新型袋式除尘器脉冲控制仪的设计.docx
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新型袋式除尘器脉冲控制仪的设计
封面
专业：
电子电器
班级：
技师电子05.1
姓名：
学号：
056130149
学号：
056130149
姓名：
学制：
3.5年
专业：
电子电器
班级：
技师电子05.1
班主任：
设计题目：
除尘器新型袋式脉冲控制仪
指导教师：
职务和职称：
教师
新型袋式除尘器脉冲控制仪的设计
摘要
第一章工业除尘器的国内外应用现状······························3
1.1除尘器应用现状················································5
1.2脉冲控制仪的意义，流程，基本功能······························6
1.3新型脉冲反冲式袋式除尘器特点及应用前景························6
1.4袋式除尘器具有的优点··········································7
1.5袋式除尘器的应用··············································7
1.6袋式除尘器的清灰方式··········································7
1.7脉冲喷吹清灰方式··············································8
1.8袋式除尘器结构原理············································8
1.9脉冲喷吹式布袋除尘器的基本组件································9
第二章硬件构造··············································10
2.1系统原理······················································10
2.2硬件设计·······················································11
第三章软件框图，编程思路····································13
3.1单片机的相关内容简介··········································13
3.2软件设计·······················································17第四章安装及调试··············································20
4.1安装方法·······················································20
4.2设置···························································21
4.3运行方式选择···················································22
4.4调试过程中可能出现的问题·······································23
第五章总结······················································23
致谢·······························································24
参考文献···························································24
