基于壓差控制的脈沖除塵控制儀的設(shè)計(jì)

1.引言

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，含塵氣體凈化應(yīng)用的領(lǐng)域十分廣泛，比如金屬切屑、玻璃陶瓷工業(yè)等的高溫?zé)煔鈨艋嗷剞D(zhuǎn)窯的尾氣處理等。當(dāng)前市場主要采用與過濾氣體流動方向相反的高壓脈沖氣體，從過濾管內(nèi)向外脈沖反吹，過濾介質(zhì)上吸附的濾塵被反吹抖落，確保濾塵的性能，使得吸塵器能夠持續(xù)穩(wěn)定的工作。本文設(shè)計(jì)的脈沖反吹除塵控制儀是以STC單片機(jī)為控制核心，可以根據(jù)實(shí)時測量除塵器內(nèi)部和除塵罩口的壓力差大小來決定脈沖反吹的動作過程，克服了單純按照定時來動作的狀態(tài)，能夠可靠、精確、快速地控制反吹脈沖的寬度和間隔。該控制儀結(jié)構(gòu)簡單、實(shí)時性強(qiáng)、智能化高、能耗降低，在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用價值。

2.脈沖除塵控制儀的工作原理

圖1 脈沖控制儀總體結(jié)構(gòu)

圖2 主控模塊

脈沖除塵器在風(fēng)機(jī)動力的作用下，除塵器內(nèi)部和除塵罩口形成負(fù)壓環(huán)境，含塵氣流在壓差的驅(qū)動下進(jìn)入除塵器，在流經(jīng)除塵介質(zhì)時，粉塵會粘附在過濾網(wǎng)上。隨著時間的推移，會嚴(yán)重影響除塵的性能。現(xiàn)在通過控制儀智能地向脈沖閥輸入脈沖信號，高壓脈沖氣流反吹濾塵介質(zhì)，將粘附的粉塵噴吹下來，從而達(dá)到回收粉塵，濾清氣體的目的。

3.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

該控制儀以STC10F04XE單片機(jī)為核心，采用軟硬件結(jié)合方式，實(shí)現(xiàn)控制要求。它由單片機(jī)、電源模塊、壓差測量模塊、輸出驅(qū)動模塊、顯示模塊和鍵盤指示模塊等組成。采用宏晶科技設(shè)計(jì)生產(chǎn)的單時鐘/機(jī)器周期（1T）的STC10F04XE單片機(jī)，具有高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾能力的特點(diǎn)。該單片機(jī)有40個I/O，512個字節(jié)RAM，5K字節(jié)EEPROM，4K字節(jié)可編程Flash，2個定時計(jì)數(shù)器等資源。

圖3 鍵盤和顯示模塊

圖4 輸入和輸出模塊

圖1為其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，脈沖反吹除塵控制儀是在單片機(jī)控制下工作，操作人員可以通過按鍵輸入設(shè)定脈沖寬度、脈沖間隔時間和控制脈沖閥的路數(shù)。當(dāng)單片機(jī)接受到壓差信號后，就可以通過繼電器對外部設(shè)備進(jìn)行控制，同時輸入信息可以通過顯示系統(tǒng)反饋給操作人員。

3.1 CPU主控模塊

主控模塊見圖2，STC10F04XE單片機(jī)的P0、P1和P2口接24路輸出，通過24V DC繼電器直接驅(qū)動脈沖閥；P3.5，P3.6，P3.7接三個鍵盤輸入，P4口接顯示數(shù)碼管。

3.2 鍵盤和顯示模塊

設(shè)置了3個按鈕，分別是“設(shè)定”，“＋”和“－”鍵。兩個數(shù)碼管可以分時顯示“脈寬”、“脈沖間隔”、“輸出路數(shù)”。脈沖寬度設(shè)定范圍0.01～0.99秒，脈沖寬度設(shè)定范圍1～99秒，輸出路數(shù)1～24可選。鍵盤和顯示模塊見圖3。

