CN102824794A - 一种应用于脉冲除尘器的智能控制仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于脉冲除尘器的智能控制仪，它通过对脉冲除尘器的进风口和出风口的气体压差进行精确监测，实现了自动除尘，达到延长布袋寿命的目的；同时将目前流行的各种脉冲控制仪功能集于一体；气体差压、温度检测和控制路数均采用模块式，根据实际需要量配置；控制仪增加气体压差上下限、温度上下限及脉冲阀故障报警功能；控制方式多元化，应有离线、在线、分仓、级联等高智能控制形式；具有差压历史记录，可与上位机进行通讯；可根据历史的差压变化进行优化参数设定和控制方式分析；机壳选用具有抗振动、抗冲击、耐腐蚀、防尘、防水、防辐射，坚固耐用性能；本发明降低了控制设备造价，节省人力成本，延长了除尘布袋的使用寿命。

Description

一种应用于脉冲除尘器的智能控制仪

技术领域

本发明涉及一种除尘器的控制装置，具体地说是一种应用于脉冲除尘器的智能控制仪。

背景技术

脉冲除尘器是当含尘气体由进风口进入除尘器，首先碰到进出风口中间的斜板及挡板，气流便转向流入灰斗，同时气流速度放慢，由于惯性作用，使气体中粗颗粒粉尘直接流入灰斗，从而起到预收尘的作用。进入灰斗的气流随后折而向上通过内部装有金属骨架的滤袋粉尘被捕集在滤袋的外表面，净化后的气体进入滤袋室上部清洁室，汇集到出风口排出，含尘气体通过滤袋净化的过程中，随着时间的增加而积附在滤袋上的粉尘越来越多，增加滤袋阻力，致使处理风量逐渐减少，为正常工作，要控制阻力在一定范围内（140--170毫米水柱），必须对滤袋进行清灰。脉冲除尘器是指通过喷吹压缩空气的方法除掉过滤介质（布袋或滤筒）上附着的粉尘。

现在，脉冲除尘器多为新的袋式滤件除尘器，也称为布袋除尘器。目前布袋除尘器上的反吹清灰系统种类较多，控制方式也不尽相同，归纳起来有这么几种方式：

1、手动控制

目前我国布袋除尘器大多数是手动控制方式除尘，即除尘引风机工作一定时间，岗位操作人员手控反吹清灰系统工作，清除布袋上积尘。手动方式有两种：1)用脉冲控制仪的手动设置对脉冲阀一个个开启；2）把控制仪设置自动清洗方式，给脉冲控制仪上电，控制仪按预先设置程序进行开启，循环一周即关闭控制仪。这种控制方式缺点很多，完全按照操作人员操作进行清洗，操作时间长短不好掌握，如果开启时间过长则对布袋产生很大的磨损，同时浪费能源。实践证明，这种方式控制布袋清洗，布袋的寿命缩短近30%。

2、指令性控制

指令性控制方式适用于较大型设备场合，控制仪的电源与除尘控制设备的PLC控制器相连，PLC控制器发出控制命令开启控制仪电源即开启脉冲控制仪进行清洗。操作人员可以根据时间长短或者观看气体的进出表的压差来对PLC控制器进行按钮操作；也有厂家用PLC控制器的I/O输入端接压差开关，根据压差开关的信号来开启控制仪。该脉冲控制仪虽然功能比较简单，但是没有压差开关的输入电路，因此只能采取指令性控制方式。

3、自动控制

自动控制方式是脉冲控制仪本身具有接压差开关的输入端，预先将压差信号通过压差开关传感器设定好，压差开关传感器的原理是当两输入气体的压差超过设定值，则输出有效信号，一旦气体的压差开关达到设定值时，则启动脉冲控制仪，脉冲控制仪的动作方式和时间预先设定好。该控制方式基本上实现独立自动控制，但压差开关信号误差较大，低价位的压差传感器价格低廉，寿命较短，精度很低；然而，用高质量的压差开关传感器则成本很高。因此，这种控制方式可谓自动控制，但智能化很低，在成本上也没什么优势。

