CAN總線在流光放電等離子體煙氣脫硫監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、    CAN總線在流光放電等離子體煙氣脫硫監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用        張紅彩, 姜學(xué)東, 胡小吐 時(shí)間:2008年07月21日     字 體: 大 中 小        關(guān)鍵詞:        摘要：關(guān)鍵詞： CAN總線 流光放電等離子體 煙氣脫硫 監(jiān)控系統(tǒng)隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的

2、發(fā)展，能源消費(fèi)帶來的環(huán)境污染也越來越嚴(yán)重。燃煤煙氣中排放的二氧化硫和氮氧化物占全國(guó)總排放量的901，是造成大氣污染、酸雨和溫室效應(yīng)的主要根源。目前世界上比較先進(jìn)的煙氣脫硫(Flue Gas Desulphurization，F(xiàn)GD)技術(shù)中比較典型的方法有濕式石灰石膏/氨催化還原法、電子束/氨法、電暈放電/氨法，而流光放電等離子體煙氣脫硫技術(shù)是電暈放電法中具有強(qiáng)大市場(chǎng)潛力和應(yīng)用前景的煙氣脫硫新工藝。本文針對(duì)這種技術(shù)，應(yīng)用CAN總線設(shè)計(jì)了一套微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，使整個(gè)煙氣脫硫過程經(jīng)濟(jì)、高效、安全可靠。1 流光放電等離子體煙氣脫硫監(jiān)控系統(tǒng)介紹鍋爐煙氣經(jīng)除塵后，溫度約為150，然后經(jīng)熱交換器將其送入濕式反應(yīng)

3、器系統(tǒng)，氣相的SO2在有NH3存在的條件下，在濕式反應(yīng)器中氧化生成硫酸銨溶液而被脫除，反應(yīng)后溫度約為60。尾氣經(jīng)換熱器與入口煙氣換熱后溫度提高到90以上而被排放，反應(yīng)器生成的硫酸氨溶液經(jīng)熱煙氣干燥脫水濃縮成為固體硫酸氨化肥。反應(yīng)器中的煙氣流量、SO2濃度、煙氣溫度、氨注入量、蒸汽注入量、交直流疊加電源電壓、生成液PH值和生成液摩爾濃度等都直接影響系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，利用相應(yīng)的檢測(cè)儀可對(duì)各參數(shù)的狀態(tài)進(jìn)行采集，而主要的監(jiān)控回路包括氨注入監(jiān)控、交直流疊加電源電壓監(jiān)控、煙氣溫度監(jiān)控、蒸汽注入監(jiān)控和生成液PH值監(jiān)控等。CAN總線憑借其突出的數(shù)據(jù)通信可靠性、實(shí)時(shí)性、靈活性和抗干擾性23，這為日后系統(tǒng)的改進(jìn)帶來

4、了極大的方便。2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)包括現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)和CAN接口適配卡的設(shè)計(jì)?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)控節(jié)點(diǎn)作為現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集與控制層完成的功能包括：對(duì)各狀態(tài)量的檢測(cè)；對(duì)交直流疊加電源電壓的控制，達(dá)到直流基壓060kV，交流峰峰值電壓40kV，交流頻率1650kHz；對(duì)進(jìn)入反應(yīng)器的煙氣溫度進(jìn)行控制(6080)；對(duì)氨注入的控制，準(zhǔn)確地控制氨硫摩爾比(不大于2:1)。各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控節(jié)點(diǎn)具體的功能可能不一樣，但硬件結(jié)構(gòu)大同小異，下面以交直流疊加電源電壓測(cè)控節(jié)點(diǎn)為例進(jìn)行介紹，其硬件結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。該電路主要包括輸入信號(hào)調(diào)理電路、單片機(jī)外圍電路、模擬控制信號(hào)輸出電路、液晶顯示電路和CAN通信電路等。CPU采用I

