專利名稱：基于真有效值技術(shù)的靜電除塵控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)?？刂萍夹g(shù)領(lǐng)域，具體是一種基于真有效值技術(shù)的靜電除塵控制裝置。
背景技術(shù)：
目前的靜電除塵控制裝置多采用平均值測(cè)量方法，具體將低壓，高壓側(cè)的電流、電壓，通過(guò)取絕對(duì)值或整流的非線性變換轉(zhuǎn)換為單極性脈動(dòng)直流信號(hào)；此信號(hào)一般有兩種處理方式，一種方式是直流采樣，即通過(guò)時(shí)間常數(shù)大于信號(hào)周期的R、C網(wǎng)絡(luò)濾成直流信號(hào)之后再輸入A/D采樣模塊；另一種方式是交流采樣，即信號(hào)直接輸入A/D采樣模塊，由軟件在一定時(shí)間內(nèi)取多個(gè)點(diǎn)做數(shù)值平均處理。
由于測(cè)量結(jié)果受非線性轉(zhuǎn)換電路及波形因素的影響，精度差，難以得到真值；而且非線性電路參數(shù)調(diào)整困難，計(jì)算結(jié)果與真實(shí)值之間的標(biāo)定費(fèi)時(shí)費(fèi)力；更為嚴(yán)重的是，由于信號(hào)處理電路中的大的取直電容的存在，或者是程序中取平均值算法的影響，測(cè)量結(jié)果較實(shí)際信號(hào)變化滯后，控制的實(shí)時(shí)性差，嚴(yán)重影響響應(yīng)速度。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)無(wú)失真的單一頻率正弦信號(hào)可以由測(cè)出的平均值乘以系數(shù)得到，對(duì)于失真的正弦信號(hào)，則不存在固定的換算關(guān)系。電氣設(shè)備的功率與提供的電流、電壓的平方成正t匕，平均值轉(zhuǎn)換得到的結(jié)果不可避免地存在誤差，已不能真實(shí)反應(yīng)實(shí)際功率消耗情況。有效值是根據(jù)被測(cè)信號(hào)在一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)的等效功率計(jì)算得到的數(shù)值，因此有效值能真實(shí)反應(yīng)出被測(cè)信號(hào)的做功情況。真有效值將待測(cè)信號(hào)進(jìn)行離散積分計(jì)算其均方根值，是按信號(hào)周期連續(xù)實(shí)時(shí)采樣被測(cè)信號(hào)一個(gè)完整的波形，能精確，實(shí)時(shí)地測(cè)量各種波形，且不用考慮波形參數(shù)的失真度大小，檢測(cè)結(jié)果與實(shí)際值完全相符。靜電除塵控制器多采用可控硅移相觸發(fā)的方式實(shí)現(xiàn)調(diào)壓。具體方式為將兩個(gè)可控硅反向并聯(lián)之后串接在電源與整流變壓器之間，通過(guò)控制可控硅導(dǎo)通時(shí)所對(duì)應(yīng)的相位，在電源的每半個(gè)周期內(nèi)觸發(fā)一次可控硅，使整流變壓器的輸入端獲得大小可調(diào)的交流電壓。對(duì)導(dǎo)通角的控制嚴(yán)重破壞了各種電氣信號(hào)的單一頻率特性，波形畸變，諧波成分增加，平均值的測(cè)量出現(xiàn)誤差，已不再適用。為了達(dá)到最佳除塵效率，靜電除塵系統(tǒng)在不發(fā)生故障的前提下以極限電流、電壓運(yùn)行。靜電除塵裝置常見(jiàn)的故障類型為初次級(jí)的過(guò)流、過(guò)壓，變壓器偏勵(lì)磁，高壓電場(chǎng)火花閃絡(luò)等。在不發(fā)生上述故障的情況下的除塵效率是衡量控制器性能的重要指標(biāo)。多數(shù)故障的定義是基于對(duì)裝置的熱保護(hù)得到的，真有效值是基于等功率的原理得到的數(shù)值，直接反應(yīng)了功率消耗情況，根據(jù)真有效值大小進(jìn)行各種保護(hù)，更加及時(shí)且恰到好處；而由于平均值法測(cè)量的固有缺陷，使得控制裝置對(duì)各種故障的判斷存在偏差，從而影響了靜電除塵系統(tǒng)的效率。在靜電除塵系統(tǒng)中，通常會(huì)安裝電流、電壓表用于指示工作狀況。在實(shí)際工程應(yīng)用場(chǎng)合，機(jī)械表仍被大量使用。機(jī)械表的表筆由信號(hào)產(chǎn)生的平均電磁力驅(qū)動(dòng)，是一種平均值的測(cè)量方式。而真有效值與平均值存在的固有誤差，導(dǎo)致這兩種測(cè)量結(jié)果不具備可比性。
此外，靜電除塵裝置的耗電情況也是用戶關(guān)注參數(shù)之一。但是由于采用平均值測(cè)量方法，目前的控制器都不能提供功率，電能，功率因數(shù)等相關(guān)參數(shù)。用戶只能通過(guò)其它儀表獲取相關(guān)信息。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了一種基于真有效值技術(shù)的靜電除塵控制裝置。本發(fā)明具體技術(shù)路線為采用具有硬件乘、除法器的定點(diǎn)數(shù)DSP作為處理、控制模塊。從靜電除塵裝置取樣得到的初次級(jí)電流，電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)放縮，平移的線性變換之 后直接輸入DSP的A/D采樣模塊。