4、智能自动控制

智能自动控制方式是用近几年研制的“智能压差控制”型，该控制仪具有接压差变送器4-20mA的信号端口，可预先在控制仪上设置开启脉冲控制仪压差的大小，来实现自动控制。该控制方式可以根据要求在控制仪上随意设置压差大小，来实现自动控制。但是，这种脉冲控制仪的缺点是要用压差变送器，质量高的压差变送器成本很高，导致采用这种控制方案的成本很高，且该控制仪的压差信号基本上当做开关信号使用，体现不了其他性能。由于要加成本较高的压差变送器，因此，该控制方案得不到广泛应用。

虽然国内外脉冲控制仪的种类很多，形式多种，但是，多数控制仪控制脉冲路数固定，需要时候根据工艺需要购买，机壳采用流行的塑料加有机玻璃的，这样机壳在一定时间段能起到防尘、防水作用，但不能防辐射，在露天时间长了很容易风化。再者，这些控制仪在需要参数设置时候需要打开机壳进行设置；需要手动操作时候也要打开机壳进行操作，不美观也不方便。多数厂家的控制仪脉冲路数是固定的，需要多少路则购买多少路的控制仪，市场一般24路较多，控制仪不能以串联方式进行诸多脉冲控制路数。国外厂家虽然也有可以串联的脉冲控制仪，但是单机路数很少，只有12路，不仅功能单一，而且价格昂贵。

上述控制仪在功能上基本都是单一的：有离散控制式、在线控制式、分仓控制式、外接压差控制式等。因为多数厂家对除尘方式不是很注重，所以脉冲控制仪产品发展缓慢，新型智能化高的产品很少，且没有集气体压差检测、温度检测一体的智能脉冲控制仪。

发明内容

为克服上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种应用于脉冲除尘器的智能控制仪，其不仅具有机壳标准化、系列一体化、内部结构模块化、功能多元化、控制方式智能化和性能/价格比最优化的特点，而且成本低、功能强大，适用于多种场合多。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种应用于脉冲除尘器的智能控制仪，其特征是，包括壳体，设置在壳体内电路主板上的中央处理器、电源模块、存储模块、模拟量输入模块、开关量输入模块、动作电流检测模块、控制信号输出模块、I/O输出电路、显示信号输出电路和通讯接口电路，以及设置在壳体上的显示模块和键入模块，所述电源模块、存储模块、模拟量输入模块、开关量输入模块、动作电流检测模块、控制信号输出模块、I/O输出电路、显示信号输出电路和通讯接口电路分别与中央处理器连接，所述显示模块与显示信号输出电路连接，所述键入模块与开关量输入模块连接；其中，所述模拟量输入模块采集气体压差和温度信号并发送给中央控制器，所述开关量输入模块用以根据气体压差信号发送启动工作指令给中央控制器且将键入模块的操作指令发送给中央控制器，所述动作电流检测模块用于检测阀门线路故障并将故障信息发送给中央控制器；所述中央控制器对接收到的数据信息和工作指令进行分析处理，并通过控制信号输出模块发送脉冲除尘器操作命令指令，通过I/O输出电路向外部报警设备发送报警信息，通过显示信号输出电路将数据信息和操作信息发送给显示模块进行显示，同时中央处理器将数据信息发送给存储模块存储且通过通讯接口电路发送给上位机。

进一步地，还包括蜂鸣器，所述蜂鸣器设置在壳体内电路主板上且与中央处理器连接。

优选地，所述中央处理器包括ST系列的工业级STM8S207MB单片机。

优选地，所述电源模块包括基于TOP246的单端反激式双输出开关电源模块，用以将交流85～265V的宽电压输入转换为直流12V和24V电压的双电源输出，并将DC12V稳压后变成DC5V电压为中央控制器提供工作电压。

优选地，所述存储模块包括铁电存储器和EEPROM存储器，所述铁电存储器应以存储实时数据记录，所述EEPROM存储器用以参数掉电保护。

优选地，所述模拟量输入模块包括温度传感器、压力传感器、平衡电桥电路和模拟信号采集模块，所述温度传感器与模拟信号采集模块的输入端连接，所述压力传感器通过平衡电桥电路与模拟信号采集模块的输入端连接，所述模拟信号采集模块的输出端与中央处理器连接，用以采集气体压差和温度信号。

