張建波 秦海波

（濰坊派克漢尼汾過(guò)濾系統(tǒng)有限公司，濰坊 261031）

為進(jìn)一步提升環(huán)境質(zhì)量，我國(guó)制定了較為嚴(yán)苛的粉塵排放標(biāo)準(zhǔn)，如《煤炭工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》 （GB 20426—2006）、《啤酒工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》 （GB 19821—2005）等，并于2017年開(kāi)始實(shí)施《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 11/501—2017）。相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，為自動(dòng)化除塵器清灰控制的設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。

1 自動(dòng)化除塵器清灰控制的框架

在設(shè)計(jì)自動(dòng)化除塵器清灰控制整體框架時(shí)，需要遵循運(yùn)行可靠性、性能穩(wěn)定性、操作便捷性、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性與管理安全性原則，結(jié)合工業(yè)除塵現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行要求，使系統(tǒng)能夠自動(dòng)辨別、評(píng)價(jià)除塵器運(yùn)作情況，自適應(yīng)調(diào)整清灰參數(shù)，實(shí)現(xiàn)智能清灰。具體框架如圖1所示。

如圖1所示，自動(dòng)化除塵器清灰控制系統(tǒng)不僅包括除塵清灰控制系統(tǒng)、模擬量采集控制系統(tǒng)，而且包括通信系統(tǒng)、故障診斷報(bào)警系統(tǒng)[1]。除塵清灰控制系統(tǒng)主要包括智能控制/手動(dòng)控制兩種方式，覆蓋了引風(fēng)機(jī)控制、空壓機(jī)控制、排氣閥控制、卸灰閥控制和脈沖閥控制等多個(gè)模塊。清灰過(guò)程開(kāi)始時(shí)，需要先切斷凈氣出口風(fēng)道，促使對(duì)應(yīng)區(qū)域布袋處于無(wú)氣流通過(guò)狀態(tài)，進(jìn)而自動(dòng)開(kāi)啟脈沖閥利用壓縮空氣清灰，并促使灰塵沉降到灰斗內(nèi)。模擬量采集控制系統(tǒng)不僅需要完成入口氣壓檢測(cè)、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制與出口氣壓檢測(cè)等任務(wù)，而且需要完成轉(zhuǎn)速檢測(cè)、溫度檢測(cè)、噴吹氣壓檢測(cè)和煙霧濃度檢測(cè)等任務(wù)。通信系統(tǒng)主要選擇232通信、主從485通信模式。故障診斷報(bào)警系統(tǒng)不僅包括電機(jī)工作異常報(bào)警、電磁閥開(kāi)路檢測(cè)報(bào)警，而且包括煙霧濃度超限報(bào)警、溫度超限報(bào)警、壓力超限報(bào)警[2]。

2 自動(dòng)化除塵器清灰控制的硬軟件設(shè)計(jì)

2.1 硬件設(shè)計(jì)

自動(dòng)化除塵清灰控制硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

由圖2可以看出，自動(dòng)化除塵清灰控制硬件系統(tǒng)主要是以含32路脈沖電磁閥的STM32系列單片機(jī)為控制核心，以1路4～20 mA直流電流模擬信號(hào)輸出，從而滿足引風(fēng)機(jī)變頻器調(diào)整風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速空盒子要求；又以3路24 V歐姆龍繼電器輸出，從而滿足引風(fēng)機(jī)、空壓機(jī)、卸灰閥等外部設(shè)備開(kāi)關(guān)控制要求。同時(shí)，設(shè)置出口氣壓與含塵氣體入口氣壓檢測(cè)電路，通過(guò)記錄出口氣壓、含塵氣體入口氣壓差值確定除塵器運(yùn)行阻力，為基于壓差的脈沖清灰自動(dòng)控制提供依據(jù)，以4路有源輸入信號(hào)檢測(cè)電路滿足含塵氣體溫度、脈沖噴吹壓力、煙霧濃度、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速等參數(shù)檢測(cè)要求，以2路RS485通信接口滿足與上位機(jī)、下位機(jī)遠(yuǎn)距離信息交互及監(jiān)控操作要求。

在硬件電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，根據(jù)系統(tǒng)功能要求，可以借助于內(nèi)置功能模塊，將輸入與鍵盤、LED顯示器、電子式可清除程序化只讀存儲(chǔ)器（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM）、電源和光耦分別與單片機(jī)相連，其中光耦另外一端與驅(qū)動(dòng)電路相連，隔離單片機(jī)與輸出（超大功率輸出管、固態(tài)繼電器）規(guī)避負(fù)載干擾單片機(jī)。同時(shí)，單片機(jī)端設(shè)置有2個(gè)按鈕，能夠?yàn)榭刂茀?shù)人為修改提供依據(jù)。

2.2 軟件設(shè)計(jì)

