CN100484638C - 静电除尘系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种静电除尘系统；包括静电除尘器、专家控制器以及设置于静电除尘器内的传感器，传感器的输出与专家控制器输入端相连，专家控制器输出端与静电除尘器的电场电压控制电路相连；传感器检测静电除尘器内的相应数据后送入专家控制器分析和处理，并产生控制信号控制静电除尘器的电场电压控制电路，进而调整电除尘器的除尘强度使出口粉尘浓度稳定在设定值；解决电除尘器中入口粉尘浓度变化与排放粉尘浓度之间变化滞后问题，并可以有效地在保证出口粉尘浓度达标的前提下减小能耗；通过总线系统构建网络控制系统，可对各节点实施远程监测，远程设置、修改节点专家控制器以及静电除尘器的各种控制参数。

Description

静电除尘系统

技术领域

本发明涉及一种除尘装置。尤其是一种适用于工业消烟和除尘的静电除尘系统。

背景技术

随着经济的高速发展，大气污染日益严重，已成为中国第一大环境问题。根据《国家环境保护＂十五＂计划》制订的目标，粉尘排放量要控制在900万吨，烟尘排放量要控制在850万吨。我国大气污染特别是粉尘排放量控制任务任重而道远。

目前，在各大行业中普遍使用的是静电除尘器。其工作原理是利用在高电压条件下产生的静电场，使工业烟气中的粉尘颗粒产生静电从而加以捕集。从工业设备排出的含尘烟气进入电除尘器内部的阴极线和阳极板之间的静电场而被吸附，粉尘经振打而落入灰斗，干净的烟气从出口排至烟囱。但由于进风口粉尘浓度高，出风口浓度低，常规除尘器不能做到在整个电场区域都高效除尘。专利号为ZL97246596.0的中国发明专利提出采用单电源分电场除尘技术使粉尘在电场中分段、分浓度、分粒径进行多级分离，相比大大提高了效率。实际应用中，生产过程粉尘控制区域需要安装多个电除尘器，而这些设备是零散分布的，目前基本上是实行分散管理与操控，加大了管理及控制成本；无法及时获得每一台除尘器任意时刻的运行状况，做不到实时监控。而且，生产过程中粉尘浓度的阵发性经常引发电除尘器工作的不稳定，常规的电除尘器难以适应粉尘浓度在较大范围的波动，导致在低浓度时设备仍继续低负荷甚至空载运行，造成能源的浪费，而高浓度时可能排放超标，甚至当浓度超出一定范围，除尘器因无法承受过大的负荷而停止运行。在这里由于出口的粉尘浓度数据的获得相比控制的施加有一个10秒钟左右的滞后，且除尘器的除尘效率与其内部产生的电场有关，烟尘进入电除尘器后，电场将发生畸变，环境温度、湿度均可能使电场发生畸变，因此这个问题如果用常规的控制方法将很难解决。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种静电除尘系统，利用专家控制器进行智能控制，在保证出口粉尘浓度达标的前提下减小能耗。

本发明是这样来实现上述目的的：

静电除尘系统，包括静电除尘器，其特征在于：还包括专家控制器以及设置于静电除尘器内的传感器，传感器的输出与专家控制器输入端相连，专家控制器输出端与静电除尘器的电场电压控制电路相连；传感器检测静电除尘器内的相应数据后送入专家控制器分析和处理，专家控制器产生控制信号控制静电除尘器的电场电压控制电路，进而调整电除尘器的除尘强度使出口粉尘浓度稳定在设定值。

另外，静电除尘系统包括多台设有专家控制器的静电除尘器，专家控制器通过采用总线系统构建分布式网络与中心计算机连接，形成网络控制系统。

本发明的有益效果是：通过传感器检测电除尘器的进出口粉尘浓度和环境的温度、湿度等参数后由专家控制器对静电除尘器进行实时控制，一方面解决电除尘器中入口粉尘浓度变化与排放粉尘浓度之间变化滞后问题，另一方面可以有效地在保证出口粉尘浓度达标的前提下减小能耗；通过网络控制系统将企业级的生产管理层和底层工业生产过程控制连接起来的信息集成系统，完成除尘系统自动化生产控制任务和设备的监控与管理，使除尘的生产过程控制，从单变量控制发展到除尘设备运行的动态检测、设备间的协调控制、除尘过程优化控制、除尘状态监控、粉尘浓度在线监控。可大幅度降低除尘运行的能耗，大幅度提高除尘的自动化水平、除尘效率、经济效益和社会效益。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