优选地，所述开关量输入模块包括I/O输入电路和键入接口电路，所述I/O输入电路的输入端与气体压差开关连接，输出端通过光电隔离电路与中央处理器连接，用以根据气体压差信号自动启动智能控制仪工作；所述键入接口电路的输入端与键入模块连接，输出端与中央处理器连接，用以接收键入模块的操作指令并发送给中央控制器。

优选地，所述控制信号输出模块包括16路固定脉冲阀控制电路、8路提升阀脉冲控制模块和三组可扩展8路脉冲阀控制模块，所述16路固定脉冲阀控制电路通过光电隔离电路与中央控制器连接，所述8路提升阀脉冲控制模块和三组可扩展8路脉冲阀控制模块分别与中央控制器连接。

优选地，所述壳体由铝合金冲压制成。

优选地，所述通讯接口电路包括RS485通讯电路，所述RS485通讯电路与上位机连接。

本发明的有益效果是，本发明对脉冲除尘器的进风口和出风口的气体压差进行精确监测，实现自动除尘，达到延长布袋寿命、节省压缩空气即节约电能的目的；同时将目前流行的各种脉冲控制仪功能集于一体，在结构上做优化处理；气体压差、温度检测和控制路数均采用模块式，根据实际需要量配置；控制仪增加气体压差上下限、温度上下限及脉冲阀故障报警功能；控制方式多元化，应有离线、在线、分仓、级联等高智能控制形式；具有气体压差历史记录，可与上位机进行通讯；可根据历史的压差变化进行优化参数设定和控制方式分析；机壳选用具有抗振动、抗冲击、耐腐蚀、防尘、防水、防辐射，坚固耐用性能，适合室内、外安装。本发明可以取代当前用可编程序控制器（PLC）、压差变送器、数字压差显示仪表等仪器组合实现的除尘控制系统，且具有传统系统实现不了的上述许多功能，新型智能脉冲控制仪极大地降低了控制设备造价，节省了人力成本，优化的控制方案节省了能源、延长了除尘布袋的使用寿命。本发明具有机壳标准化、系列一体化、内部结构模块化、功能多元化、控制方式智能化和性能/价格比最优化的特点，适用于多种场合多。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明：

图1是本发明的原理框图；

图2是图1所示模拟量输入模块的原理框图；

图3是所述8路提升阀脉冲控制模块的原理框图；

图4是所述8路脉冲阀控制模块的原理框图；

图5是本发明一具体应用的电路主板结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的一种应用于脉冲除尘器的智能控制仪，它包括壳体，设置在壳体内电路主板上的中央处理器、电源模块、存储模块、模拟量输入模块、开关量输入模块、动作电流检测模块、控制信号输出模块、I/O输出电路、显示信号输出电路、通讯接口电路和蜂鸣器，以及设置在壳体上的显示模块和键入模块。所述中央处理器包括ST系列的工业级STM8S207MB单片机；所述电源模块、存储模块、模拟量输入模块、开关量输入模块、动作电流检测模块、控制信号输出模块、I/O输出电路、显示信号输出电路、通讯接口电路和蜂鸣器分别与STM8S207MB单片机连接，所述显示模块与显示信号输出电路连接，所述键入模块与开关量输入模块连接；其中，所述模拟量输入模块采集气体压差和温度信号并发送给STM8S207MB单片机，所述开关量输入模块用以根据气体压差信号发送启动工作指令给STM8S207MB单片机且将键入模块的操作指令发送给STM8S207MB单片机，所述动作电流检测模块用于检测阀门线路故障并将故障信息发送给STM8S207MB单片机；所述STM8S207MB单片机对接收到的数据信息和工作指令进行分析处理，并通过控制信号输出模块发送脉冲除尘器操作命令指令，通过I/O输出电路向外部报警设备发送报警信息且通过蜂鸣器进行报警，通过显示信号输出电路将数据信息和操作信息发送给显示模块进行显示，同时中STM8S207MB单片机将数据信息发送给存储模块存储且通过通讯接口电路发送给上位机。

