CN100537040C

CN100537040C - 高压除尘顶部振打控制器

Info

Publication number: CN100537040C
Application number: CNB2007100668126A
Authority: CN
Inventors: 周文委
Original assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Current assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority date: 2007-01-23
Filing date: 2007-01-23
Publication date: 2009-09-09
Anticipated expiration: 2027-01-23
Also published as: CN101036903A

Abstract

一种高压除尘顶部振打控制器，包括与微处理器中产生PWM信号的定时器连接的信号输入端、与高压除尘顶部振打主电路连接的信号输出端以及依照振打时间的先后顺序控制振打器工作的顺序控制模块，控制器还包括非均匀脉宽控制模块，非均匀脉宽控制模块包括：参数预设单元和非均匀脉宽设定单元，利用周期性非均匀脉宽PWM信号平均脉宽小步距软件可调的特点来细调振打器电流，从而实现振打强度的精确控制。本发明提供一种采用非均匀PWM平均脉宽小步距调节、提高振打强度控制的精度的高压除尘顶部振打控制器。

Description

高压除尘顶部振打控制器

(一)技术领域

本发明涉及一种高压除尘顶部振打控制器。

(二)背景技术

高压除尘顶部振打控制器，主要用于水泥建材、钢铁冶金、火力发电、化工、铸造、造纸等行业的高压电除尘设备。在系统硬件方案选定后，软件的设计思想及实现方式对于系统的工作方式及各项性能指标有着很大影响。高压除尘顶部振打控制模块的任务是由核心CPU根据系统要求产生控制量用于实现振打控制。该模块的难点在于实现振打强度的精确控制、在线多振打器的协调控制和多模式控制参数整定。

现有采用PWM技术实现振打控制的高压除尘顶部振打控制器软件控制模块的核心思想是依靠定时器的定时功能实现振打的启动、停止和PWM信号的生成。这种设计存在2个问题：(1)受核心CPU工作频率的限制，简单依靠定时器生成的均匀脉宽PWM信号开关点间距大，脉宽调节步距大，导致振打强度的控制精度有限，一般为±0.5cm；(2)振打控制器的控制对象为周期性运行的n×n振打器矩阵，各个振打器运行周期不同，任一瞬时最多只允许其中一台振打器工作。若用户设置的振打器周期不当，可能会造成同一瞬时有多个振打器请求运行的情况。此时系统只能忽略优先级低的振打器，造成漏打。

由于高压电场的分布受到场地和设备规模、粉尘气流的大小等的严格限制，对于不同客户定义的各电场振打器的个数、参数以及顺序一般都不同。现有的振打控制器采用按键加小屏幕LCD并辅以LED模拟面板进行参数的设置和显示。这种方案存在的问题主要有(1)受屏幕尺寸的限制，用户每次只能设置一组振打参数或者一种振打模式。对于8×8以上振打器矩阵的参数设置需要进行大量而枯燥的重复性操作，工作效率低下且易出错；(2)受屏幕尺寸的限制，操作界面简单，无法任意设定振打模式和参数，需要单独为某一客户定制振打系统软件，通用性差；(3)LED模拟面板降低了硬件可靠性并增加了控制器体积。

(三)发明内容

为了克服已有的高压除尘顶部振打控制器的脉宽调节步距大、对振打强度控制精度低的不足，本发明提供一种采用非均匀PWM平均脉宽小步距调节、提高振打强度控制精度的高压除尘顶部振打控制器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种高压除尘顶部振打控制器，包括与微处理器中产生PWM信号的定时器连接的信号输入端、与高压除尘顶部振打主电路连接的信号输出端以及依照振打时间的先后顺序控制振打器工作的顺序控制模块，所述顺序控制模块连接信号输出端，所述控制器还包括非均匀脉宽控制模块，所述的非均匀脉宽控制模块包括：参数预设单元，用于根据控制精度设定m个PWM脉冲信号为一周期，将所述PWM信号的占空比q分为整数部分和小数部分，并设定整数部分为定时器预置数的基数，小数部分与m的乘积为预置数的修正总次数，基数进行加1后为修正值，并预设第一个PWM脉冲信号的修正次数Cnt＝0；非均匀脉宽设定单元，用于执行中断处理函数后，输入一个PWM脉冲信号，如修正次数Cnt没有达到修正总次数，该PWM脉冲占空比为修正值，并对修正次数加1；如修正次数Cnt达到修正总次数，该PWM脉冲占空比为基数，直到第m个PWM脉冲信号处理；开始下一周期，修正次数Cnt清零；所述信号输入端连接参数预设单元，所述参数预设单元连接非均匀脉宽设定单元，所述非均匀脉宽设定单元连接顺序控制模块。