新型袋式除尘器脉冲控制仪的设计
摘要
针对现在除尘器的诸多不足，在这里本文详细介绍了脉冲袋式除尘器的硬件结构、工作原理以及此系统的优点,还在硬件方面重点介绍了脉冲的发生与系统的稳定性的兼容设计，软件方面重点介绍了单片机的脉冲发生程序的设计。
并给出了有关控制软件的流程图和功能图,阐述了脉冲喷吹控制仪的优点和编程方法，还有实际运行的诸多问题。
关键词：
脉冲喷吹控制仪，除尘器，单片机，光耦，数码管，锁存器。
第一章工业除尘器的国内外应用现状
根据国家环保总局测算,我国环境问题所造成的损失约占国民生产总值的10%,污染问题已经十分严重,因此环保要求也日趋严格,国家已经对烟尘及SO2的排放提出更加严格的要求。
一部分地方环保部门提出了更严格的要求,北京市烟尘和SO2的排放允许质量浓度严于很多先进国家标准,目前四电场静电除尘器改为五电场、六电场也很难满足上述要求。
与此同时,SO2排放标准也相应提高。
为减少排放,许多电厂将燃用低硫煤或采取相应的脱硫设施,从而导致静电除尘器的除尘效率下降,尤其对于煤中硅、铝含量超过85%的电厂,采用静电除尘器处理的烟尘排放质量浓度已远远达不到环保要求。
根据当前形势,静电除尘器改造为布袋除尘器已经势在必行。
1.1除尘器应用现状
除尘装置的选择以静电除尘器和布袋除尘器为主。
20世纪70年代静电除尘器在国内就已经应用于火力发电厂,如吉林热电厂、保定发电厂。
1974年福建邵武电厂在锅炉改造时首次采用国产双室二电场静电除尘器。
经过多年的开发应用,静电除尘器技术成熟,除尘效率较高,目前已被广泛应用于电力、冶金、化工等行业。
20世纪80年代开始,我国就在部分电厂就布袋除尘器处理锅炉尾部烟气进行了尝试,由于受当时工艺水平的限制,滤料质量不过关,滤袋破损,导致除尘效率低,换袋频繁,加之工作条件差,致使布袋除尘器没有得到推广应用。
近年来,随着滤布材料制造技术的发展,袋式除尘器在滤布的强度、耐高温、耐腐、耐磨等方面都有很大的提高。
通过工程实践,火力发电厂锅炉尾部烟气处理采用布袋除尘器是完全可行的,它除尘效率高,一次性投资省,设备占地小相对于四电场以上电除尘器,运行成本及排污收费低。
尤其是由于制造技术的发展,滤袋的腐蚀、磨损等问题都得到了有效地解决,为袋式除尘器的应用提供了有力保证。
另外,由于除尘器的运行、故障及异常诊断均采用自动化监控管理,其操作管理均较简便。
影响袋式除尘器性能的主要因素是清灰方式、滤料特性、过滤风速等，所以可以认为这些参数对袋式除尘器的结构、性能以及适用范围等具有决定性的影响。
1.2脉冲控制仪的意义，流程，基本功能
脉冲控制仪是脉冲袋式除尘器喷吹清灰系统的主要控制装置。
流程：
它的输出信号控制电磁脉冲阀喷吹压缩空气对滤袋循序清灰，使除尘器的阻力保持在设定的范围内，以保证除尘器的处理能力和收尘效率。
同时设有压差控制仪输入接点，接上压差控制仪后，可以定压差清灰。
本控制仪的输出是由专用芯片控制，输出位数可根据需要用按键分别设定，从而完成控制电磁脉冲阀的开启和关闭。
同时发光二极管依次显示电磁阀工作顺序。
脉冲间隔、脉冲宽度、脉冲周期间隔和输出位数用数码管显示，便于观察和设定。
该控制仪亦可做脉冲信号发生器用，在电气、气动回路中做定时控制。
如：
控制电磁阀、继电器等输出。
使用方法
图1
1.3新型脉冲反冲式袋式除尘器特点及应用前景
电除尘器和袋式除尘器是公认的高效除尘设备，电力行业中使用电除尘器已较普遍。
我国电站采用电除尘器普遍存在以下几方面问题:
电除尘器具有以下的一些优点：
a烟气通过设备的压力损失低。
一般只有几十毫米水柱。
b可以用的温度范围较广，从零点到金属的温度极限。
c对亚微米和粗粒子的除尘效率高。
d如运行得当，需要的维护工作量少。
电除尘器的缺点是：
1.锅炉工况和负荷的变化等能影响其净化效率，从而导致排放浓度不稳定。
2.燃用煤质的改变粉尘比电阻变化影响其净化效率。
