CN103239955A - 一种应用于脉冲除尘优化处理的一体化控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于脉冲除尘优化处理的一体化控制器，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、时钟模块、模拟量输入模块、开关量输入模块、雨量检测电路、电机参数检测模块、转速转矩检测模块、控制信号输出模块、I/O输出电路、PWM输出电路、整流模块、滤波模块、IPM模块、显示信号输出电路、通讯接口电路、GPRS通讯模块和Zigbee通信模块，以及设置在壳体上的显示模块和键入模块，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；本发明不仅能够优化控制除尘过程，达到节能且降低设备损耗的目的，而且具有成本低、功能强、高节能和安装方便等特点。
Description
技术领域
本发明涉及除尘技术领域，具体地说是一种应用于脉冲除尘优化处理的一体化控制器。
背景技术
含尘工业废气或产生于固体物质的粉碎、筛分、输送、爆破等机械过程，或产生于燃烧、高温熔融和化学反应等过程。除尘器广泛用于控制已经产生的粉尘和烟尘。除尘器按捕集机理可分为机械除尘器、电除尘器、过滤除尘器和洗涤除尘器等。机械除尘器依靠机械力将尘粒从气流中除去，其结构简单，设备费和运行费均较低，但除尘效率不高。电除尘器利用静电力实现尘粒与气流分离，常按板式与管式分类，特点是气流阻力小，除尘效率可达99％以上，但投资较高、占地面积较大。过滤除尘器使含尘气流通过滤料将尘粒分离捕集，分内部过滤和表面过滤两种方式，除尘效率一般为90％～99％，不适用于温度高的含尘气体。洗涤除尘器用液体洗涤含尘气体，使尘粒与液滴或液膜碰撞而被俘获，并与气流分离，除尘效率为80％～95％，运转费用较高。为此，需要一种具有运行费用低、除尘效率高、节能环保等特点的除尘系统。
现有的除尘器主要是脉冲袋式除尘器，其除尘原理：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，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。但是，在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，为了正常工作，需要控制阻力在一定范围内（140--170毫米水柱），因此，必须对滤袋进行清灰。脉冲袋式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。国内除尘控制上主要针对布袋脉冲控制来讲的，如果考虑到节能，则需要对风速进行控制，这就需要构建一个优化控制装置。
现有的布袋除尘器基本上都用脉冲控制器对布袋进行清洗控制，基本上都没有实现节能控制。虽然有些利用PLC加配上位机和压力传感器等分散仪器来构建集散控制系统，在算法上采用优化控制，但是，该系统庞大，需要多类技术人员配合，软硬件成本高，且不易推广。
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优化处理的一体化控制器，其不仅能够优化控制除尘过程，达到节能且降低设备损耗的目的，而且具有成本低、功能强、高节能和安装方便等特点。
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优化处理的一体化控制器，包括壳体，其特征是，还包括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、时钟模块、模拟量输入模块、开关量输入模块、雨量检测电路、动作电流检测模块、转速转矩检测模块、控制信号输出模块、I/O输出电路、PWM输出电路、整流模块、滤波模块、IPM（智能功率）模块、显示信号输出电路、通讯接口电路、GPRS通讯模块和Zigbee通信模块，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、时钟模块、模拟量输入模块、开关量输入模块、雨量检测电路、电机参数检测模块、转速转矩检测模块、控制信号输出模块、I/O输出电路、PWM输出电路、显示信号输出电路、通讯接口电路、GPRS通讯模块和Zigbee通信模块分别与中央处理器连接，所述的整流模块、滤波模块和IPM模块依次串联，所述IPM模块的控制端与PWM输出电路连接，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