作为优选的一种方案：在所述的参数预设单元中，如占空比q的控制精度10^-n％，m＝10ⁿ，如修正总次数包括整数和小数，该修正总次数依照四舍五入原则确定。

作为优选的另一种方案：在所述的顺序控制模块中，还设有先入先出FIFO队列控制单元，用于以相邻振打时间间隔作为时间片，在每个时间片内轮询n×n个振打器，判断是否有振打请求信号，若有则按优先级依次送入FIFO队列，FIFO队列非空则取队首单元的请求信号进行振打处理。

作为优选的再一种方案：所述控制器还包括图形化用户界面模块、显示屏幕，所述的图形化用户界面模块中，设定n×n矩形网格，对网格进行编号，每一小格代表一个振打器；每一个振打器对应设置相应振打器的参数，并对已设置参数的网格设置标记。

本发明的技术构思为：振打器工作时的振打强度本质上取决于工作期间的平均电流大小。控制器利用脉宽可调的PWM信号改变通电时间来实现平均电流调节。PWM信号的脉宽调节步距越小，平均电流调节精度越高。以单片机作为核心CPU的系统为例，在单片机频率有限的前提下，定时器能够产生的最小时间增量就是PWM信号的最小开关点间距，也即脉宽调节步距。其值为单片机的机器周期，软件不可改变。考虑到脉宽调节目的是调节平均电流，那么只要调节PWM信号的平均脉宽即可。现有控制器采用均匀脉宽PWM信号控制方式，其脉宽调节步距受单片机频率限制。本发明设计的非均匀脉宽PWM信号的脉宽调节步距则不受频率限制而取决于软件结构。因此可以利用软件所特有的灵活性设计非均匀脉宽的PWM信号来代替均匀脉宽的PWM信号。利用非均匀脉宽小步距调节PWM信号控制振打器工作的关键在于控制PWM平均脉宽。

考虑到除尘设备对振打器工作周期的准确性要求不高。在保证平均周期稳定的前提下，每次启动的时间并不一定要具有严格的周期性。因此可以令优先级较低的请求信号悬挂等待，上一请求振打完毕，即取出等待信号处理，直至处理完所有请求。按此思想对各个振打器的启动请求根据时间先后进行排队，同时请求的根据优先级排队。只要队列非空则表明有请求信号，此时根据先后顺序逐个启动相应的振打器工作。按照这种方式工作的控制器虽然不能保证每个振打器有准确的运行周期，但其时间误差和平均运行周期是完全可以控制的，能够满足除尘设备的要求。

选用合适的LCD显示屏幕，设计图形化用户界面，可以在同一屏幕内完成所有振打参数的整定工作，使原本复杂繁琐的操作变得简洁高效，实现客户非定制多模式控制参数整定。本发明根据振打器矩阵个数，设计n×n矩形网格。对网格进行编号，每一小格代表一个振打器。这样，选择一小格就等于选择了一个振打器，随后可以设置相应振打器的参数。已设置参数的网格设置标记，区别未设置网格及不同参数类型。采用这种图形界面不仅可以随意选择振打器进行参数设置，而且对当前的操作进度一目了然。简化了输入过程，使得参数设置工作不再枯燥无味。在LCD的待机画面中，也采用网格式的图形界面显示当前振打器的运行状况。这种方式不仅准确形象，而且节省了LED模拟面板，提高了系统可靠性。

本发明的有益效果主要表现在：1、非均匀脉宽的PWM信号代替均匀脉宽的PWM信号，小步距调节平均脉宽，实现振打强度的精确控制；2、采用FIFO队列技术暂存来不及处理的振打请求信号，避免了漏打现象；3、设计的用户界面采用全新的菜单式、图形化组织方式，使得参数整定高效灵活、用户操作简捷方便。