3.在维修时一般需要设备停止运行。
随着电站循环流化床锅炉的发展,完善袋式除尘器设计,利用袋式除尘器解决电除尘器问题是一种有效途径。
1.4袋式除尘器具有的优点：
1浓度低。
袋式除尘器排出的粉尘浓度低，一般可低于50mg/m3，甚至可达10mg/m3。
而对低硫煤和灰份高的煤，电除尘器要达到这么低的浓度就有一定难度，或要增加较多的投资。
2滤料特性好。
排出的浓度可不受粉尘的比电阻、浓度、粒度等性质的影响。
锅炉负荷的变化、烟气量波动对袋式除尘器出口排放浓度的影响不大。
3结构新颖。
一般袋式除尘器采用分室结构，并在设计中留有余地，使除尘器可轮换检修，而不影响锅炉的运行。
4价格便宜。
袋式除尘器的投资和运行费总计低于电除尘器。
1.5袋式除尘器的应用
国外袋式除尘器的应用：
工业发达国家很早就应用除尘设备来捕集锅炉所排放的颗粒。
五十年代，这些国家在发电厂以使用电除尘器为主，而工业锅则多使用多管旋风除尘器。
七十年代以后情况就有了变。
由于美国等国家对环境保护的要求愈来愈严，不但提高了烟的排放标准，而且加强了对排放硫氧化物的控制。
许多发电厂了符合限制排硫的标准，使用低硫煤，其结果虽然减少了硫的排，但同时也提高了烟尘的比电阻，以致降低了电除尘器的效率。
为袋式除尘器不受烟尘比电阻的影响，而且去除亚微米颗粒物能力比电除尘器还要好，从而受到了重视，逐渐得到了推广。
现成为一项成熟的技术，在发电锅炉和工业锅炉广泛地应用。
1.6袋式除尘器的清灰方式
袋式除尘器使用过程中的关键工序是清灰再生，滤袋清灰是保证袋式除尘器可持续使用的必不可少的措施，因为滤袋表面积灰后，必然减少了滤料的孔隙率，使阻力增加。
而滤料的阻力增加到一定程度时，过滤效率将不再增加，反而会有所下降，因为阻力增大即滤料所受的压差增大，尘粒就会从滤料最薄弱的地方通过，其数量会随着阻力的增加而增大。
对于风机来说，按风机的工作性能，随着系统阻力的增加风量就会减小，因此当滤袋表面集尘量达到一定值时，必须把滤袋上的积聚的粉尘层清除到一定程度，使滤袋再生，恢复必要的透气性，使之具有继续除尘的功能。
对除尘器清灰的基本要求是从滤料表面迅速、均匀地清落沉积的粉尘，同时又能保持一定的粉尘初层，并且不损伤滤袋和消耗较少的动力。
清灰效果的优劣直接影响除尘器的阻力、效率、滤料使用寿命和除尘系统运行的效益。
袋式除尘器常用的清灰方法有简易清灰、机械清灰和气流清灰（逆气流、脉冲喷吹）三大类。
1.7脉冲喷吹清灰方式
脉冲喷吹清灰一般是借助空气压缩机，向袋滤室内的文氏管吹入高压高速的脉冲喷吹过程中，滤袋产生瞬间的脉冲膨胀变形，产生有利于滤袋表面粉尘脱落的冲击力，使粉尘断裂剥落，达到清灰的目的。
压缩空气，使文氏管内部造成局部负压，从而诱导周围空气进入滤袋内。
脉冲喷吹清灰按照喷吹气源的压力不同，分为高压脉冲喷吹和低压脉冲喷吹两类
在脉冲喷吹清灰包括脉冲喷吹和环隙喷吹清灰两种方式，这两种清灰方式一般都用于外滤式圆袋形除尘器上，也用于近年新发展起来的滤筒式除尘器，它可以在不停风状态下进行清灰即在线清灰。
脉冲喷吹清灰每次喷吹喷入的压缩空气量不很多，对过滤风速及阻力影响较小，运行比较稳定，清灰效果较好，是国外上世纪60年代推广使用的高效清灰技术，也是目前国内多数袋式除尘器采用的主要清灰方式之一。
处理风量大，除尘效率高，滤袋在清灰过程中可不中断正常的过滤工作是脉冲喷吹清灰的优点。
1.8袋式除尘器结构原理
袋式除尘器也称为过滤式除尘器,是一种干式高效除尘器,
制作原理：
利用纤维编制物制作的袋式过滤元件来捕集含尘气体中固体颗粒物。
作用原理：
是尘粒在绕过滤布纤维时因惯性力作用与纤维碰撞而被拦截。
细微的尘粒受气体分子冲击（布朗运动）不断改变着运动方向,由于纤维间的空隙小于气体分子布朗运动的自由路径,尘粒便与纤维碰撞接触而被分离出来。
相关元素：
工作过程与滤料的编织方法、纤维的密度及粉尘的扩散、惯性、遮挡、重力和静电作用等因素及其清灰方法有关。
