专利名称：高压静电除尘控制系统的制作方法
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系统。
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 质高效的监控系统。
本发明的技术解决方案是 一种高压静电除尘控制系统，设有供电电路及监控电路，监控电路分别设有一次电流II、 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12、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，同时也为其一部分外围元器件供电，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
5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，便于系统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査询；
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 散式闭环控制系统，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。
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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。
具体实施例方式
下面结合附图进一步说明本发明的具体实施例。
如图l、 2所示 一种高压静电除尘控制系统，设有供电电路及监控电路， 监控电路分别设有一次电流Il、 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，同时也为其一部分外围元器件供电，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:高压静电除尘控制系统采用双处理器结构，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。系统的I/0功能十分
7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，在本系统中 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存储器的在系统编程(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系统通信方式中，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，本系统保留了这种 通讯方式；同时，为了更好的体现自动化系统联网的优势，本系统还采用 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，是工业测控系统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系统，采用多主协议。在本系统的实际应用 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，除了可査询自身的运行状 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系统数据采集管理任务，不至于
使整个系统瘫痪。
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II、 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。
高压静电除尘控制系统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。
权利要求
1、一种高压静电除尘控制系统，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l所述的高压静电除尘控制系统，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系统，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，同时也为其一部分外围元器件供电，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系统，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。
全文摘要
本发明公开一种高压静电除尘控制系统，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。
文档编号B03C3/68GK101648164SQ20081001278
公开日2010年2月17日 申请日期2008年8月14日 优先权日2008年8月14日
发明者波 吴, 李卓函, 李彦生 申请人:大连嘉禾工业控制技术有限公司