图1是本发明的结构图；

图2是本发明的专家控制器结构；

图3是专家控制器推理流程框图；

图4是总线系统结构框图；

图5是总线系统电路原理图。

具体实施方式

参照图1，静电除尘系统，包括静电除尘器3、专家控制器1以及设置于静电除尘器3内的传感器2，传感器2的输出与专家控制器2输入端相连，专家控制器1输出端与静电除尘器3的电场电压控制电路相连；传感器2检测静电除尘器3内的相应数据后送入专家控制器1分析和处理，专家控制器1产生控制信号控制静电除尘器3的电场电压控制电路，进而调整电除尘器3的除尘强度使出口粉尘浓度稳定在设定值。

下面详细描述静电除尘系统的结构以及工作原理和流程。

静电除尘系统中的最为关键的智能控制器为专家控制器1，参照图2，其包括信息获取与处理11、知识库12、推理机13和控制规则集14等模块。其中：

信息的获取与处理11主要是通过反馈信息及输入信息包括粉尘浓度和环境温湿度参数等，对上述数据进行处理获得粉尘浓度设定值与出口粉尘浓度值的偏差e及其变化率

等重要信息。

知识库12由事实集和经验数据库等构成。事实集主要包括电除尘器3的结构、类型及特征等有关知识，还包括控制规则的自适应及参数的自调整等规则，经验数据库的经验数据包括电除尘器3的参数变化范围及其限幅值。知识的获取采用对话式与归纳式学习相结合的方法。知识库12的表达方式采用了产生式规则，这种以过程性知识为中心的产生式表示法，具有很强的性，每条规则可独立地增加、删除和修改，使知识库便于管理，具有较高的灵活性和可扩展性。

控制规则集14包含根据电除尘器3工作特点及相应领域的专家控制经验总结出的控制规则，它集中反映了相应领域的专家在电除尘器3控制中的专门知识及经验。控制规则采用产生式规则表达，其基本形式是：

IF(条件)  THEN(操作或结论)

