關于自動化除塵器清灰控制的探究

張建波 秦海波

（濰坊派克漢尼汾過濾系統有限公司，濰坊 261031）

為進一步提升環境質量，我國制定了較為嚴苛的粉塵排放標準，如《煤炭工業污染物排放標準》 （GB 20426—2006）、《啤酒工業污染物排放標準》 （GB 19821—2005）等，并于2017年開始實施《大氣污染物綜合排放標準》（DB 11/501—2017）。相關標準的實施，為自動化除塵器清灰控制的設計提供了依據。

1 自動化除塵器清灰控制的框架

在設計自動化除塵器清灰控制整體框架時，需要遵循運行可靠性、性能穩定性、操作便捷性、運行經濟性與管理安全性原則，結合工業除塵現場運行要求，使系統能夠自動辨別、評價除塵器運作情況，自適應調整清灰參數，實現智能清灰。具體框架如圖1所示。

如圖1所示，自動化除塵器清灰控制系統不僅包括除塵清灰控制系統、模擬量采集控制系統，而且包括通信系統、故障診斷報警系統[1]。除塵清灰控制系統主要包括智能控制/手動控制兩種方式，覆蓋了引風機控制、空壓機控制、排氣閥控制、卸灰閥控制和脈沖閥控制等多個模塊。清灰過程開始時，需要先切斷凈氣出口風道，促使對應區域布袋處于無氣流通過狀態，進而自動開啟脈沖閥利用壓縮空氣清灰，并促使灰塵沉降到灰斗內。模擬量采集控制系統不僅需要完成入口氣壓檢測、風機轉速控制與出口氣壓檢測等任務，而且需要完成轉速檢測、溫度檢測、噴吹氣壓檢測和煙霧濃度檢測等任務。通信系統主要選擇232通信、主從485通信模式。故障診斷報警系統不僅包括電機工作異常報警、電磁閥開路檢測報警，而且包括煙霧濃度超限報警、溫度超限報警、壓力超限報警[2]。

2 自動化除塵器清灰控制的硬軟件設計

2.1 硬件設計

自動化除塵清灰控制硬件系統結構如圖2所示。

由圖2可以看出，自動化除塵清灰控制硬件系統主要是以含32路脈沖電磁閥的STM32系列單片機為控制核心，以1路4～20 mA直流電流模擬信號輸出，從而滿足引風機變頻器調整風機轉速空盒子要求；又以3路24 V歐姆龍繼電器輸出，從而滿足引風機、空壓機、卸灰閥等外部設備開關控制要求。同時，設置出口氣壓與含塵氣體入口氣壓檢測電路，通過記錄出口氣壓、含塵氣體入口氣壓差值確定除塵器運行阻力，為基于壓差的脈沖清灰自動控制提供依據，以4路有源輸入信號檢測電路滿足含塵氣體溫度、脈沖噴吹壓力、煙霧濃度、風機轉速等參數檢測要求，以2路RS485通信接口滿足與上位機、下位機遠距離信息交互及監控操作要求。

在硬件電路設計的基礎上，根據系統功能要求，可以借助于內置功能模塊，將輸入與鍵盤、LED顯示器、電子式可清除程序化只讀存儲器（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM）、電源和光耦分別與單片機相連，其中光耦另外一端與驅動電路相連，隔離單片機與輸出（超大功率輸出管、固態繼電器）規避負載干擾單片機。同時，單片機端設置有2個按鈕，能夠為控制參數人為修改提供依據。

2.2 軟件設計

自動化除塵器清灰控制主要利用MDK開發平臺，利用以固件函數庫為基礎的C語言編程法，基于模塊化設計思路自頂部向下進行程序編寫[3]。在開始界面，需要借鑒可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）中大面積應用的循環掃描技術設計輸入密碼，并判斷輸入密碼正確與否。若密碼正確，則進入除塵模式選擇，通過智能或手動設定參數開啟遠程控制與除塵檢測，從而判定除塵參數（溫度/轉速/煙霧濃度/噴吹壓力/脈沖閥開路）是否正確。若除塵參數正確，則啟動風機，經模糊智能算法程序除塵，在除塵規定時間到達后開啟卸灰閥清理灰塵[4]。基于主程序編寫時的漏洞（Bug）減控需要，可大量應用定時器代替delay延時函數，如在自動化除塵器脈沖噴吹清灰完成一個周期等待下一噴吹周期時，利用主控制板核心處理芯片進行邏輯判斷，可以避免delay延時函數應用時出現的除塵急停、系統癱瘓問題。同時，基于程序編寫需求，利用布爾型變量的15個標志位（Flag），在執行某程序前需要先執行另外一段程序，因此需要在另外一段程序執行時設定標志位為true，并將其作為是否為true的判斷條件。若是，則執行某段程序，反之則不執行某段程序。部分標志位設置如下所示：

Extern bool T1ck_Flog_1ms;

Bool bel_key_status=FALSE;//下移鍵標志

Bool ZhiNeng_FLAC=FALSE;//智能模式啟停標志位

軟件設計過程中，除主程序外，還需要進行中斷程序編寫。中斷程序包括啟動中斷服務、保護現場數據、計算中斷時間、恢復現場數據、中斷范圍等幾個模塊。

3 自動化除塵器清灰控制的功能實現

在實現自動化除塵器清灰控制功能過程中，輸入變量、輸出變量的模糊化處理至關重要。基于實際運行中每一除塵器運行阻力的上下限差異，可以設定除塵器內外壓差的安全上限、下限分別為1.8 kPa、1.2 kPa， 壓氣壓強開關報警控制線為4.0～5.0 kPa（回差為0.8 kPa），控制目標壓強差則為0.65 MPa[5]。此時，可設定模糊控制輸入變量除塵器壓強差輸入最大值為 0.3 kPa，最小值為-0.3 kPa。同時，設定除塵器壓強差變化量輸入最大值為0.1 kPa，最小值為-0.1 kPa，輸入變量的量化因子為10。在這一基礎上，設置4條溫度控制線，每條溫度控制線最低溫度為（0±0.02）℃， 最高溫度為（300±0.02）℃。系統運行環境溫度最低為-25 ℃，最高為55 ℃，相對濕度在90.0%以內。在參數設定完畢后，在Matlab模糊推理平臺內，利用Fuzzy logic工具，選擇Defuzzification菜單下的Centroid法，完成模糊推理。在模糊推理過程中，可以通過單擊開始按鈕獲得入口氣壓波動圖，然后根據波動圖了解波動周期及幅值，實現對除塵器入口氣壓波動值數據追蹤。根據數據追蹤情況，可以為氣壓校準與系統聯調提供依據，實現清灰自動化控制。

4 結語

脈沖噴吹袋式除塵器是一種除塵效率超99.9%的高效除塵設備，在工業飛塵治理方面的應用范圍較廣。基于袋式自動化除塵器智能化、可靠性運作要求，可以利用STM32系列高速處理芯片，經RS232、RS485接口與顯示屏、上位機進行信息交互。同時，基于模塊化設計思路，在MDK開發平臺上調用軟件開發工具進行模數轉換、系統數據存取、顯示等程序編寫，從而完成定頻率噴吹清灰的主程序控制。