分布式電除塵低壓控制系統(tǒng)

1、分布式電除塵低壓控制系統(tǒng)陳紀(jì)援福建龍凈環(huán)保股份有限公司 (364000)摘要：根據(jù)工程實(shí)踐及用戶要求，提出了一種分布式電除塵器低壓控制系統(tǒng)，具有技術(shù)先進(jìn)，可靠性高，大幅度節(jié)省造價(jià)的特點(diǎn)。同時(shí)介紹了CAN總線技術(shù)的應(yīng)用。 關(guān)鍵詞：靜電除塵器, 低壓控制系統(tǒng)，分布式，CAN總線Distributed Electrostatic Precipitator Low Voltage SystemChen JiyuanLongking Environmental Protection Ltd. (364000)Abstract: Based on practical project experience,

2、 a innovative distributed control system for electrostatic precipitator is developed, which is characterized by high reliability and cost saving. Also in this article, the application of CAN bus on precipitator is description. 1. 引言靜電除塵器是一種高效的空氣污染控制設(shè)備，廣泛使用在電力，建材，冶金等行業(yè)。電除塵低壓控制系統(tǒng)指靜電除塵器的振打，加熱，卸灰，倉(cāng)振等控制裝

3、置構(gòu)成的系統(tǒng)，是靜電除塵器正常運(yùn)行不可或缺的重要部分。一個(gè)低壓系統(tǒng)通常由若干個(gè)控制柜組成,并且放在控制室內(nèi),通過(guò)各種信號(hào)電纜，動(dòng)力電纜和除塵器上的電氣設(shè)備相連接。我們把這樣的電氣結(jié)構(gòu)稱之為“集中式”，理由很簡(jiǎn)單，因?yàn)樗械目刂乒穸技蟹旁谝粋€(gè)地點(diǎn)。然而，在工程實(shí)踐中，這種集中式的結(jié)構(gòu)時(shí)常受到挑戰(zhàn)，甚至根本不可行。例如，我們?cè)趶V東某電廠的改造項(xiàng)目上就遇到這樣的難題：控制室的電纜溝已經(jīng)布滿了電纜，無(wú)法容納新建除塵器的大量的動(dòng)力電纜，擴(kuò)建控制室又因地形限制而不可能。于是，我們提出了分布式低壓控制系統(tǒng)。分布式低壓控制系統(tǒng)是將控制柜（箱）以就近被控電氣對(duì)象的原則，分散地放在除塵器的有關(guān)部位。這樣，大量的

4、電纜不必引入控制室，只需少數(shù)控制電纜，甚至一條通訊電纜進(jìn)控制室，解決了電纜溝放不下的問(wèn)題。2. 分布式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)筑一個(gè)分布式系統(tǒng)有多種方法,但作為一個(gè)工程項(xiàng)目，不僅要考慮系統(tǒng)的技術(shù)先進(jìn)性,還應(yīng)顧及經(jīng)濟(jì)性。只有性能價(jià)格比出眾的產(chǎn)品才能在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中贏得一席之地。根據(jù)電除塵器的特點(diǎn)，我們用單片機(jī)和CAN總線來(lái)構(gòu)造分布式低壓控制系統(tǒng)，既能滿足技術(shù)要求，造價(jià)又低，具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。系統(tǒng)按功能和物理位置，劃分成若干個(gè)“節(jié)點(diǎn)”，放置在除塵器的頂部，底部和控制室內(nèi)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)，物理上是一個(gè)控制柜，柜中裝有一套單片機(jī)主控板和若干塊I/O接口板，溫度取樣板等，組成一個(gè)就地控制單元。各節(jié)點(diǎn)通過(guò)一條通訊電纜相

