电控技术在尘硝一体化设备脉冲喷吹系统中的优化与应用研究

0引言

在工业烟气治理中,除尘与脱硝是两项关键功能。传统上,这两种功能通常由独立的设备实现,这导致了设备占用空间庞大和成本高昂的问题。特别是在高温工业应用中,常规电除尘器的稳定性不足,可能对后续脱硝设备的运行安全造成影响。为解决这些问题,尘硝一体化设备应运而生。该设备通过采用与催化剂结合的滤筒,实现了除尘与脱硝功能的同步进行,显著减少了设备的占地面积和成本。

陶瓷滤筒作为尘硝一体化设备的核心组件,其使用寿命是产品设计的首要目标。脉冲喷吹系统的主要功能是及时清除陶瓷滤筒外表面的积尘,以实现清灰、降低系统阻力,并防止因粉尘堆积导致陶瓷滤筒承重增加而发生断裂。因此,脉冲喷吹系统对于设备的稳定运行及滤筒长期性能的保持具有决定性作用。

1脉冲喷吹系统的自动化控制设计

以某型号的尘硝一体化设备为例,该设备由8个仓室组成,每个仓室均配备420根陶瓷滤筒,滤筒的布局为21行×20列,整套设备共配置3 360根滤筒。脉冲喷吹系统每行配置一个脉冲喷吹阀,通过喷吹管对20根滤筒进行喷吹作业,共计配置168个脉冲喷吹阀。

电磁脉冲阀通过直流24 V电源和信号发生器(例如DCS系统或PLC系统)连接至脉冲阀的电磁线圈,从而实现脉冲阀的导通,启动对应仓室、行的喷吹工作。喷吹工作时间、间隔时间及控制逻辑由DCS系统或PLC系统程序进行设定,可根据实际需求灵活修改,控制精度较高。本项 目中,脉冲喷吹阀通过DCS系统I0通道进行控制,需要168个I0通道。

优势:采用工业自动化系统进行集成控制,可靠性高,控制方式灵活多变,可编辑性高,拓展改造方便,兼容性高。不足:I0通道多,成本较高。

2脉冲喷吹系统的单片机矩阵控制设计

本研究针对脉冲喷吹系统的电子化控制设计,以单片机等微处理器芯片为控制核心,通过模数转换(A/D转换)及电压频率转换(V/F变换)技术,实现电压信号及开关量信号的输出。电子化控制方案借鉴了电磁振打控制系统的架构,采用矩阵控制模式以降低输出控制回路的数量。矩阵控制模式通过行选电路板与列选电路板的组合控制,协同显示控制终端等外围设备,共同完成脉冲阀的开关动作及逻辑控制任务[1]。在本项目中,每块行选电路板与列选电路板均配置有8个控制通道,因此,构建控制系统需配备1块行选电路板与3块列选电路板。该控制系统主要包括电源板、主控板、行选电路板、列选电路板与显示控制终端,对应功能说明如下:

1)电源板功能:为电路提供电力供应,并为驱动电磁脉冲阀线圈提供必要的电源支持。

2)主控板功能与作用:作为控制系统的核心电路板,主控板固化了控制程序及逻辑。其依据预设参数,为行选、列选电路板提供必要的输出信号,并实现与终端的通信与信息交换。此外,主控板还负责存储运行数据及报警信息。

3)行选与列选电路板功能:每块电路板均配置有8个控制回路,这些回路分别与脉冲阀线圈的正负极相连。当特定行选电路板(图1)与列选电路板(图2)上的对应控制回路同时发出信号时,脉冲阀将被激活。具体而言,行选电路板的控制回路连接至相应仓室内所有脉冲阀电子线圈的正极,而列选电路板的控制回路则连接至所有仓室中对应序号的脉冲阀电子线圈的负极。

4)显示控制终端功能:该终端负责与主控板进行通信,允许用户设定电磁脉冲阀的相关参数,并展示运行数据以及报警信息。

技术优势分析:采用矩阵控制模式,本系统仅需29个输出控制回路即可实现对168个电磁脉冲阀的精确控制,显著节约了输出回路资源。不足:稳定性较弱。

3优化方向

通过实施行选与列选电路板控制策略,实现对脉冲阀的精确控制需依赖于控制主板的精确配合。具体而言,脉冲阀的行选与列选输出回路必须同步接通,以确保脉冲阀能够正常得电并执行其功能。此外,脉冲阀的正常开启时间设定为150 ms,这要求电路控制具备较高的时间精度。在实际应用中,该控制方式易出现控制精度不足、信号配合不灵敏以及开路等问题,同时电路板占用较大的控制柜安装空间。该控制方式涉及直接通断线圈,线圈产生的反向电动势易导致其他脉冲阀的误动作或对元器件造成冲击,从而增加故障率并缩短使用寿命。