材料特性：
布材料是布袋除尘器的关键;性能良好的滤布,除特定的致密度和透气性外,还应有良好的耐腐蚀性、耐热性及较高的机械强度,耐热性能良好的纤维,其耐热度目前可达到250～350℃。
清灰分类：
袋式除尘器按清灰方式的不同可分为振动式、气环反吹式、脉冲式、声波式及复合式等5种类型。
清灰原理：
脉冲喷吹式布袋除尘器由于其脉冲喷吹强度和频率可进行调节,清灰效果好,是目前世界上最为广泛应用的除尘装置。
含尘气体从袋式除尘器入口进入后,由导流管进入各单元室,在导流装置的作用下,大颗粒粉尘分离后直接落入灰斗,其余粉尘随气流均匀进入各仓室过滤区,过滤后的洁净气体透过滤袋经上箱体、提升阀、排风管排出。
随着过滤工况的进行,当滤袋表面积尘达到一定厚度时,由清灰控制装置差压或定时、手动控制按设定程序关闭提升阀,控制当前单元离线,并打开电磁脉冲阀喷吹,抖落滤袋上的粉尘。
落入灰斗中的粉尘经由卸灰阀排出后,利用输灰系统送出。
1.9脉冲喷吹式布袋除尘器的基本组件
脉冲喷吹式布袋除尘器由滤袋组件、导流装置、脉冲喷吹系统、出灰系统、控制系统、离线保护系统、箱体等组成。
1滤袋集成 滤袋框架、布袋及挂袋板的连接设计采用了自锁装置,安装和更换方便,能有效延长滤袋使用寿命。
2导流装置 采用国际上先进的进风方式,设计了独特的烟气分配装置,可分配含尘气体,并对大直径颗粒进行分离,避免含尘气体冲刷滤袋,以提高整个除尘装置的效率及滤袋使用寿命。
3.脉冲喷吹系统 脉冲系统由反冲联箱、电磁脉冲阀、承压接头、喷嘴管、支架等组成。
在每个滤袋上部,均有1根压缩空气喷嘴管,运行时一般设定每一排滤袋每隔10脉冲反吹清灰1次,定时器启动1次电磁阀,将脉冲反吹空气喷入滤袋内清灰。
4控制系统 主要由脉冲喷吹控制仪、电脑控制柜、热电阻温度计、静压测点、料位指示器和测量元件组成。
5离线保护系统 主要由旁路阀、喷雾降温系统、测温仪、压力检测装置、滤袋检漏装置组成。
第二章硬件构造
2.1、系统原理
脉冲喷吹控制仪是在单片机控制下工作，并设有人机接口，操作人员可以通过按键来输入信息，这些信息经单片机处理后又通过输出端子对外部设备进行控制。
输入信息通过显示系统反馈给操作人员，以便进行下一步操作。
图1为仪器结构及原理框图。
图1原理图
Fig.1theelementpictureofthedevice
2.2、硬件设计
脉冲喷吹控制仪具体组成部件及其连接见图2
1〉光耦tlp52
TLP521光耦的1、2两个脚是发光侧，3、4两个脚是受光侧。
1、1－2脚之间并联电阻是分流作用，防止发光二极管暗亮产生误动作。
2、以TLP521－1为例，输出端为NPN型光电三极管结构，3脚为发射极，4脚为集电极，受光点为基极，接
线方式有两种：
（1）3脚下拉电阻接地，4脚接＋5V，3脚为I/O输出端，这种接法导通输出为1，截止输出
为0。
（2）4脚上拉电阻接＋5V，3脚接地，4脚为I/O输出端，这种接法导通输出为0，截止输出为1
2〉地址锁存器74ls273
74LS273是8位数据/地址锁存器，是一种带清除功能的8D触发器，1D～8D为数据输入端，1Q～8Q为数据输出端，正脉冲触发，低电平清除，常用作8位地址锁存器。
D0～D7：
出入；Q0~Q7：
输出；第一脚WR：
主清除端，低电平触发，即当为低电平时，芯片被清除，输出全为0（低电平）；CP（CLK）：
触发端，上升沿触发，即当CP从低到高电平时，D0~D7的数据通过芯片，为0时将数据锁存，D0~D7的数据不变。
3〉7805
7805是我们最常用到的稳压芯片其中1接整流器输出的+电压，2为公共地（也就是负极），3就是我们需要的正5V输出电压了
4〉7824是一种稳压元件，输出电压为24伏特
5〉Mosfet场效应管（MetalOxideSemiconductorFET）。