专家控制器1的输出控制电压U跟粉尘浓度设定值与出口粉尘浓度值的偏差e及其变化率

有关，另外还与环境的温度T和湿度M有关。下面定义它们的语言变量的取值：

e：{较大负值(NB)，较小负值(NS)，大于或等于零(P)}

：{较大负值(NB)，较小负值(NS)，较小正值或为零(PS)，较大正值(PB)}

温度T：{较高(H)，较低(L)}

湿度M：{较高(H)，较低(L)}

电压U：{最高，极高，很高，较高，略高，保持不变，略低，较低，很低，极低，为零}

在此基础上，根据专家经验建立控制规则集：

R1：IF e＝NB AND  $\stackrel{.}{e}=\mathrm{NB}$  THEN U最高

R2：IF e＝NB AND  $\stackrel{.}{e}=\mathrm{NS}$  THEN U最高

R3：IF e＝NB AND  $\stackrel{.}{e}=\mathrm{PS}$  AND M＝L THEN U极高

R4：IF e＝NB AND  $\stackrel{.}{e}=\mathrm{PS}$  AND M＝H AND T＝L THEN U极高

R5：IF e＝NB AND  $\stackrel{.}{e}=\mathrm{PS}$  AND M＝H AND T＝H THEN U很高

R6：IF e＝NB AND  $\stackrel{.}{e}=\mathrm{PB}$  AND M＝L AND T＝L THEN U较高

R7：IF e＝NB AND  $\stackrel{.}{e}=\mathrm{PB}$  AND M＝LAND T＝H THEN U略高

R8：IF e＝NB AND  $\stackrel{.}{e}=\mathrm{PB}$  AND M＝H THEN U保持不变

R9：IF e＝NS AND  $\stackrel{.}{e}=\mathrm{NB}$  THEN U极高

R10：IF e＝NS AND  $\stackrel{.}{e}=\mathrm{NS}$  THEN U很高

R11：IF e＝NS AND  $\stackrel{.}{e}=\mathrm{PS}$  AND M＝L AND T＝L THEN U较高

R12：IF e＝NS AND  $\stackrel{.}{e}=\mathrm{PS}$  AND M＝L AND T＝H THEN U略高

R13：IF e＝NS AND  $\stackrel{.}{e}=\mathrm{PS}$  AND M＝H AND T＝L THEN U略高

R14：IF e＝NS AND  $\stackrel{.}{e}=\mathrm{PS}$  AND M＝H AND T＝H THEN U保持不变

R15：IF e＝NS AND  $\stackrel{.}{e}=\mathrm{PB}$  AND M＝L THEN U保持不变

R16：IF e＝NS AND  $\stackrel{.}{e}=\mathrm{PB}$  AND M＝H AND T＝L THEN U保持不变

R17：IF e＝NS AND  $\stackrel{.}{e}=\mathrm{PB}$  AND M＝H AND T＝H THEN U略低

R18：IF e＝P AND  $\stackrel{.}{e}=\mathrm{NB}$  AND M＝L AND T＝L THEN U很高

R19：IF e＝P AND  $\stackrel{.}{e}=\mathrm{NB}$  AND M＝L AND T＝H THEN U较高

R20：IF e＝P AND  $\stackrel{.}{e}=\mathrm{NB}$  AND M＝H AND T＝L THEN U较高

R21：IF e＝P AND  $\stackrel{.}{e}=\mathrm{NB}$  AND M＝H AND T＝H THEN U略高

R22：IF e＝P AND  $\stackrel{.}{e}=\mathrm{NS}$  AND M＝L AND T＝L THEN U略高

R23：IF e＝P AND  $\stackrel{.}{e}=\mathrm{NS}$  AND M＝L AND T＝H THEN U保持不变

R24：IF e＝P AND  $\stackrel{.}{e}=\mathrm{NS}$  AND M＝H AND T＝L THEN U保持不变

R25：IF e＝P AND  $\stackrel{.}{e}=\mathrm{NS}$  AND M＝H AND T＝H THEN U略低

R26：IF e＝P AND  $\stackrel{.}{e}=\mathrm{PS}$  AND M＝L AND T＝L THEN U较低

R27：IF e＝P AND  $\stackrel{.}{e}=\mathrm{PS}$  AND ML AND T＝H THEN U很低

R28：IF e＝P AND  $\stackrel{.}{e}=\mathrm{PS}$  AND M＝H AND T＝L THEN U很低

R29：IF e＝P AND  $\stackrel{.}{e}=\mathrm{PS}$  AND M＝H AND T＝H THEN U极低

R30：IF e＝P AND  $\stackrel{.}{e}=\mathrm{PB}$  THEN U为零

专家控制器1工作的过程如下：

粉尘浓度、湿度和温度参数、出口粉尘浓度与设定值的差值以及控制规则集14的反馈信号一起送入信息获取与处理11，信息获取与处理11对上述数据进行处理获得出口粉尘浓度的偏差e和偏差变化率等信息，然后送入推理机13，推理机13根据信息获取与处理11提供的信息调用知识库12中的专家经验知识，由控制规则集14进行推理逐次判别各种规则条件。由于专家控制器1的控制决策完全依赖于输入数据的特点，所以本控制器采用以数据驱动的正向推理方法，参照图3，逐次判别各种规则条件，满足则执行，否则继续搜索，直至得到一个合适的输出信号去控制电除尘器3的电场电压控制电路使得出口的粉尘浓度稳定在设定值上，从而实现在保证出口粉尘浓度达标的前提下减小能耗。

如果企业的生产规模较大，需要多台静电除尘器3协调进行除尘工作时，为了便于对每一台静电除尘器3的工作状况进行了解和监控，把静电除尘器3和专家控制器1通过Lonworks现场总线系统4构建分布式网络与中心计算机5连接，形成网络控制系统。

静电除尘系统中构建网络控制系统的最为关键的是LonWorks现场总线系统4，下面以节点部分的LonWorks现场总线系统4为例对其进行说明。参照图4，主要由神经元芯片IC4、收发器IC5、存储单元IC2、数据交换单元IC1、译码芯片IC3以及电源等组成。其中：

神经元芯片IC4对数据进行处理及管理通讯，当发送数据时，数据通过通信端口发送到收发器IC5，再由该收发器进行调制后通过双绞线将数据信息传送到另一Lonworks现场总线系统；当接收数据时则正好相反，先由收发器解调后再将数据信号传送到神经元芯片IC4，这样就实现了数据在双绞线上的收发。