若能融合工业自动化系统控制方案与单片机矩阵模式控制方案的各自优势,将能实现控制的灵活性与精确性,并提升系统的经济性。本研究的改进方向正是基于这一理念,旨在探索更为高效的控制策略。

4 方案设计

基于上述优化策略,设计的方案中,24 V电源输出及矩阵控制的行选、列选信号由工业自动化系统(例如DCS或PLC系统)提供,控制逻辑由中央控制器与控制层协同执行,隔离及保护回路由外部电路模块构成[2]。本研究项目采纳了DCS控制系统进行设计与实施,电磁脉冲阀控制回路的总体架构如图3所示。

通过29个输入/输出(IO)通道实现对8个行选回路和21个列选回路的输出控制,进而完成对168个电磁脉冲阀的开启与关闭功能。

外部隔离及保护回路的设计原理图如图4所示。

外部回路主要由输入电路、隔离电路(光电耦合器)、开关电路(功率晶体管)、保护电路(续流二极管)等关键组件构成。

在工作状态下,DCS系统通过输入端(IN+、IN—)发出控制信号,进而控制输出端(OUT+、OUT—)的导通与断开,实现开关功能。耦合电路的作用在于为控制信号提供一个输入与输出端之间的通道,同时在电气上隔离输入端与输出端,避免输出端对输入端产生影响。该电路采用的光耦合器具备高灵敏度、快速响应以及高绝缘耐压特性;触发电路负责生成符合要求的触发信号,放大输入的小电流以驱动开关电路;吸收保护电路则用于防止断开时产生的高电压冲击对负载造成损害,避免对开关电路产生冲击或干扰。

外部回路设计简洁且实用,所用元器件体积小巧,便于模块化设计的实现。结合本项 目的具体需求,最终决定将8个外部回路集成设计为一个模块,并将其应用于现场操作箱内。配合转换开关和触点开关的使用,该模块能够实现电磁脉冲阀的现场操作及检查功能,为后续设备的维护和巡检提供了便利。

5 安装调试

根据以上设计方案出图生产后,将脉冲阀控制箱安装在脉冲喷吹阀工作平台上,并通过控制电缆分别与DCS系统和脉冲阀电磁线圈连接,检查接线准确无误后,送电就地测试,就地控制功能符合设计要求,脉冲阀动作正常。切换至远程控制模式,测试脉冲阀远程控制及脉冲输出精度,经调试,脉冲阀远程控制功能符合要求,脉冲输出能达到毫秒精度控制要求,符合设计方案及现场使用要求。脉冲阀控制画面如图5所示。

6应用效益

基于前述设计,经过充分的论证与实验性测试,本设计已满足应用需求,并在实际项目中得到应用。其功能表现符合预期,运行状态稳定,获得了现场工程师及业主方的一致好评。此外,本设计的实施有效减少了对分布式控制系统(DCS)输入/输出(IO)通道的占用以及控制电缆的数量,从而为整个项 目降低了约3%成本。

7 结束语

本研究针对电磁脉冲阀控制系统进行了深入探讨,旨在确保系统稳定性与经济性的同时,对传统尘硝项目中电磁脉冲阀的控制策略进行创新性改进与优化。通过本研究提出的改进措施,控制系统得以更好地满足项目实际应用需求,并有效降低了相关设备的成本。经过实际应用验证,该改进方案被证实具有显著的实用性和广泛的适用范围,为尘硝项 目及其他类似设备的控制设计提供了新的思路。

[参考文献]

[1]谢小杰,吴晓霞.AZD新电磁振打控制系统的设计[C]//第十一届全国电除尘学术会议论文集,2005:436-439.

[2]李文芹.基于PLC的电磁振打控制系统的开发[J].微计算机信息,2005(18):63-64.

《机电信息》2025年第23期第19篇