MOS场效应管有增强型（EnhancementMOS或EMOS）和耗尽型（Depletion）MOS或DMOS）两大类。
场效应管有三个电极：
D（Drain）称为漏极，相当双极型三极管的集电极；
G（Gate）称为栅极，相当于双极型三极管的基极；
S（Source）称为源极，相当于双极型三极管的发射极
二极管1n4007
2w10整流桥
整流桥就是将整流管封在一个壳内了.分全桥和半桥.全桥是将连接好的桥式整流电路的四个二极管封在一
起.半桥是将两个二极管桥式整流的一半封在一起,用两个半桥可组成一个桥式整流电路,一个半桥也可以
组成变压器带中心抽头的全波整流电路
脉冲喷吹控制仪本身就是一个单片机系统，系统采用ATMAGE8515单片机，它的优点在于它是一款基于AVRRISC的、低功耗CMOS的8位单片机，使得设计人员可以在功耗和执行速度之间取得平衡。
它本身带有8K字节具可编程Flash,看门狗保护电路，以及EEPROM,使得单片机不用进行外部扩展。
串行输出采用74LS164，同时采用三位一体的ARK-SP410561K共阳极数码管，采用循环显示的方式，由于单片机的引脚有限，上述设计可以在最大限度内节省单片机的引脚，但是又不影响仪器的工作性能，以便扩展更多的输出位数。
本仪器采用74LS273进行输出的并行扩展，74LS273是单片集成正沿触发的触发器，它用直接清零输入执行D型触发器的逻辑功能。
符合建立时间要求的D输入端上的信息，在时钟脉冲的正跃变沿上传到Q输出端，时钟的触发产生于特定的电压电平上，且不直接同正跃变脉冲的跃变时间有关。
当时钟输入处于高电平或处于低电平时，D输入的信号在输出端处没有影响。
74LS273的特点是含有单向输出的8个触发器、缓冲的时钟输入和直接的清零输入、接每个触发器有单独的数据输入、可用于：
缓冲/存放寄存器、移位寄存器、图案发生器。
因此用它来进行并行扩展对该仪器是最适合的。
TLP521-4光电耦合器是一种在将输入侧进入的信号从输出侧送出时，可实现电力绝缘的元件。
通常的半导体元件只有1个GND端子，而光耦在输入侧和输出侧分别有一个GND端子，各自在内部电力绝缘。
为了绝缘，要在内部先将电信号转换为光信号，然后再将该光信号恢复为电信号。
光耦的作用就是对输入输出信号进行光电隔离，对单片机起到保护作用，防止外部信号对单片机进行干扰。
信号经过光耦后传到MOS管。
在一般电子电路中，MOS管通常被用于放大电路或开关电路。
它作为开关电路的优点在于响应开关速度快，导通电阻小。
信号通过MOS管传到输出端子上，对电磁阀进行开断控制。
在清灰系统中，用到电磁阀这样具有较大电感量的元件，当电感回路的电流被切断时，会产生很大的反电动势而形成噪声干扰。
这种反电动势甚至可能击穿电路中晶体管之类的器件，反电动势形成的噪声干扰能产生电磁场，对单片机应用系统中其他电路产生干扰。
在电磁阀两端加上一个1N4007二极管，可以有效抑制干扰。
脉冲喷吹控制仪发出脉冲的宽度、周期间隔以及输出位数都可以通过按键来设定，此外还有一个手进按钮，可以手动对电磁阀工作情况进行检测。
脉冲宽度0-999ms可调，周期0-99s可调，周期间隔0-999s可调，输出位数可任意设定。
电源系统是用变压器把AC220V变成AC5V和AC24V，然后进行整流，稳压，滤波，转化成稳定的DC5V给单片机系统提供电源，DC24V给电磁阀提供电源。
第三章软件框图，编程思路，
3.1单片机的相关内容简介
（1）ATmega8515（L）引脚说明
VCC数字电路的电源
GND地
端口A（PA7..PA0）端口A为8位双向I/O口，具有可编程的内部上拉电阻。
端口B（PB7..PB0）端口B为8位双向I/O口，具有可编程的内部上拉电阻。
端口C（PC7..PC0）端口C为8位双向I/O口，具有可编程的内部上拉电阻。
。
端口D（PD7..PD0）端口D为8位双向I/O口，具有可编程的内部上拉电阻。