自動(dòng)化除塵器清灰控制主要利用MDK開(kāi)發(fā)平臺(tái)，利用以固件函數(shù)庫(kù)為基礎(chǔ)的C語(yǔ)言編程法，基于模塊化設(shè)計(jì)思路自頂部向下進(jìn)行程序編寫[3]。在開(kāi)始界面，需要借鑒可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）中大面積應(yīng)用的循環(huán)掃描技術(shù)設(shè)計(jì)輸入密碼，并判斷輸入密碼正確與否。若密碼正確，則進(jìn)入除塵模式選擇，通過(guò)智能或手動(dòng)設(shè)定參數(shù)開(kāi)啟遠(yuǎn)程控制與除塵檢測(cè)，從而判定除塵參數(shù)（溫度/轉(zhuǎn)速/煙霧濃度/噴吹壓力/脈沖閥開(kāi)路）是否正確。若除塵參數(shù)正確，則啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，經(jīng)模糊智能算法程序除塵，在除塵規(guī)定時(shí)間到達(dá)后開(kāi)啟卸灰閥清理灰塵[4]?；谥鞒绦蚓帉憰r(shí)的漏洞（Bug）減控需要，可大量應(yīng)用定時(shí)器代替delay延時(shí)函數(shù)，如在自動(dòng)化除塵器脈沖噴吹清灰完成一個(gè)周期等待下一噴吹周期時(shí)，利用主控制板核心處理芯片進(jìn)行邏輯判斷，可以避免delay延時(shí)函數(shù)應(yīng)用時(shí)出現(xiàn)的除塵急停、系統(tǒng)癱瘓問(wèn)題。同時(shí)，基于程序編寫需求，利用布爾型變量的15個(gè)標(biāo)志位（Flag），在執(zhí)行某程序前需要先執(zhí)行另外一段程序，因此需要在另外一段程序執(zhí)行時(shí)設(shè)定標(biāo)志位為true，并將其作為是否為true的判斷條件。若是，則執(zhí)行某段程序，反之則不執(zhí)行某段程序。部分標(biāo)志位設(shè)置如下所示：

Extern bool T1ck_Flog_1ms;

Bool bel_key_status=FALSE;//下移鍵標(biāo)志

Bool ZhiNeng_FLAC=FALSE;//智能模式啟停標(biāo)志位

軟件設(shè)計(jì)過(guò)程中，除主程序外，還需要進(jìn)行中斷程序編寫。中斷程序包括啟動(dòng)中斷服務(wù)、保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)、計(jì)算中斷時(shí)間、恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)、中斷范圍等幾個(gè)模塊。

3 自動(dòng)化除塵器清灰控制的功能實(shí)現(xiàn)

在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化除塵器清灰控制功能過(guò)程中，輸入變量、輸出變量的模糊化處理至關(guān)重要。基于實(shí)際運(yùn)行中每一除塵器運(yùn)行阻力的上下限差異，可以設(shè)定除塵器內(nèi)外壓差的安全上限、下限分別為1.8 kPa、1.2 kPa， 壓氣壓強(qiáng)開(kāi)關(guān)報(bào)警控制線為4.0～5.0 kPa（回差為0.8 kPa），控制目標(biāo)壓強(qiáng)差則為0.65 MPa[5]。此時(shí)，可設(shè)定模糊控制輸入變量除塵器壓強(qiáng)差輸入最大值為 0.3 kPa，最小值為-0.3 kPa。同時(shí)，設(shè)定除塵器壓強(qiáng)差變化量輸入最大值為0.1 kPa，最小值為-0.1 kPa，輸入變量的量化因子為10。在這一基礎(chǔ)上，設(shè)置4條溫度控制線，每條溫度控制線最低溫度為（0±0.02）℃， 最高溫度為（300±0.02）℃。系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境溫度最低為-25 ℃，最高為55 ℃，相對(duì)濕度在90.0%以內(nèi)。在參數(shù)設(shè)定完畢后，在Matlab模糊推理平臺(tái)內(nèi)，利用Fuzzy logic工具，選擇Defuzzification菜單下的Centroid法，完成模糊推理。在模糊推理過(guò)程中，可以通過(guò)單擊開(kāi)始按鈕獲得入口氣壓波動(dòng)圖，然后根據(jù)波動(dòng)圖了解波動(dòng)周期及幅值，實(shí)現(xiàn)對(duì)除塵器入口氣壓波動(dòng)值數(shù)據(jù)追蹤。根據(jù)數(shù)據(jù)追蹤情況，可以為氣壓校準(zhǔn)與系統(tǒng)聯(lián)調(diào)提供依據(jù)，實(shí)現(xiàn)清灰自動(dòng)化控制。

4 結(jié)語(yǔ)

脈沖噴吹袋式除塵器是一種除塵效率超99.9%的高效除塵設(shè)備，在工業(yè)飛塵治理方面的應(yīng)用范圍較廣。基于袋式自動(dòng)化除塵器智能化、可靠性運(yùn)作要求，可以利用STM32系列高速處理芯片，經(jīng)RS232、RS485接口與顯示屏、上位機(jī)進(jìn)行信息交互。同時(shí)，基于模塊化設(shè)計(jì)思路，在MDK開(kāi)發(fā)平臺(tái)上調(diào)用軟件開(kāi)發(fā)工具進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換、系統(tǒng)數(shù)據(jù)存取、顯示等程序編寫，從而完成定頻率噴吹清灰的主程序控制。