优选地，所述电源模块包括基于TOP246的单端反激式双输出开关电源模块，用以将交流85～265V的宽电压输入转换为直流12V和24V电压的双电源输出，并将DC12V稳压后变成DC5V电压为STM8S207MB单片机提供工作电压。

优选地，所述存储模块包括铁电存储器和EEPROM存储器，所述铁电存储器应以存储实时数据记录，所述EEPROM存储器用以参数掉电保护。

优选地，所述模拟量输入模块包括温度传感器、压力传感器、平衡电桥电路和模拟信号采集模块，所述温度传感器与模拟信号采集模块的输入端连接，所述压力传感器的两个引压接头分别设置在进风口和出风口处，引压接头通过引压管与压力传感器连接，压力传感器的输出端通过平衡电桥电路与模拟信号采集模块的输入端连接，所述模拟信号采集模块的输出端与STM8S207MB单片机连接，用以采集气体压差和温度信号。

优选地，所述开关量输入模块包括I/O输入电路和键入接口电路，所述I/O输入电路的输入端与气体压差开关连接，输出端通过光电隔离电路与STM8S207MB单片机连接，用以根据气体压差信号自动启动智能控制仪工作；所述键入接口电路的输入端与键入模块连接，输出端与STM8S207MB单片机连接，用以接收键入模块的操作指令并发送给STM8S207MB单片机，如图2所示。

优选地，所述控制信号输出模块包括16路固定脉冲阀控制电路、8路提升阀脉冲控制模块和三组可扩展8路脉冲阀控制模块，所述16路固定脉冲阀控制电路通过光电隔离电路与STM8S207MB单片机连接，所述8路提升阀脉冲控制模块和三组可扩展8路脉冲阀控制模块分别与STM8S207MB单片机连接。

优选地，所述壳体由铝合金冲压制成。

优选地，所述通讯接口电路包括RS485通讯电路，所述RS485通讯电路与上位机连接。

下面对本发明各个部分进行详细介绍：

一、壳体设计

由于脉冲除尘控制仪环境比较恶劣，有的需要在室外安装，所以选取应具有良好的技术性能结构：较好地刚度和强度，以及有良好的电磁隔离、接地、噪声隔离、通风散热等性能。此壳体由铝合金冲压制成，它包括盒体和盖体，所述盖体与盒体密封扣合并通过螺丝固定，所述盖体上设置有控制面板槽，所述控制面板槽用以放置显示和键盘模块，所述盒体一侧设置有5个防水穿线孔，具有抗振动、抗冲击、耐腐蚀、防尘、防水、防辐射等性能，这样确保设备稳定可靠地工作。

二、电源模块设计

电源模块采用基于TOP246的单端反激式双输出开关电源设计，用交流85～265V的宽电压输入，实现直流12V/0.5A、24V/1A双输出。DC12V在经过稳压后变成DC 5V供单片机系统使用。这样充分保证单片机电源系统的稳定。

三、模拟量输入模块、开关量输入模块和动作电流检测模块等输入通道

模拟量输入模块主要是进行气体压差和温度检测，如图2所示。气体压差检测采用美国MOTOROLA的MPX系列压力传感器，温度传感器采用意大利半导体ST公司的LM235，该芯片输出为电压信号。压力传感器的工作原理是依据内部的电阻应变片的变化来反应压差的大小。采用平衡电桥电路来测量气体压差，一旦进出口的气体压力不平衡，则平衡电桥平衡破坏，输出电压信号。气体压差信号和温度信号进入模拟信号采集芯片MAX111。模拟信号采集芯片MAX111为2个差分通道、14位串行A/D。模拟信号采集芯片MAX111的一个通道作为气体温度测量，另一通道作为气体压差检测，温度值作为除尘设备布袋使用温度范围的保护，同时作为气体压差的温度补偿。该模块是分散的模块结构，用户可根据需要配备。

开关量量输入模块主要由按键接口电路和I/O输入电路组成。本发明的控制仪在键入模块设有5个按键，用来修改设定值，实现自动、手动及操作。通过按键可设定控制仪的工作方式：1手动、2自动、3、离线；4、在线；5、分仓；6、压差开关；7、数字压差；8、级联顺序。