端口E（PE2..PE0）端口E为3位双向I/O口，具有可编程的内部上拉电阻。
端口A——E，它们的输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。
作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，则端口被外部电路拉低时将输出电流。
在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口都处于高阻状态。
RESET复位输入引脚。
持续时间超过最小门限时间的低电平将引起系统复位。
持续时间小于门限时间的脉冲不能保证可靠复位。
XTAL1反向振荡放大器与片内时钟操作电路的输入端。
XTAL2反向振荡放大器的输出端。
（2）AVRCPU内核
CPU的主要任务是保证程序的正确执行。
能够访问存储器、执行运算、控制外设以及处理中断。
AVR采用了Harvard结构获得最高的性能以及并行性，具有独立的数据和程序总线。
程序存储器里的指令通过一级流水线运行。
CPU在执行一条指令的同时读取下一条指令（在本文称为预取）。
这个概念实现了指令的单时钟周期运行。
程序存储器是可以在线编程的Flash。
快速访问寄存器文件包括32个8位通用工作寄存器，访问时间为一个时钟周期。
实现单时钟周期的ALU操作。
寄存器文件里有6个寄存器可以用作3个16位的间接寻址寄存器指针以寻址数据空间，实现高效的地址运算。
其中一个指针还可以作为程序存储器查询表的地址指针。
这些附加的功能寄存器即为16位的X、Y、Z寄存器。
ALU支持寄存器之间以及寄存器和常数之间的算术和逻辑运算。
ALU也可以执行单寄存器操作。
运算完成之后状态寄存器的内容得到更新以反映操作结果。
（3）AVRATmega8515存储器
本节讲述ATmega8515的存储器。
AVR结构具有两个主要的存储器空间：
数据存储器空间和程序存储器空间。
此外，ATmega8515还有EEPROM存储器以保存数据。
这三个存储器空间都为线性的平面结构。
存储器ATmega8515
存储器ATmega8515具有8K字节的在线编程Flash，用于存放程序指令代码。
用户程序的安全性要根据Flash程序存储器的两个区：
引导（Boot）程序区和应用程序区，分开来考虑。
Flash存储器至少可以擦写10,000次。
ATmega8515的程序计数器（PC）为12位，因此可以寻址4K字的程序存储器空间。
SRAM数据存储器
前608个数据存储器包括了寄存器文件、I/O存储器及内部数据SRAM。
起始的96个地址为寄存器文件与I/O存储器，接着是512字节的内部数据SRAM。
ATmega8515还可以访问直到64K的外部数据SRAM。
其起始紧跟在内部SRAM之后。
在普通模式下，寄存器文件、I/O存储器、扩展的I/O存储器以及内部数据SRAM占据了低608字节。
因此，在使用外部存储器时普通模式只能有64928字节。
外部存储器接口”。
当访问SRAM的地址超出内部SRAM的地址时，MCU将对外部SRAM寻址（指令相同）。
访问内部SRAM时读/写锁存信号（PD7和PD6）无效。
若要访问外部SRAM，必须置位MCUCR的SRE。
访问外部SRAM比访问内部的要多一个时钟周期，这意味着LD、ST、LDS、STS、LDD、STD、PUSH和POP指令将多一个时钟周期。
数据寻址模式分为5种：
直接寻址，带偏移量的间接寻址，间接寻址，预减的间接寻址，以及后加的间接寻址。
寄存器R26到R31为间接寻址的指针寄存器。
直接寻址的范围为整个数据空间。
带偏移量的间接寻址模式寻址到Y、Z指针给定地址附近的63个地址。
带预减和后加的间接寻址模式要用到X、Y、Z
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