5、互連接，底層采用CAN總線通訊協(xié)議，上層應(yīng)用層協(xié)議自主開(kāi)發(fā)，這樣就構(gòu)成了一個(gè)物理空間上分散，但電氣網(wǎng)絡(luò)上又連成一體的分布式控制系統(tǒng)。參見(jiàn)圖一，它是我們?yōu)閺V東某電廠研制的分布式低壓控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。選擇什么樣的通訊協(xié)議來(lái)構(gòu)筑網(wǎng)絡(luò)是頗費(fèi)心思的，它直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的技術(shù)性能，可靠性，可行性和成本。傳統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)，大都采用“一主多從”的通訊方式，即，網(wǎng)絡(luò)中有且只能有一臺(tái)主機(jī)（如，一臺(tái)PC機(jī)或PLC控制器等），由它主宰與各“節(jié)點(diǎn)”的通訊，各“節(jié)點(diǎn)”之間是不能夠隨心所欲地相互通訊的。這是因?yàn)閱纹瑱C(jī)一般只有簡(jiǎn)單的串行通訊協(xié)議，缺乏復(fù)雜的協(xié)議棧的支持。然而，在分布式低壓控制系統(tǒng)中，各節(jié)點(diǎn)往往要互相配合

6、，要求各節(jié)點(diǎn)之間要能夠相互自由地進(jìn)行信息交換。因此，簡(jiǎn)單的“一主多從”通訊方式不能滿足系統(tǒng)的要求，需要尋找性能更高的通訊網(wǎng)絡(luò)。我們把目光放在了CAN總線上。 3. CAN總線介紹CAN是英文Controller Area Network 的縮寫，意為控制器局部網(wǎng)，屬于現(xiàn)場(chǎng)總線的范疇，是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。CAN總線具有優(yōu)異的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性，特別適合工業(yè)設(shè)備測(cè)控單元互連，因此倍受工業(yè)界的重視，并且已成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，被公認(rèn)為最有前途的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。其位速率可達(dá)1Mbps,最大傳輸距離10km。通信介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光導(dǎo)纖維。CAN的出現(xiàn)為分布式控制系統(tǒng)實(shí)

7、現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)之間實(shí)時(shí)、可靠的數(shù)據(jù)通信提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持?；贑AN總線的分布式系統(tǒng)具有如下突出的優(yōu)點(diǎn)：l 多主方式網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點(diǎn)都可根據(jù)總線訪問(wèn)優(yōu)先權(quán)(取決于報(bào)文標(biāo)識(shí)符)采用無(wú)損結(jié)構(gòu)的逐位仲裁的方式競(jìng)爭(zhēng)向總線發(fā)送數(shù)據(jù)。而“一主多從”的系統(tǒng)，通信方式只能以主站輪詢的方式進(jìn)行，不但實(shí)時(shí)性、可靠性差，各節(jié)點(diǎn)之間還不能夠自由交換信息。l 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)CAN總線有兩個(gè)物理輸出端CANH和CANL。CANH端的狀態(tài)不是高電平就是懸浮狀態(tài)，而CANL端的狀態(tài)不是低電平就是懸浮狀態(tài)。此外，當(dāng)總線上出現(xiàn)嚴(yán)重故障時(shí)，CAN節(jié)點(diǎn)具有自動(dòng)關(guān)閉輸出的功能（即轉(zhuǎn)為懸浮狀態(tài)），使得總線上其他節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收不

8、受影響，避免了因個(gè)別節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)問(wèn)題而造成總線被 “死鎖”，從而有效地保證了整個(gè)總線的可靠性。l 容易應(yīng)用CAN具有的完善的通信協(xié)議，并可硬件實(shí)現(xiàn)(即由CAN控制器芯片及接口芯片自動(dòng)完成)，從而大大降低了開(kāi)發(fā)的難度。另外，與其它現(xiàn)場(chǎng)總線相比，生產(chǎn)CAN總線芯片的廠家多、芯片容易購(gòu)買,且性價(jià)比高，這些都是目前 CAN總線應(yīng)用于眾多領(lǐng)域，具有強(qiáng)勁的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的重要原因。4. 硬件及編程節(jié)點(diǎn)按模塊化設(shè)計(jì)，基本模塊有：CPU模塊,開(kāi)關(guān)量輸入模塊, 開(kāi)關(guān)量輸出模塊,和模擬量輸入模塊。它們像積木一樣組合，構(gòu)成各節(jié)點(diǎn)的硬件。CPU模塊采用美國(guó)DALLAS公司的高速微控制器DS80C320作為節(jié)點(diǎn)控制核心。CAN