本发明的控制仪设有1路I/O输入口，此输入接口有两个功能，1、可以和压差开关相连，外接的气体压差开关信号动作可以启动控制仪工作；2、作为级联时候的动作信号，该控制仪需要控制的阀门数量超过控制仪本身路数时，可以采用级联的方式实现诸多阀控制。其级联原理：当第一级控制仪一周控制完成，则输出一个I/O信号，此信号输入给第二个控制仪，第二个控制仪开启相连的各个脉冲阀。

动作电流检测电路用于检测阀门线路故障并将故障信息发送给STM8S207MB单片机进行报警。

四、控制信号输出模块、I/O输出电路和显示信号输出电路输出通道1、控制信号输出模块包括一组16路固定脉冲阀控制电路、一组8路提升阀脉冲控制模块和三组可扩展的8路脉冲阀控制模块。16路固定脉冲阀控制电路焊接在控制仪的电路主板上，是控制仪固有的，在除尘设备小于等于16路时候，可以不用配备扩展脉冲控制的模块。图3是所述8路提升阀脉冲控制模块的原理框图，如图3所示，所述8路提升阀脉冲控制模块包括依次连接的信号输入电路、光电隔离电路、驱动电路、8路提升阀控制信号输出电路和信号输出电路，所述信号输入电路和信号输出电路分别与STM8S207MB单片机连接，当该智能控制器设定为分仓控制方式使用，可以选择配备该模块。控制仪可以连接三组8路脉冲阀控制模块，图4是所述8路脉冲阀控制模块的原理框图，如图4所示，所述8路脉冲阀控制模块包括依次连接的信号输入电路、光电隔离电路、驱动电路、8路达林顿三极管MJD122G和信号输出电路，所述信号输入电路和信号输出电路分别与STM8S207MB单片机连接。当除尘设备脉冲阀大于16个时候，可以根据需要增加该8路脉冲控制模块，来进行控制。控制仪在设计上控制脉冲阀的路数总共为40路，如果不用分仓控制方式，则可以把提升阀脉冲控制模块作为脉冲控制模块使用，这样可以增加到48路的脉冲控制。单片机通过光电隔离来控制达林顿三极管MJD122G的开关，实现阀的开停。当MJD122G耐压到100V，输出电流8A，足以启动脉冲阀。

2、该控制仪有两路I/O输出，一路作为级联联络信号输出；一个为外部报警信号，报警信号是继电器输出形式，为干接点；控制仪内部有声光报警。

3、该控制仪接6个数码管，其中2个为路数显示、四个为阀的开启时间及气体压差等参数显示。

五、中央处理器

中央处理器采用ST系列的工业级STM8S207MB单片机。该单片机具有极强的抗干扰能力，宽电压2.96-5.5V电压范围，适合较恶劣的环境。该芯片具有80个管脚，具有68个I/O接口，不用扩展即满足设计要求。单片机外接一片该芯片为256KB的FM25256铁电存储器作为实时气体压差数据记录，通过上位机可设置控制仪对压差记录数据的时间间隔。如果设置1小时记录一次，可实现7200天的数据记录。将此数据通过RS485传输到上位机进行优化分析，则可找推断气体压差最佳设定值，对布袋进行故障诊断，确定脉冲阀等开停时间。该单片机采用EEPROM 24C02存储器作为参数掉电保存。

六、通讯接口电路

通讯接口电路采用RS485通讯电路，本发明的控制仪有1路RS485通讯电路与上位机通讯的RS485通讯，为防止干扰，采用光电隔离。RS485通讯电路的电源通过由单片机系统电源通过DC-DC隔离模块获取。该脉冲控制仪配上位机应用程序，可以通过上位机对控制仪进行参数设置及压差历史数据的获取。

图5是本发明一具体应用的电路主板结构示意图。如图5所示，该智能控制仪的主板结构根据壳体结构设计，使用时按照主板结构位置进行模块安装，模块调试好了以后，用固定插针进行固定。机壳对外5个穿线孔，从左到右依次进行穿线：16路脉冲控制阀接线，8路脉冲控制阀及提升阀接线，入口气体气压、出口气体气压和气体温度导线，I/O输入输出和RS485导线，继电器及交流供电导线。