(四)附图说明

图1是非均匀PWM信号平均脉宽小步距调节的发生中断处理程序流程图。

图2是非均匀PWM信号的占空比调制信号曲线。

图3是由定时器驱动的FIFO队列方式振打中断处理程序流程图。

图4是一种图形化操作界面示意图。

图5是另一种图形化操作界面示意图。

图6是振打控制软件的模块化运行流程图。

图7是高压除尘顶部振打控制器的原理框图。

(五)具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1～图7，一种高压除尘顶部振打控制器，包括与微处理器中产生PWM信号的定时器1连接的信号输入端、与高压除尘顶部振打主电路2连接的信号输出端以及依照振打时间的先后顺序控制振打器工作的顺序控制模块3，所述顺序控制模块3连接信号输出端，所述控制器还包括非均匀脉宽控制模块4，所述的非均匀脉宽控制模块4包括：参数预设单元5，用于根据控制精度设定m个PWM脉冲信号为一周期，将所述PWM信号的占空比q分为整数部分和小数部分，并设定整数部分为定时器预置数的基数，小数部分与m的乘积为预置数的修正总次数，基数进行加1后为修正值，并预设第一个PWM脉冲信号的修正次数Cnt＝0；非均匀脉宽设定单元6，用于执行中断处理函数后，输入一个PWM脉冲信号，如修正次数Cnt没有达到修正总次数，该PWM脉冲占空比为修正值，并对修正次数加1；如修正次数Cnt达到修正总次数，该PWM脉冲占空比为基数，直到第m个PWM脉冲信号处理；开始下一周期；所述信号输入端连接参数预设单元5，所述参数预设单元5连接非均匀脉宽设定单元6，所述非均匀脉宽设定单元6连接顺序控制模块3。

在所述的参数预设单元5中，如占空比q的控制精度10^-n％，m＝10ⁿ，如修正总次数包括整数和小数，该修正总次数依照四舍五入原则确定。在所述的顺序控制模块3中，还设有先入先出FIFO队列控制单元，用于以相邻振打时间间隔作为时间片，在每个时间片内轮询n×n个振打器，判断是否有振打请求信号，若有则按优先级依次送入FIFO队列，FIFO队列非空则取队首单元的请求信号进行振打处理。所述控制器还包括图形化用户界面模块7、显示屏幕8，所述的图形化用户界面模块7中，设定n×n矩形网格，对网格进行编号，每一小格代表一个振打器；每一个振打器对应设置相应振打器的参数，并对已设置参数的网格设置标记。

本实例采用微处理器中的定时器产生PWM信号，占空比通过粗调配合细调进行调节。粗调即设置定时器预置数，细调是在粗调基础上修正部分定时器预置数。通过粗调和细调配合可以大大提高PWM平均周期的分辨率。比如要求占空比q精确到0.1％，则PWM信号发生中断处理函数的设计可参考图1。图1中H、L分别为高、低电平定时时间的整数部分，h、l分别为高、低电平定时时间的小数部分。WAVE为PWM输出引脚名，Cnt为预置数修正次数。设计思路描述为：将占空比q分为整数部分和小数部分。实际运行时的预置数有两种：一种就是基数；另一种是对基数进行加1修正后的数值。q的整数部分决定了定时器预置数的基数，q的小数部分决定了修正的次数。以10个PWM脉冲为一组，每组脉冲输出时先判断预置数修正次数Cnt，若Cnt不够则以修正后的数值作为预置数，若Cnt足够则以基数作为预置数。每执行此中断处理函数一次，WAVE电平翻转一次。因此若要输出n个脉冲的脉冲串，需要执行此中断处理函数2n次。例如要求输出q为38.6％的10个脉冲，按上述思路运行得到的前6个脉冲占空比为39％，后4个脉冲占空比为38％，平均占空比为38.6％。占空比调制信号如图2所示。图2中横坐标为输出脉冲个数n，纵坐标为占空比q。