3.3 信號輸入和輸出模塊

當(dāng)系統(tǒng)測量到除塵器內(nèi)部和除塵罩口的壓力差超過設(shè)定值時，3路控制信號經(jīng)壓差模塊轉(zhuǎn)換后，再通過光耦817的隔離和施密特觸發(fā)器74HC14的波形整形，送入到P3口。單片機(jī)產(chǎn)生控制信號在P0、P1和P2口以繼電器輸出的方式去驅(qū)動24路脈沖閥，產(chǎn)生反吹動作。同一時間只能有一路動作。

本系統(tǒng)輸出時，可以實(shí)時檢測壓力差，與預(yù)先的設(shè)定值相比較，確定是否產(chǎn)生反吹脈沖；也可以手動設(shè)定開啟脈沖閥的路數(shù)，在根據(jù)設(shè)定的脈寬和間隔，進(jìn)行循環(huán)順序輸出。在脈沖閥產(chǎn)生輸出的同時，相應(yīng)通道有指示反饋信號，告知用戶哪路在動作。輸入和輸出模塊見圖4。

3.4 遠(yuǎn)程傳送模塊

本控制儀帶有遠(yuǎn)程輸入端、4-20mA輸出端和RS232標(biāo)準(zhǔn)串行接口。遠(yuǎn)程輸入端可通過接口界面遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的啟停，4～20mA輸出端用于將壓差值轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的電信號后遠(yuǎn)傳，RS232串口用于痛上位機(jī)通信：上傳運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)，接受上位機(jī)控制命令。

4.軟件實(shí)現(xiàn)

單片機(jī)通過定時器、計(jì)數(shù)器對發(fā)出的脈沖進(jìn)行控制，通過鍵盤掃描程序來掃描按鍵情況，通過有選擇性循環(huán)顯示來對數(shù)碼管進(jìn)行控制。

系統(tǒng)軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，有主功能模塊和四個子功能模塊組成，子功能模塊包括AD轉(zhuǎn)換及處理模塊、輸出控制模塊、定時器中斷模塊和遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊。

主功能模塊：上電完成初始化，完成寄存器、定時器的參數(shù)設(shè)置。進(jìn)入主程序循環(huán)后設(shè)置喂狗標(biāo)志，查詢按鍵狀態(tài)，控制系統(tǒng)運(yùn)行。

AD轉(zhuǎn)換及處理模塊：根據(jù)測量值求出對應(yīng)差值，根據(jù)預(yù)置的導(dǎo)通和間隔時間參數(shù)計(jì)算脈沖閥導(dǎo)通和間隔時間，與預(yù)置壓差比較，設(shè)定運(yùn)行狀態(tài)及狀態(tài)標(biāo)識。

輸出控制模塊：輸出模塊根據(jù)AD處理子程序計(jì)算的脈沖閥導(dǎo)通和間隔時間定時完成設(shè)定路數(shù)的脈沖閥的導(dǎo)通與關(guān)斷，采用T1定時中斷形式。

遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊：這是本系統(tǒng)的拓展功能，采用串口中斷方式實(shí)現(xiàn)痛上位機(jī)的通信。

5.結(jié)束語

基于負(fù)壓差控制的脈沖除塵儀，是可以根據(jù)實(shí)時測量除塵器內(nèi)和除塵罩口的壓力差大小來決定脈沖反吹的動作過程，克服了傳統(tǒng)按照定時來動作的狀態(tài)。當(dāng)壓力差小于設(shè)定值時，說明除塵器吸塵通道的氣體流動通暢，可以不進(jìn)行反吹；當(dāng)壓力差大于設(shè)定值時，說明除塵器的濾塵介質(zhì)對氣流有明顯阻礙，需要進(jìn)行反向噴吹，這樣就可以對帶有脈沖除塵裝置的吸塵動作采取有效地控制，既保證了除塵裝置的工作效率，又節(jié)約了電磁閥、壓縮機(jī)等的能耗。該脈沖除塵儀是節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品中的一個重要的配套裝置，在目前國內(nèi)工業(yè)除塵器行業(yè)中有廣泛的需求，既創(chuàng)新改進(jìn)了袋式除塵器脈沖反吹的定時設(shè)計(jì)，又體現(xiàn)了除塵器裝置在節(jié)能減排上的應(yīng)用。

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