，所述中央处理器采用STM32F4系列微控制器；所述模拟量输入模块分别与温度传感器和压力传感器连接；所述开关量输入模块包括键入接口电路和I/O输入电路，所述键入接口电路与键入模块连接，所述I/O输入电路的输入端与生产工艺控制系统连接，输出端通过光电隔离电路与中央控制器连接；所述雨量检测电路与雨量传感器连接；所述电机参数检测模块与IPM模块连接；所述转速转矩检测模块与设置在引风机电机输出轴上的转速转矩传感器连接；所述控制信号输出模块与脉冲控制阀连接；所述通讯接口电路包括主RS485接口和从RS485接口，所述主RS485接口与净化空气测量仪连接，所述从RS485接口与生产工艺控制系统连接；所述GPRS通讯模块通过RS232接口与中央控制器连接，并通过GPRS无线通信网络与监控中心的上位机相连接；所述Zigbee通信模块与其它车间一体化控制器的Zigbee通信模块相连接；所述PWM输出电路采用变频控制的PWM输出电路，输入端通过光电隔离电路与中央控制器连接，输出端与IPM模块的控制端连接；所述整流模块的输入端通过控制电路接入动力电，所述IPM模块的输出端与引风机电机连接。
进一步地，所述的一体化控制器还包括蜂鸣器，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。
进一步地，所述的一体化控制器还包括RJ45接口，所述RJ45接口设置在壳体内电路主板上且与中央处理器连接。
优选地，所述电源模块包括基于TOP247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稳压后再进行降压变成DC3.3V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SD卡槽和SD卡。
优选地，所述控制信号输出模块包括5组可扩展8路脉冲阀控制模块，所述的可扩展8路脉冲阀控制模块分别通过光电隔离电路与中央控制器连接。
优选地，所述I/O输出电路包括2路I/O输出电路，所述的两路I/O输出电路分别连接两个互锁继电器，所述的两个互锁继电器设置在动力电的控制电路回路中。
本发明的有益效果是，采取上述结构后，本发明具有以下优点：
1、提高了功率因数，大大降低了起动电流，实现了最佳的软起动。
2、除尘设备功耗根据加工处理生产工艺、空气指标、雨量等参数组合模式进行变负荷运行，提高了系统效率，实现显著的节能效果。
3、降低了除尘系统用电负荷，减少了直接起动对电网的电流冲击，同时也减少了对电机、除尘风机的冲击，延长了除尘器、除尘布袋、除尘风机、烟道等设备的使用寿命。
4、实现远程数据和控制参数的修改，可实现车间组网。为实现智能化、数字化车间打下基础；同时，上级部门可远程监管使用该控制器的各行业废气排放指标。
5、极大降低了控制系统的成本，该一体化控制器可使变频单元成本降低40%。
本发明采用自适应PID控制算法，可使用不同功率的引风机，以使风机转速更稳，节能效果进一步提高，不仅能够优化控制除尘过程，达到节能且降低设备损耗的目的，而且具有成本低、功能强、高节能和安装方便等特点。
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是本发明的一具体实施应用示意图；
图2中，1进气管道、2布袋除尘器、3出气管道、4引风机、5生产工艺室、6控制器、7温度传感器、8第一压差传感器、9第二压差传感器、10生产工艺室控制系统、11雨量传感器、12脉冲控制阀、13在线净化空气测量仪、14气体采集装置、15Zigbee通信模块、16GPRS通信模块。
具体实施方式
如图1所示，本发明的一种应用于脉冲除尘优化处理的一体化控制器，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、时钟模块、模拟量输入模块、开关量输入模块、雨量检测电路、电机参数检测模块、转速转矩检测模块、控制信号输出模块、I/O输出电路、PWM输出电路、整流模块、滤波模块、IPM模块、显示信号输出电路、通讯接口电路、GPRS通讯模块和Zigbee通信模块，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、时钟模块、模拟量输入模块、开关量输入模块、雨量检测电路、电机参数检测模块、转速转矩检测模块、控制信号输出模块、I/O输出电路、PWM输出电路、显示信号输出电路、通讯接口电路、GPRS通讯模块和Zigbee通信模块分别与中央处理器连接，所述的整流模块