基于压差控制的脉冲除尘控制仪的设计

1.引言

在现代工业生产中，含尘气体净化应用的领域十分广泛，比如金属切屑、玻璃陶瓷工业等的高温烟气净化，水泥回转窑的尾气处理等。当前市场主要采用与过滤气体流动方向相反的高压脉冲气体，从过滤管内向外脉冲反吹，过滤介质上吸附的滤尘被反吹抖落，确保滤尘的性能，使得吸尘器能够持续稳定的工作。本文设计的脉冲反吹除尘控制仪是以STC单片机为控制核心，可以根据实时测量除尘器内部和除尘罩口的压力差大小来决定脉冲反吹的动作过程，克服了单纯按照定时来动作的状态，能够可靠、精确、快速地控制反吹脉冲的宽度和间隔。该控制仪结构简单、实时性强、智能化高、能耗降低，在工业生产领域具有广泛应用价值。

2.脉冲除尘控制仪的工作原理

图1 脉冲控制仪总体结构

图2 主控模块

脉冲除尘器在风机动力的作用下，除尘器内部和除尘罩口形成负压环境，含尘气流在压差的驱动下进入除尘器，在流经除尘介质时，粉尘会粘附在过滤网上。随着时间的推移，会严重影响除尘的性能。现在通过控制仪智能地向脉冲阀输入脉冲信号，高压脉冲气流反吹滤尘介质，将粘附的粉尘喷吹下来，从而达到回收粉尘，滤清气体的目的。

3.系统硬件设计与实现

该控制仪以STC10F04XE单片机为核心，采用软硬件结合方式，实现控制要求。它由单片机、电源模块、压差测量模块、输出驱动模块、显示模块和键盘指示模块等组成。采用宏晶科技设计生产的单时钟/机器周期（1T）的STC10F04XE单片机，具有高速/低功耗/超强抗干扰能力的特点。该单片机有40个I/O，512个字节RAM，5K字节EEPROM，4K字节可编程Flash，2个定时计数器等资源。

图3 键盘和显示模块

图4 输入和输出模块

图1为其系统结构，脉冲反吹除尘控制仪是在单片机控制下工作，操作人员可以通过按键输入设定脉冲宽度、脉冲间隔时间和控制脉冲阀的路数。当单片机接受到压差信号后，就可以通过继电器对外部设备进行控制，同时输入信息可以通过显示系统反馈给操作人员。

3.1 CPU主控模块

主控模块见图2，STC10F04XE单片机的P0、P1和P2口接24路输出，通过24V DC继电器直接驱动脉冲阀；P3.5，P3.6，P3.7接三个键盘输入，P4口接显示数码管。

3.2 键盘和显示模块

设置了3个按钮，分别是“设定”，“＋”和“－”键。两个数码管可以分时显示“脉宽”、“脉冲间隔”、“输出路数”。脉冲宽度设定范围0.01～0.99秒，脉冲宽度设定范围1～99秒，输出路数1～24可选。键盘和显示模块见图3。

3.3 信号输入和输出模块

当系统测量到除尘器内部和除尘罩口的压力差超过设定值时，3路控制信号经压差模块转换后，再通过光耦817的隔离和施密特触发器74HC14的波形整形，送入到P3口。单片机产生控制信号在P0、P1和P2口以继电器输出的方式去驱动24路脉冲阀，产生反吹动作。同一时间只能有一路动作。

本系统输出时，可以实时检测压力差，与预先的设定值相比较，确定是否产生反吹脉冲；也可以手动设定开启脉冲阀的路数，在根据设定的脉宽和间隔，进行循环顺序输出。在脉冲阀产生输出的同时，相应通道有指示反馈信号，告知用户哪路在动作。输入和输出模块见图4。

3.4 远程传送模块

本控制仪带有远程输入端、4-20mA输出端和RS232标准串行接口。远程输入端可通过接口界面远程控制系统的启停，4～20mA输出端用于将压差值转换成对应的电信号后远传，RS232串口用于痛上位机通信：上传运行状态参数，接受上位机控制命令。

4.软件实现

单片机通过定时器、计数器对发出的脉冲进行控制，通过键盘扫描程序来扫描按键情况，通过有选择性循环显示来对数码管进行控制。

系统软件采用模块化设计，有主功能模块和四个子功能模块组成，子功能模块包括AD转换及处理模块、输出控制模块、定时器中断模块和远程监控模块。

主功能模块：上电完成初始化，完成寄存器、定时器的参数设置。进入主程序循环后设置喂狗标志，查询按键状态，控制系统运行。

AD转换及处理模块：根据测量值求出对应差值，根据预置的导通和间隔时间参数计算脉冲阀导通和间隔时间，与预置压差比较，设定运行状态及状态标识。

输出控制模块：输出模块根据AD处理子程序计算的脉冲阀导通和间隔时间定时完成设定路数的脉冲阀的导通与关断，采用T1定时中断形式。

远程监控模块：这是本系统的拓展功能，采用串口中断方式实现痛上位机的通信。

5.结束语

基于负压差控制的脉冲除尘仪，是可以根据实时测量除尘器内和除尘罩口的压力差大小来决定脉冲反吹的动作过程，克服了传统按照定时来动作的状态。当压力差小于设定值时，说明除尘器吸尘通道的气体流动通畅，可以不进行反吹；当压力差大于设定值时，说明除尘器的滤尘介质对气流有明显阻碍，需要进行反向喷吹，这样就可以对带有脉冲除尘装置的吸尘动作采取有效地控制，既保证了除尘装置的工作效率，又节约了电磁阀、压缩机等的能耗。该脉冲除尘仪是节能环保产品中的一个重要的配套装置，在目前国内工业除尘器行业中有广泛的需求，既创新改进了袋式除尘器脉冲反吹的定时设计，又体现了除尘器装置在节能减排上的应用。

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