头€(wěn)定性主要取決于觸發(fā)脈沖,為徹底避免失控現(xiàn)象,必須保證觸發(fā)脈沖的絕對(duì)可靠。用軟件封鎖火花放電,負(fù)載過流,負(fù)載短路,負(fù)載開路,偏勵(lì)磁,可控硅短路等情況的輸出。

(三)火花放電的響應(yīng)[2]。在電除塵器電場中粉塵介質(zhì)產(chǎn)生火花放電擊穿后,其絕緣強(qiáng)度有一定的恢復(fù)時(shí)間,恢復(fù)時(shí)間與火花放電能量有密切關(guān)系。而且不同介質(zhì)可以用不同的恢復(fù)曲線來描述。高能量火花關(guān)斷可控硅,低能量火花不關(guān)斷可控硅只減小導(dǎo)通角。響應(yīng)跟蹤曲線采用撥碼開關(guān),分別設(shè)定火花后恢復(fù)的初始值,快上升速率,快上升峰值,慢上升速率,以及恢復(fù)到上一次擊穿點(diǎn)后逼近電流額定值的速率。數(shù)字量處理,可實(shí)現(xiàn)最佳響應(yīng)跟蹤曲線。

(四)通訊功能。微機(jī)控制是一種智能設(shè)備,控制系統(tǒng)上設(shè)計(jì)有RS232通訊接口,可以與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)通訊,以實(shí)現(xiàn)

對(duì)除塵器的實(shí)時(shí)監(jiān)控,得到集中管理分散控制的目的。

三、硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

裝置采用TMS320VC33為核心,構(gòu)成一個(gè)通過控制可控硅導(dǎo)通角,達(dá)到控制高壓硅整流變壓器二次輸出電壓的閉環(huán)控制系統(tǒng)。

硬件系統(tǒng)模塊化,主要有CPU模塊,信號(hào)采樣轉(zhuǎn)換模塊、開入開出模塊、通訊管理模塊、電源模塊等。在本裝置中,各個(gè)模塊的分工明確,具體如下:

1.電源模塊采用具有高可靠性的開關(guān)電源,具有失電報(bào)警和短路保護(hù)功能。

2.CPU模塊是裝置的核心部件,完成數(shù)據(jù)采集,邏輯判斷,過程控制,運(yùn)行管理,人機(jī)對(duì)話等功能。DSP有運(yùn)算速度快,擅長數(shù)字信號(hào)處理的優(yōu)點(diǎn),有效保證了微機(jī)保護(hù)的選擇性,速動(dòng)性,可靠性和故障錄波功能。

3.信號(hào)采樣轉(zhuǎn)換模塊完成交流信號(hào)和直流信號(hào)的取樣,并轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)所需的弱電信號(hào),交流回路采取變換器隔離,直流回路利用具有隔離性能的高靈敏度、高精度的霍爾傳感器作為取樣原件。

4.同步觸發(fā)模塊產(chǎn)生與電網(wǎng)頻率相同的同步中斷信號(hào)和提供控制可控硅的PWM觸發(fā)脈沖,并具有硬件一次過電流保護(hù)功能。

5.邏輯單元用于操作出口,連鎖,報(bào)警及故障跳閘等功能。

四、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

保護(hù)軟件的設(shè)計(jì)是裝置的核心,由主程序和中斷程序(包括采樣中斷和同步中斷)等部分組成。數(shù)字信號(hào)處理的算法,對(duì)于一次側(cè)電流電壓采用有效值算法,二次側(cè)脈動(dòng)直流量采用平均值算法,以每周波32點(diǎn)的采樣頻率來保證計(jì)算精度與火花鑒別能力。

(一)主程序設(shè)計(jì)。主程序主要完成硬件、軟件初始化,上電自檢和主循環(huán)程序。主循環(huán)程序是一個(gè)不斷循環(huán)的程序模塊,主要進(jìn)行測量計(jì)算、控制方式設(shè)置、參數(shù)顯示、定值整定和通訊處理等任務(wù),并不斷的被定時(shí)中斷打斷。[3]

(二)定時(shí)采樣中斷程序。定時(shí)采樣中斷采用每周波32點(diǎn)采樣。在中斷中進(jìn)行保存采樣值和通訊數(shù)據(jù)收發(fā),控制功能判斷等。進(jìn)入采樣中斷程序后,首先關(guān)中斷,然后進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,保存采樣值和通訊數(shù)據(jù)收發(fā);然后進(jìn)行遞推計(jì)算方法以保證數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性,任務(wù)結(jié)束后返回主程序。

(三)同步中斷。DSP以高速輸入中斷方式對(duì)電廠供電電壓進(jìn)行同步調(diào)節(jié),調(diào)節(jié)周期為10ms。分手動(dòng)調(diào)節(jié)和自動(dòng)調(diào)節(jié)兩種方式,在自動(dòng)方式中有五種控制方式,可以在線切換設(shè)置以適應(yīng)不同的工況。

五、結(jié)論

本產(chǎn)品根據(jù)火花發(fā)生時(shí)電流電壓的變化規(guī)律,采用模糊控制技術(shù)[4]進(jìn)行火花強(qiáng)弱的鑒別和控制可控硅導(dǎo)通角的大小,火花閃絡(luò)時(shí)不封鎖可控硅,因此大大提高了電除塵的除塵效率和產(chǎn)品使用壽命,DSP的高效率計(jì)算能力使控制過程更加完善、靈敏、可靠。在現(xiàn)場應(yīng)用中得到了滿意的效果。

參考文獻(xiàn):

[1]林波,“減功率振打”在電除塵器中的應(yīng)用,電世界,2006,47(4):27.

[2]胡志光,電除塵器運(yùn)行及維修,北京:中國電力出版社,2004.

[3]楊新民、楊雋琳,電力系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)培訓(xùn)教材,北京:中國電力出版社,2000.

[4]周新林、張繼和、張曉娟,基于DSP的快速模糊控制器,電氣時(shí)代,2005,12:98-99.

作者簡介:

顏丙霞(1972-),女,漢族,黑龍江人,本科學(xué)歷,工程師,就職于阿城繼電器股份公司繼電器分公司,主要研究方向:電力系統(tǒng)自動(dòng)化。