、滤波模块和IPM模块依次串联，所述IPM模块的控制端与PWM输出电路连接，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，所述中央处理器采用STM32F4系列微控制器；所述模拟量输入模块分别与温度传感器和压力传感器连接，用以采集温度信号和气体压差信号；所述开关量输入模块包括键入接口电路和I/O输入电路，所述键入接口电路与键入模块连接，所述I/O输入电路的输入端与生产工艺控制系统连接，输出端通过光电隔离电路与中央控制器连接，用以获取生产工艺控制系统的工作状态信息，并发送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；所述雨量检测电路与设置车间上方的雨量传感器连接，用以采集工作环境中的雨量信号；所述电机参数检测模块与IPM模块连接，用以检测引风机电机的动作电流等参数并将相关参数发送给中央控制器；所述转速转矩检测模块与设置在引风机电机输出轴上的转速转矩传感器连接，用于检测引风机电机的转速转矩信息并将转速转矩信息发送给中央控制器；所述控制信号输出模块与脉冲控制阀连接，用以控制脉冲控制阀门的开关；所述主RS485接口与净化空气测量仪连接，用以获取检测除尘后净化空气数据信息，所述从RS485接口与生产工艺控制系统连接，用以获取生产工艺控制系统的工作模式；所述GPRS通讯模块通过RS232接口与中央控制器连接，并通过GPRS无线通信网络与监控中心的上位机相连接；所述Zigbee通信模块与其它车间一体化控制器的Zigbee通信模块相连接，用于进行无线车间组网；所述PWM输出电路采用变频控制的PWM输出电路，输入端通过光电隔离电路与中央控制器连接，输出端输出端与IPM模块的控制端连接；所述整流模块的输入端通过控制电路接入动力电，所述IPM模块的输出端与引风机电机连接，用以实现对引风机的变频控制；所述电源模块包括基于TOP247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稳压后再进行降压变成DC3.3V电压为中央控制器提供工作电压；所述存储模块包括SD卡槽和SD卡；所述控制信号输出模块包括5组可扩展8路脉冲阀控制模块，所述的可扩展8路脉冲阀控制模块分别通过光电隔离电路与中央控制器连接；所述I/O输出电路包括2路I/O输出电路，所述的两路I/O输出电路分别连接设置在动力电控制电路回路中的两个互锁继电器。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，通过变频控制的PWM输出电路和两个互锁继电器控制引风机的风速控制和启停操作，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SD卡进行存储。
图2是本发明的一具体实施应用示意图。如图2所示，一种采用所述一体化控制器的除尘系统，包括进气管道1、布袋除尘器2、出气管道3、引风机4、控制系统和净化空气测量仪13。所述进气管道1的两端分别与生产工艺室5和布袋除尘器2的进气口连通，所述出气管道1一端与布袋除尘器2的出气口连接，所述引风机4设置在出气管道的管道内；所述控制系统包括一体化控制器6以及分别与控制器连接的温度传感器7、第一压差传感器8、第二压差传感器9和雨量传感器11，所述一体化控制器6分别与引风机4的电机、生产工艺控制系统10和布袋除尘器的脉冲控制阀12电气连接；所述温度传感器7设置在进气管道内，用以采集进口气体温度信息；所述第一压差传感器8和第二压差传感器9分别设置在进气管道1和出气管道3内，用以采集进口气体和出口气体的气体压力信息；所述雨量传感器11设置车间上方，用以采集工作环境的雨量信息。所述净化空气测量仪包括与一体化控制器6连接的在线净化空气测量仪13，所述在线净化空气测量仪13的气体采集装置14设置在出气管道1的出口处，用以采集除尘后净化空气并进行检测，并把检测的数据实时实时或定期发送给一体化控制器。所述一体化控制器还连接有Zigbee通信模块15和GPRS通信模块16，所述Zigbee通信模块与其它车间一体化控制器的Zigbee通信模块相连接，用于进行无线车间组网，所述GPRS通讯模块通过RS232接口与中央控制器连接，并通过GPRS无线通信网络与监控中心的上位机相连接，便于管理部门进行监管。
