基于壓差控制的脈沖除塵控制儀的設計

1.引言

在現代工業生產中，含塵氣體凈化應用的領域十分廣泛，比如金屬切屑、玻璃陶瓷工業等的高溫煙氣凈化，水泥回轉窯的尾氣處理等。當前市場主要采用與過濾氣體流動方向相反的高壓脈沖氣體，從過濾管內向外脈沖反吹，過濾介質上吸附的濾塵被反吹抖落，確保濾塵的性能，使得吸塵器能夠持續穩定的工作。本文設計的脈沖反吹除塵控制儀是以STC單片機為控制核心，可以根據實時測量除塵器內部和除塵罩口的壓力差大小來決定脈沖反吹的動作過程，克服了單純按照定時來動作的狀態，能夠可靠、精確、快速地控制反吹脈沖的寬度和間隔。該控制儀結構簡單、實時性強、智能化高、能耗降低，在工業生產領域具有廣泛應用價值。

2.脈沖除塵控制儀的工作原理

圖1 脈沖控制儀總體結構

圖2 主控模塊

脈沖除塵器在風機動力的作用下，除塵器內部和除塵罩口形成負壓環境，含塵氣流在壓差的驅動下進入除塵器，在流經除塵介質時，粉塵會粘附在過濾網上。隨著時間的推移，會嚴重影響除塵的性能。現在通過控制儀智能地向脈沖閥輸入脈沖信號，高壓脈沖氣流反吹濾塵介質，將粘附的粉塵噴吹下來，從而達到回收粉塵，濾清氣體的目的。

3.系統硬件設計與實現

該控制儀以STC10F04XE單片機為核心，采用軟硬件結合方式，實現控制要求。它由單片機、電源模塊、壓差測量模塊、輸出驅動模塊、顯示模塊和鍵盤指示模塊等組成。采用宏晶科技設計生產的單時鐘/機器周期（1T）的STC10F04XE單片機，具有高速/低功耗/超強抗干擾能力的特點。該單片機有40個I/O，512個字節RAM，5K字節EEPROM，4K字節可編程Flash，2個定時計數器等資源。

圖3 鍵盤和顯示模塊

圖4 輸入和輸出模塊

圖1為其系統結構，脈沖反吹除塵控制儀是在單片機控制下工作，操作人員可以通過按鍵輸入設定脈沖寬度、脈沖間隔時間和控制脈沖閥的路數。當單片機接受到壓差信號后，就可以通過繼電器對外部設備進行控制，同時輸入信息可以通過顯示系統反饋給操作人員。

3.1 CPU主控模塊

主控模塊見圖2，STC10F04XE單片機的P0、P1和P2口接24路輸出，通過24V DC繼電器直接驅動脈沖閥；P3.5，P3.6，P3.7接三個鍵盤輸入，P4口接顯示數碼管。

3.2 鍵盤和顯示模塊

設置了3個按鈕，分別是“設定”，“＋”和“－”鍵。兩個數碼管可以分時顯示“脈寬”、“脈沖間隔”、“輸出路數”。脈沖寬度設定范圍0.01～0.99秒，脈沖寬度設定范圍1～99秒，輸出路數1～24可選。鍵盤和顯示模塊見圖3。

3.3 信號輸入和輸出模塊

當系統測量到除塵器內部和除塵罩口的壓力差超過設定值時，3路控制信號經壓差模塊轉換后，再通過光耦817的隔離和施密特觸發器74HC14的波形整形，送入到P3口。單片機產生控制信號在P0、P1和P2口以繼電器輸出的方式去驅動24路脈沖閥，產生反吹動作。同一時間只能有一路動作。

本系統輸出時，可以實時檢測壓力差，與預先的設定值相比較，確定是否產生反吹脈沖；也可以手動設定開啟脈沖閥的路數，在根據設定的脈寬和間隔，進行循環順序輸出。在脈沖閥產生輸出的同時，相應通道有指示反饋信號，告知用戶哪路在動作。輸入和輸出模塊見圖4。

3.4 遠程傳送模塊

本控制儀帶有遠程輸入端、4-20mA輸出端和RS232標準串行接口。遠程輸入端可通過接口界面遠程控制系統的啟停，4～20mA輸出端用于將壓差值轉換成對應的電信號后遠傳，RS232串口用于痛上位機通信：上傳運行狀態參數，接受上位機控制命令。

4.軟件實現

單片機通過定時器、計數器對發出的脈沖進行控制，通過鍵盤掃描程序來掃描按鍵情況，通過有選擇性循環顯示來對數碼管進行控制。

系統軟件采用模塊化設計，有主功能模塊和四個子功能模塊組成，子功能模塊包括AD轉換及處理模塊、輸出控制模塊、定時器中斷模塊和遠程監控模塊。

主功能模塊：上電完成初始化，完成寄存器、定時器的參數設置。進入主程序循環后設置喂狗標志，查詢按鍵狀態，控制系統運行。

AD轉換及處理模塊：根據測量值求出對應差值，根據預置的導通和間隔時間參數計算脈沖閥導通和間隔時間，與預置壓差比較，設定運行狀態及狀態標識。

輸出控制模塊：輸出模塊根據AD處理子程序計算的脈沖閥導通和間隔時間定時完成設定路數的脈沖閥的導通與關斷，采用T1定時中斷形式。

遠程監控模塊：這是本系統的拓展功能，采用串口中斷方式實現痛上位機的通信。

5.結束語

基于負壓差控制的脈沖除塵儀，是可以根據實時測量除塵器內和除塵罩口的壓力差大小來決定脈沖反吹的動作過程，克服了傳統按照定時來動作的狀態。當壓力差小于設定值時，說明除塵器吸塵通道的氣體流動通暢，可以不進行反吹；當壓力差大于設定值時，說明除塵器的濾塵介質對氣流有明顯阻礙，需要進行反向噴吹，這樣就可以對帶有脈沖除塵裝置的吸塵動作采取有效地控制，既保證了除塵裝置的工作效率，又節約了電磁閥、壓縮機等的能耗。該脈沖除塵儀是節能環保產品中的一個重要的配套裝置，在目前國內工業除塵器行業中有廣泛的需求，既創新改進了袋式除塵器脈沖反吹的定時設計，又體現了除塵器裝置在節能減排上的應用。

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