Claims (10)

1.一种应用于脉冲除尘器的智能控制仪，其特征是，包括壳体，设置在壳体内电路主板上的中央处理器、电源模块、存储模块、模拟量输入模块、开关量输入模块、动作电流检测模块、控制信号输出模块、I/O输出电路、显示信号输出电路和通讯接口电路，以及设置在壳体上的显示模块和键入模块，所述电源模块、存储模块、模拟量输入模块、开关量输入模块、动作电流检测模块、控制信号输出模块、I/O输出电路、显示信号输出电路和通讯接口电路分别与中央处理器连接，所述显示模块与显示信号输出电路连接，所述键入模块与开关量输入模块连接；其中，所述模拟量输入模块采集气体压差和温度信号并发送给中央控制器，所述开关量输入模块用以根据气体压差信号发送启动工作指令给中央控制器且将键入模块的操作指令发送给中央控制器，所述动作电流检测模块用于检测阀门线路故障并将故障信息发送给中央控制器；所述中央控制器对接收到的数据信息和工作指令进行分析处理，并通过控制信号输出模块发送脉冲除尘器操作命令指令，通过I/O输出电路向外部报警设备发送报警信息，通过显示信号输出电路将数据信息和操作信息发送给显示模块进行显示，同时中央处理器将数据信息发送给存储模块存储且通过通讯接口电路发送给上位机。

2.根据权利要求1所述的一种应用于脉冲除尘器的智能控制仪，其特征是，还包括蜂鸣器，所述蜂鸣器设置在壳体内电路主板上且与中央处理器连接。

3.根据权利要求1所述的一种应用于脉冲除尘器的智能控制仪，其特征是，所述中央处理器包括ST系列的工业级STM8S207MB单片机。

4.根据权利要求1所述的一种应用于脉冲除尘器的智能控制仪，其特征是，所述电源模块包括基于TOP246的单端反激式双输出开关电源模块，用以将交流85～265V的宽电压输入转换为直流12V和24V电压的双电源输出，并将DC12V稳压后变成DC5V电压为中央控制器提供工作电压。

5.根据权利要求1所述的一种应用于脉冲除尘器的智能控制仪，其特征是，所述存储模块包括铁电存储器和EEPROM存储器，所述铁电存储器应以存储实时数据记录，所述EEPROM存储器用以参数掉电保护。

6.根据权利要求1所述的一种应用于脉冲除尘器的智能控制仪，其特征是，所述模拟量输入模块包括温度传感器、压力传感器、平衡电桥电路和模拟信号采集模块，所述温度传感器与模拟信号采集模块的输入端连接，所述压力传感器通过平衡电桥电路与模拟信号采集模块的输入端连接，所述模拟信号采集模块的输出端与中央处理器连接，用以采集气体压差和温度信号。

7.根据权利要求1所述的一种应用于脉冲除尘器的智能控制仪，其特征是，所述开关量输入模块包括I/O输入电路和键入接口电路，所述I/O输入电路的输入端与气体压差开关连接，输出端通过光电隔离电路与中央处理器连接，用以根据气体压差信号自动启动智能控制仪工作；所述键入接口电路的输入端与键入模块连接，输出端与中央处理器连接，用以接收键入模块的操作指令并发送给中央控制器。

8.根据权利要求1所述的一种应用于脉冲除尘器的智能控制仪，其特征是，所述控制信号输出模块包括16路固定脉冲阀控制电路、8路提升阀脉冲控制模块和三组可扩展8路脉冲阀控制模块，所述16路固定脉冲阀控制电路通过光电隔离电路与中央控制器连接，所述8路提升阀脉冲控制模块和三组可扩展8路脉冲阀控制模块分别与中央控制器连接。

9.根据权利要求1所述的一种应用于脉冲除尘器的智能控制仪，其特征是，所述壳体由铝合金冲压制成。

10.根据权利要求1所述的一种应用于脉冲除尘器的智能控制仪，其特征是，所述通讯接口电路包括RS485通讯电路，所述RS485通讯电路与上位机连接。

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