[摘要]介紹一種高壓靜電除塵微機控制系統(tǒng)的設計。該控制系統(tǒng)以DSP單片機為核心,配以信號輸入調(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電路,控制觸發(fā)脈沖的輸出,以調(diào)節(jié)可控硅的導通角,達到對除塵器電極間電壓的調(diào)節(jié)。

[關鍵詞]DSP 靜電除塵 火花鑒別

中圖分類號:TP2文獻標識碼:A文章編號: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,有效地保護環(huán)境,節(jié)約成本和維修費用。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控制系統(tǒng)的設計,它是整個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發(fā)生電離,形成帶正(負)電荷的正(負)離子,這些離子與粉塵微粒發(fā)生碰撞,使得粉塵荷電,當煙氣通過除塵器時,這些微粒將吸附在除塵器的正極板或者負極板上,這樣便達到了收塵的效果[1]。該控制系統(tǒng)以DSP單片機為核心,通過微機控制高壓靜電除塵用整流設備,配以信號輸入調(diào)理電路,克服原有方式下欠電壓、超電壓、收塵差、導致火花擊穿、電暈電流難以控制、影響除塵效果的缺點。系統(tǒng)具有良好的控制特性,可靠性高,功能完善,使用方便,維護簡單,性能更加先進、完整、可靠和實用。

二、設計中需處理的幾個問題

(一)模擬信號的處理。電除塵器微機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,二次電壓微機控制器不僅僅是測量這幾個訊號的大小,關鍵在于檢測電流電壓信號的突變(火花信號)。電除塵器大都希望有最高的運行電壓,但最高電壓又受極間距和粉塵特性等因素的限制。所以要達到最高運行電壓,就要有理想的擊穿電壓檢測手段和火花響應方法。所謂“理想檢測”就是指無論電場變化多大,在什么位置什么時間擊穿,都不能出現(xiàn)漏檢和誤檢,漏檢會出現(xiàn)連續(xù)沖擊電流造成拉弧,誤檢也就是通常說的假閃,假閃會使輸出電壓降低。這兩種現(xiàn)象會造成除塵器的危害,甚至誤認為是本體的原因。要實現(xiàn)“理想檢測”,就必須對火花的強度進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.利用計算機檢測跟蹤反饋信號的峰值,然后在以一定倍數(shù)的基準電平與反饋信號的峰值進行比較,實現(xiàn)每一個半波閉環(huán)跟蹤檢測。當一個高的火花放電尖峰出現(xiàn),比較器輸出一個火花中斷脈沖,調(diào)用火花中斷程序來分析火花的能量,并作為響應的依據(jù)。

(二)觸發(fā)脈沖的處理。采用定時器用軟件生成移相觸發(fā)脈沖,控制精度設計為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)脈沖的絕對可靠。用軟件封鎖火花放電,負載過流,負載短路,負載開路,偏勵磁,可控硅短路等情況的輸出。

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

(四)通訊功能。微機控制是一種智能設備,控制系統(tǒng)上設計有RS232通訊接口,可以與上位機實現(xiàn)通訊,以實現(xiàn)

對除塵器的實時監(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)成一個通過控制可控硅導通角,達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電源,具有失電報警和短路保護功能。

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,運行管理,人機對話等功能。DSP有運算速度快,擅長數(shù)字信號處理的優(yōu)點,有效保證了微機保護的選擇性,速動性,可靠性和故障錄波功能。

3.信號采樣轉(zhuǎn)換模塊完成交流信號和直流信號的取樣,并轉(zhuǎn)換成計算機所需的弱電信號,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功能。

5.邏輯單元用于操作出口,連鎖,報警及故障跳閘等功能。

四、軟件系統(tǒng)設計

保護軟件的設計是裝置的核心,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)字信號處理的算法,對于一次側(cè)電流電壓采用有效值算法,二次側(cè)脈動直流量采用平均值算法,以每周波32點的采樣頻率來保證計算精度與火花鑒別能力。

(一)主程序設計。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)程序是一個不斷循環(huán)的程序模塊,主要進行測量計算、控制方式設置、參數(shù)顯示、定值整定和通訊處理等任務,并不斷的被定時中斷打斷。[3]

(二)定時采樣中斷程序。定時采樣中斷采用每周波32點采樣。在中斷中進行保存采樣值和通訊數(shù)據(jù)收發(fā),控制功能判斷等。進入采樣中斷程序后,首先關中斷,然后進行A/D轉(zhuǎn)換,保存采樣值和通訊數(shù)據(jù)收發(fā);然后進行遞推計算方法以保證數(shù)據(jù)的實時性,任務結(jié)束后返回主程序。

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

五、結(jié)論

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

參考文獻:

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

[2]胡志光,電除塵器運行及維修,北京:中國電力出版社,2004.

[3]楊新民、楊雋琳,電力系統(tǒng)微機保護培訓教材,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,電氣時代,2005,12:98-99.

作者簡介:

顏丙霞(1972-),女,漢族,黑龍江人,本科學歷,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)自動化。