9、總線芯片采用PHILLIP公司的SJA1000和PCA82C250。為保證能夠在惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)可靠通訊，在SJA1000和PCA82C250之間加一道光電隔離，并在CAN器件的物理接口裝了浪涌保護(hù)器。實(shí)踐證明這兩條措施很重要，可以有效地保證CAN總線在惡劣的環(huán)境下正常工作。其余模塊均設(shè)計(jì)成“智能化”，即各帶一個(gè)PHILLIP公司的P87LPC764微處理器，能獨(dú)立完成各自的任務(wù)。各模塊通過(guò)RS485相互連接，組成一個(gè)小型的“分布系統(tǒng)”。此外，配備自主開(kāi)發(fā)的掌上終端作為各節(jié)點(diǎn)的人機(jī)交互設(shè)備。通過(guò)終端，可以現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置，修改控制參數(shù)，察看運(yùn)行狀況，極大地方便了調(diào)試和故障處理。節(jié)點(diǎn)的軟件編寫采用C +

10、RTOS + CAN LIB的模式。C指采用C語(yǔ)言編程，由于DS80C320和P87LPC764都為80C51派生微控制器，故采用的是C51語(yǔ)言。RTOS指實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)。隨著應(yīng)用的復(fù)雜化，微處理器的編程越來(lái)越多地采用實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)。把應(yīng)用程序掛接在操作系統(tǒng)上，盡量利用操作系統(tǒng)提供的資源，不但可以大大減少編程的工作量，還能改善軟件的質(zhì)量。CAN LIB 指CAN庫(kù)函數(shù)。CAN總線雖然性能超群，但編程需要對(duì)CAN的通訊協(xié)議和硬件芯片有相當(dāng)?shù)牧私?。利用專業(yè)公司提供的CAN庫(kù)函數(shù)，在應(yīng)用程序中直接調(diào)用，不失為CAN總線應(yīng)用的一條捷徑。目前市場(chǎng)上C語(yǔ)言編譯器，單片機(jī)實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，和包括C

11、AN在內(nèi)的各種通訊協(xié)議棧都有現(xiàn)成的產(chǎn)品可供選擇。5. 分布式系統(tǒng)的特點(diǎn)和集中式系統(tǒng)相比，分布式電除塵低壓控制系統(tǒng)有以下突出特點(diǎn)：l 系統(tǒng)可靠性高。集中式系統(tǒng)，包括分布式I/O系統(tǒng)（一種通過(guò)電纜和現(xiàn)場(chǎng)的I/O模塊通訊，遠(yuǎn)距離輸送I/O信號(hào)的系統(tǒng)），都是由一個(gè)中央控制器主宰整個(gè)系統(tǒng)，一旦主模塊或通訊電纜出故障，整個(gè)系統(tǒng)崩潰，而分布式系統(tǒng)，各節(jié)點(diǎn)是“智能”的，即各自有一套獨(dú)立的控制單元，各節(jié)點(diǎn)是平等的，一個(gè)節(jié)點(diǎn)出了故障，或通訊電纜壞了，不至于導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)崩潰?？煽啃陨踔粮哂陔p機(jī)熱備系統(tǒng)。l 降低成本，經(jīng)濟(jì)效益好動(dòng)力電纜和控制電纜就近接至電氣設(shè)備，不必接入控制室，節(jié)約了大量的電纜，橋架，同時(shí)也減少了電纜敷設(shè)工作量。此外，還節(jié)省了控制室的物理空間，對(duì)改造工程特別合適。l 便于模塊化從其結(jié)構(gòu)可知：分布式系統(tǒng)=節(jié)點(diǎn)+網(wǎng)絡(luò)。一個(gè)節(jié)點(diǎn)就是一個(gè)模塊，系統(tǒng)擴(kuò)大或縮小，只是增減幾個(gè)節(jié)點(diǎn)，剩下的就是修改軟件。很容易實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的模塊化。6. 結(jié)束語(yǔ)分布式電除塵器低壓控制系統(tǒng)以其優(yōu)異的技術(shù)性能和良好的經(jīng)濟(jì)效益，一經(jīng)推出就受到用戶的熱烈歡迎，有些廠家已把它作為電除塵低壓控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)選擇。從幾年的工程實(shí)踐來(lái)看，這