本发明所述的一体化控制器的控制核心采用STM32F4系列高性能微控制器，具有5组可组合40个脉冲阀控制回路、GPRS无线数据传输、Zigbee无线车间组网、主从RS485和以太网；具体压力、压差、温度、雨量、电机电压参数等采用模块；能进行交流-直流-交流变频，实现电机变频的矢量控制及SVPWM调制算法；可根据除尘气体进口与出口各点的压力与两者的差压、温度、雨量、空气指标等的组合模式实现风速和脉冲除尘阀的控制模式，也可远程监管各行业废气排放指标；同理可综合差压变化轨迹、工作模式、传感参数及状态进行优化计算分析决策风机转速及设定值自动整定，达到充分节能，降低设备损失目的。
对于在本技术领域所公知的一些细节，本发明没有做出详细说明，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，本领域技术人员可以对本发明做出修改，这些修改均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种应用于脉冲除尘优化处理的一体化控制器，包括壳体，其特征是，还包括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、时钟模块、模拟量输入模块、开关量输入模块、雨量检测电路、电机参数检测模块、转速转矩检测模块、控制信号输出模块、I/O输出电路、PWM输出电路、整流模块、滤波模块、IPM模块、显示信号输出电路、通讯接口电路、GPRS通讯模块和Zigbee通信模块，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、时钟模块、模拟量输入模块、开关量输入模块、雨量检测电路、电机参数检测模块、转速转矩检测模块、控制信号输出模块、I/O输出电路、PWM输出电路、显示信号输出电路、通讯接口电路、GPRS通讯模块和Zigbee通信模块分别与中央处理器连接，所述的整流模块、滤波模块和IPM模块依次串联，所述IPM模块的控制端与PWM输出电路连接，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，所述中央处理器采用STM32F4系列微控制器；所述模拟量输入模块分别与温度传感器和压力传感器连接；所述开关量输入模块包括键入接口电路和I/O输入电路，所述键入接口电路与键入模块连接，所述I/O输入电路的输入端与生产工艺控制系统连接，输出端通过光电隔离电路与中央控制器连接；所述雨量检测电路与雨量传感器连接；所述电机参数检测模块与IPM模块连接；所述转速转矩检测模块与设置在引风机电机输出轴上的转速转矩传感器连接；所述控制信号输出模块与脉冲控制阀连接；所述通讯接口电路包括主RS485接口和从RS485接口，所述主RS485接口与净化空气测量仪连接，所述从RS485接口与生产工艺控制系统连接；所述GPRS通讯模块通过RS232接口与中央控制器连接，并通过GPRS无线通信网络与监控中心的上位机相连接；所述Zigbee通信模块与其它车间一体化控制器的Zigbee通信模块相连接；所述PWM输出电路采用变频控制的PWM输出电路，输入端通过光电隔离电路与中央控制器连接，输出端与IPM模块的控制端连接；所述整流模块的输入端通过控制电路接入动力电，所述IPM模块的输出端与引风机电机连接。
2.根据权利要求1所述的一种应用于脉冲除尘优化处理的一体化控制器，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优化处理的一体化控制器，其特征是，还包括RJ45接口，所述RJ45接口设置在壳体内电路主板上且与中央处理器连接。
4.根据权利要求1至3任一项所述的一种应用于脉冲除尘优化处理的一体化控制器，其特征是，所述电源模块包括基于TOP247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稳压后再进行降压变成DC3.3V电压为中央控制器提供工作电压。
5.根据权利要求1至3任一项所述的一种应用于脉冲除尘优化处理的一体化控制器，其特征是，所述存储模块包括SD卡槽和SD卡。
6.根据权利要求1至3任一项所述的一种应用于脉冲除尘优化处理的一体化控制器，其特征是，所述控制信号输出模块包括5组可扩展8路脉冲阀控制模块，所述的可扩展8路脉冲阀控制模块分别通过光电隔离电路与中央控制器连接。
7.根据权利要求1至3任一项所述的一种应用于脉冲除尘优化处理的一体化控制器，其特征是，所述I/O输出电路包括2路I/O输出电路，所述的两路I/O输出电路分别连接两个互锁继电器，所述的两个互锁继电器设置在动力电的控制电路回路中。
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