并设计了先入先出(FIFO)队列，以设置的相邻振打时间间隔作为时间片，在每个时间片内完成两项任务：①轮询n×n个振打器，判断是否有振打请求信号，若有则按优先级依次送入FIFO队列；②FIFO队列非空则取队首单元的请求信号进行振打处理。软件流程见图3。图3中n代表当前振打器编号。这种控制流程可描述为：空闲时空队列不执行振打任务；忙时多个振打任务同时请求，控制器将所有请求按时间和优先级先后送入队列，并在接下来的每个时间片执行队首任务，直至队列为空。作用在于：忙时暂时保存未执行振打请求，空时逐个执行暂存的请求，保证所有请求都能得到执行。

本实施例设计的图形化用户界面如图4，图5所示。图4是控制器运行时的待机界面。图中8×8网格中的每一个小圆圈代表一个振打器。振打器未运行时是空心圆圈，正在运行时则以实心圆圈表示。右边的数据是正在运行振打器的运行参数和运行时间。这样在待机界面中就可以轻松地观察所有振打器的运行状态，了解控制器的控制时序。图5是控制器运行时的待机界面。

为了尽量缩短中断响应时间，避免低优先级中断被屏蔽，提高系统运行可靠性，本软件采用消息驱动运行机制。消息Message包含5个标志位M1～M5，所有标志位置1有效。软件中的所有中断服务函数只完成消息标志位的设置或清除，具体任务于中断返回后根据消息标志由相应的中断处理函数完成。如图6所示，在初始化函数中启动定时器中断，定时时间为1秒。初始化完成后即进入程序主循环。主循环中每秒钟进定时中断处理函数1次。如图3所示，在定时中断处理函数内首先判断有无振打请求信号，若有则送入FIFO队列。然后检查FIFO队列，若空队列则返回，否则取队首的请求信号启动振打处理(M2＝1)。最后清定时消息标志(M1＝0)。振打处理由PWM信号发生中断处理函数完成。如图1所示，首先根据占空比(由振打强度决定)计算定时器预置数的基数和修正次数。然后根据修正计数器Cnt的值设定定时器预置数，启动定时器。处理完成后返回主循环中等待下一轮定时中断直至输出脉冲数满足要求，结束本次振打。

Claims

1、一种高压除尘顶部振打控制器，包括与微处理器中产生PWM脉冲信号的定时器连接的信号输入端、与高压除尘顶部振打主电路连接的信号输出端以及依照振打时间的先后顺序控制振打器工作的顺序控制模块，所述顺序控制模块连接信号输出端，其特征在于：所述控制器还包括非均匀脉宽控制模块，所述的非均匀脉宽控制模块包括：

参数预设单元，用于根据控制精度设定m个PWM脉冲信号为一周期，将所述PWM脉冲信号的占空比q分为整数部分和小数部分，并设定整数部分为定时器预置数的基数，小数部分与m的乘积为预置数的修正总次数，基数进行加1后为修正值，并预设第一个PWM脉冲信号的修正次数Cnt＝0；

非均匀脉宽设定单元，用于执行中断处理函数后，输入一个PWM脉冲信号，如修正次数Cnt没有达到修正总次数，该PWM脉冲信号为修正值，并对修正次数加1；如修正次数Cnt达到修正总次数，该PWM脉冲信号为基数，直到第m个PWM脉冲信号处理；开始下一周期；

所述信号输入端连接参数预设单元，所述参数预设单元连接非均匀脉宽设定单元，所述非均匀脉宽设定单元连接顺序控制模块。

2、如权利要求1所述的高压除尘顶部振打控制器，其特征在于：在所述的参数预设单元中，如占空比q的控制精度10^-n％，m＝10ⁿ，如修正总次数包括整数和小数，该修正总次数依照四舍五入原则确定。

3、如权利要求1或2所述的高压除尘顶部振打控制器，其特征在于：在所述的顺序控制模块中，还设有先入先出FIFO队列控制单元，用于以相邻振打时间间隔作为时间片，在每个时间片内轮询n×n个振打器，判断是否有振打请求信号，若有则按优先级依次送入FIFO队列，FIFO队列非空则取队首单元的请求信号进行振打处理。

4、如权利要求3所述的高压除尘顶部振打控制器，其特征在于：所述控制器还包括图形化用户界面模块、显示屏幕，所述的图形化用户界面模块，设定n×n矩形网格，对网格进行编号，每一小格代表一个振打器；每一个振打器对应设置相应振打器的参数，并对已设置参数的网格设置标记。