存储单元IC2用于存储芯片固件(程序)，由于神经元芯片IC4内部没有ROM，所以其芯片固件(16K)要映像到外部存储器IC2中，神经元芯片IC4工作时要从该存储单元读取程序。

数据交换单元IC1用于专家控制器1与神经元芯片IC4之间的数据交换。该芯片是一片双端口数据存储器，可以供专家控制器1和神经元芯片IC4从中读写数据，从而达到数据交换的目的。

电源为LonWorks现场总线系统4提供工作电源。

参照图5，型号为TMPN3150的神经元芯片IC4的地址总线的A0R～A11R端口，分别与型号为GAL20V8译码芯片IC3的A0～A11端口、型号为WINBOND27C512的外部存储器IC2的A0～A11端口、型号为IDT71342的数据交换单元IC1的A0R～A11R端口相连接。神经元芯片IC4通过该地址总线来选择访问各芯片的各指定地址的内容。同时神经元芯片IC4通过该地址总线访问数据交换单元IC1的4K字节内容。

神经元芯片IC4的A12～A15端口，分别与外部存储器IC2的A12～A15端口，译码芯片IC3的A12～A15端口相连接，神经元芯片IC4通过该端口及A0～A11访问存储在外部存储器IC2的程序。

神经元芯片IC4的D7～D0端口为系统的数据总线，分别与译码芯片IC3的D7～D0端口，数据交换单元IC1的D7R～D0R端口，外部存储器IC2的D7～D0端口相连接。神经元芯片IC4通过该数据总线在外部存储器IC2、数据交换单元IC1之间传递数据。

数据交换单元IC1的A11L～A0L端口与专家控制器1的相应地址总线相连接；数据交换单元IC1的D7L～D0L端口与专家控制器1或中心计算机5的相应数据总线相连接；IC1的1、2、3、6脚与专家控制器1或中心计算机5的相应控制总线相连接；

通过上述所电路连接构建的网络控制系统，中心计算机5可对各节点专家控制器1实施远程监测，远程控制单电源多电场静电除尘器3和各类传感器的运行，远程设置、修改节点专家控制器1以及静电除尘器3的各种控制参数。

Claims (4)

1.静电除尘系统，包括静电除尘器(3)，其特征在于：还包括专家控制器(1)以及设置于静电除尘器(3)内的传感器(2)，传感器(2)的输出与专家控制器(1)输入端相连，专家控制器(1)输出端与静电除尘器(3)的电场电压控制电路相连；传感器(2)检测静电除尘器(3)内的相应数据后送入专家控制器(1)分析和处理，专家控制器(1)产生控制信号控制静电除尘器(3)的电场电压控制电路，进而调整电除尘器(3)的除尘强度使出口粉尘浓度稳定在设定值。

2.根据权利要求1所述的静电除尘系统，其特征在于包括多台设有专家控制器(1)的静电除尘器(3)，专家控制器(1)通过总线系统(4)构建分布式网络与中心计算机(5)连接，形成网络控制系统。

3.根据权利要求1所述的静电除尘系统，其特征在于专家控制器(1)包括信息获取与处理(11)、知识库(12)、推理机(13)和控制规则集(14)模块；传感器(2)包括粉尘传感器、湿度传感器和温度传感器，分别检测静电除尘器(3)内的进出口粉尘浓度、湿度和温度参数；粉尘浓度、湿度和温度参数、出口粉尘浓度与设定值的差值以及控制规则集(14)的反馈信号一起送入信息获取与处理(11)，信息获取与处理(11)对上述数据进行处理获得出口粉尘浓度的偏差和偏差变化率等信息，然后送入推理机(13)，推理机(13)根据信息获取与处理(11)提供的信息调用知识库(12)中由专家经验知识建立起来的数据和规则进行正向推理，并由控制规则集(14)逐次判别各种规则条件，满足则执行，否则继续搜索，直至得到一个合适的输出信号去控制静电除尘器(3)的电场电压控制电路使得出口的粉尘浓度稳定在设定值上。

4.根据权利要求2所述的静电除尘系统，其特征在于总线系统(4)包括电源、神经元芯片(IC4)、收发器(IC5)、存储单元(IC2)、译码芯片(IC3)和数据交换单元(IC1)；神经元芯片(IC4)通过收发器(IC5)与总线通信，通过数据交换单元(IC1)与专家控制器(1)或中心计算机(5)进行数据交换。

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