5、ntel公司的16位單片機(jī)80C196KC作為微處理器，其內(nèi)部設(shè)有256字節(jié)的RAM，帶有28個(gè)中斷源，運(yùn)算速度快，它本身還帶有三路PWM輸出和高速輸入輸出HSI和HSO，尤其適用于快速控制系統(tǒng)。CAN總線通信電路采用Philips公司的SJA1000獨(dú)立控制器和82C250驅(qū)動(dòng)器。SJA1000有基本的Basic CAN和增強(qiáng)的Peli CAN兩種模式，全面支持具有新功能的CAN2.0B協(xié)議4。82C250可以提供總線的差動(dòng)發(fā)送和接收功能，提高系統(tǒng)總線的節(jié)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)能力，增大通信距離、降低干擾。控制單元采用高速光耦6N137隔離各個(gè)前后通道，被隔離部分分別使用不同的電源和地線，以提高抗干擾性能。

6、CAN接口適配卡的結(jié)構(gòu)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，專門負(fù)責(zé)在上位微機(jī)與CAN總線之間傳遞消息，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。從圖中可以看出適配卡由微控制器電路、雙口RAM電路和CAN通信控制電路三部分組成。有了前面測(cè)控節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，這里依然選擇80C196KC作為微控制器，比較常用的是采用功能相對(duì)簡(jiǎn)單的89C51(ATMEL公司的產(chǎn)品)5。選擇雙口RAM IDT7132作為PC機(jī)與80C196KC交換數(shù)據(jù)的通道，并采用內(nèi)存映像法6，把IDT7132數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址直接映射到PC機(jī)內(nèi)存空間的高端。CAN通信部分與測(cè)控節(jié)點(diǎn)相同，這里不再詳述。設(shè)計(jì)中若采用中斷接收數(shù)據(jù)方式，應(yīng)注意在SJA1000的INT引腳和VCC引腳間接一

7、上拉電阻(約5k)，否則會(huì)一直處于中斷狀態(tài)。3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集與處理軟件設(shè)計(jì)、CAN接口適配卡通信軟件設(shè)計(jì)和上位機(jī)管理軟件設(shè)計(jì)。上位機(jī)管理軟件采用Visual C+編寫，主要完成設(shè)備狀態(tài)和工藝參數(shù)的數(shù)據(jù)采集；向測(cè)控節(jié)點(diǎn)發(fā)送請(qǐng)求修改控制參數(shù)；顯示動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史曲線圖；對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行保存和打印報(bào)表?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)控節(jié)點(diǎn)軟件采用80C196匯編語言編程，主要完成三項(xiàng)任務(wù)：一是檢測(cè)系統(tǒng)各項(xiàng)物理參數(shù)以及設(shè)備的工作狀態(tài)參數(shù)并傳到CAN總線上，以監(jiān)視系統(tǒng)運(yùn)行狀況和趨勢(shì)；二是根據(jù)控制算法對(duì)相應(yīng)的量進(jìn)行實(shí)時(shí)控制；三是對(duì)異常狀況的報(bào)警處理。CAN接口適配卡通信軟件跟測(cè)控節(jié)點(diǎn)CAN通

8、信軟件基本相同。下面著重介紹CAN通信軟件的設(shè)計(jì)。程序首先對(duì)SJA1000進(jìn)行初始化，設(shè)置好工作模式、濾波功能、通信波特率和輸出特性后，就處于接收中斷中。在接收完畢后，對(duì)接收的信息進(jìn)行處理，或響應(yīng)遠(yuǎn)程幀，或調(diào)用發(fā)送子程序發(fā)送數(shù)據(jù)，或向上位機(jī)報(bào)警。在此期間若有錯(cuò)誤發(fā)生，可以利用SJA1000方便的錯(cuò)誤代碼捕捉功能了解詳細(xì)信息并啟動(dòng)錯(cuò)誤處理機(jī)制。主程序流程圖如圖5所示。在整個(gè)通信軟件設(shè)計(jì)中，SJA1000的初始化至關(guān)重要，直接關(guān)系到系統(tǒng)能否正常運(yùn)行。其流程圖如圖6所示。注意，SJA1000有個(gè)測(cè)試寄存器(地址為0x09)，可以通過寫入并讀它的數(shù)值來判斷CPU與SJA1000的硬件連接是否正確。本系統(tǒng)以國(guó)家863科技攻關(guān)項(xiàng)目為依托，在廣東杰特科技發(fā)展有限公司和北京交通大學(xué)等單位開發(fā)的流光放電等離子體煙氣脫硫?qū)嶒?yàn)平臺(tái)上進(jìn)行了試驗(yàn)和調(diào)試，系統(tǒng)