選擇計(jì)算周期為整數(shù)倍的信號(hào)周期，在一個(gè)計(jì)算周期內(nèi)，等時(shí)間間隔取N (N為正整數(shù))個(gè)時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行A/D采樣轉(zhuǎn)換。對(duì)于每個(gè)信號(hào)，定義兩個(gè)變量A和B，變量A保存信號(hào)去除偏置之后的A/D結(jié)果的絕對(duì)值之和，變量B保存信號(hào)的平方和，在一個(gè)周期開(kāi)始之前，將這兩個(gè)變量清零，之后在每個(gè)時(shí)間點(diǎn)上，對(duì)初，次級(jí)的電流，電壓同步采樣，順序轉(zhuǎn)換，所有信號(hào)轉(zhuǎn)換完后觸發(fā)ADC轉(zhuǎn)換完成中斷，在中斷服務(wù)程序中，根據(jù)事先標(biāo)定的系數(shù)減去直流偏置，分別將結(jié)果的絕對(duì)值以及平方加入變量A和變量B。完成計(jì)算周期內(nèi)的采樣之后，在主循環(huán)程序中根據(jù)標(biāo)定系數(shù)計(jì)算信號(hào)的平均值以及均方根值。程序進(jìn)一步對(duì)計(jì)算結(jié)果標(biāo)定。標(biāo)定是用精度高的測(cè)量?jī)x器對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行定度，目的在于設(shè)定DSP計(jì)算結(jié)果與真實(shí)測(cè)量值的轉(zhuǎn)換關(guān)系。由于信號(hào)處理引入了直流偏置，所以在獲得每一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換值之后必須首先將偏置分量減去。在計(jì)算周期完成并獲得計(jì)算結(jié)果之后，用標(biāo)定系數(shù)轉(zhuǎn)換最終得到真實(shí)測(cè)量值。通常情況下，信號(hào)取樣、調(diào)理環(huán)節(jié)的線性度滿足測(cè)量要求。從而轉(zhuǎn)換僅需將計(jì)算結(jié)果乘以系數(shù)k，系數(shù)k 一般為浮點(diǎn)數(shù)。問(wèn)題在于，浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算量非常大，而且目前市場(chǎng)占有量最大的定點(diǎn)DSP并不支持浮點(diǎn)運(yùn)算。本發(fā)明將浮點(diǎn)數(shù)k轉(zhuǎn)換為乘以一個(gè)整數(shù)m再除以另一個(gè)整數(shù)η。程序?qū)Ω餍盘?hào)A/D轉(zhuǎn)換值分別求其絕對(duì)值之和以及求平方和。其中絕對(duì)值之和用于得到平均值的測(cè)量結(jié)果，而平方和用于得到真有效值的測(cè)量結(jié)果。用戶可以通過(guò)外部電平輸入或者通過(guò)通信命令選擇平均值或者真有效值測(cè)量方式。在一種周期采樣轉(zhuǎn)換完后，如果選擇為平均值測(cè)量方式，則程序?qū)⒔^對(duì)值之和取平均后乘以一個(gè)整數(shù)m再除以另一個(gè)整數(shù)n，結(jié)果即為信號(hào)測(cè)量值；如果選擇為真有效值測(cè)量方式，則程序?qū)⑵椒胶腿∑骄箝_(kāi)方，將開(kāi)方值乘以一個(gè)整數(shù)m除以另一個(gè)整數(shù)n，結(jié)果即為信號(hào)測(cè)量值。本裝置對(duì)火花閃絡(luò)的判斷是這樣的
利用最小二乘法對(duì)可控硅導(dǎo)通角A及次級(jí)電壓V2的關(guān)系進(jìn)行擬合，得到關(guān)系式V2=K1A+!^采用固定時(shí)窗動(dòng)態(tài)滑動(dòng)的策略學(xué)習(xí)未定參數(shù)K1, K2。具體為，以采樣的一個(gè)信號(hào)周期的次級(jí)電壓值及其對(duì)應(yīng)的導(dǎo)通角為一個(gè)學(xué)習(xí)樣本(Ai, V2i)，將參訓(xùn)樣本總數(shù)固定為Μ，隨著時(shí)間逐步移動(dòng)，參訓(xùn)樣本也隨最新觀測(cè)窗移動(dòng)。程序不斷吸收最新樣本，刪除最老樣本，從而訓(xùn)練樣本長(zhǎng)度固定，學(xué)習(xí)規(guī)模保持不變。當(dāng)產(chǎn)生新的樣本時(shí)，根據(jù)最小二乘法公式計(jì)算線性關(guān)系系數(shù)KpK2，由該線性關(guān)系，計(jì)算當(dāng)前導(dǎo)通角所對(duì)應(yīng)的次極電壓值，如果計(jì)算的二次電壓值與實(shí)際的二次電壓的差值超過(guò)了設(shè)定的火花判定閾值，則認(rèn)為有火花閃絡(luò)，進(jìn)行相關(guān)故障處理。
如果沒(méi)有火花閃絡(luò)，則將新的樣本加入，同時(shí)刪除時(shí)間窗所對(duì)應(yīng)的最老樣本。根據(jù)最小二乘法計(jì)算公式更新系數(shù)Kp K2,。本裝置對(duì)變壓器偏勵(lì)磁的判斷是這樣的
定義變量P+，記錄正半周功率，定義變量P-，記錄負(fù)半周功率。A/D轉(zhuǎn)換中斷發(fā)生之后，從A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果中減去直流偏置分量，并將電壓A/D值乘以電流A/D值，如果電壓符號(hào)為正，將乘積加入P+，否則將乘積加入P-。在一段時(shí)間窗口內(nèi)，如果正負(fù)半周功率之差超過(guò)設(shè)定的閾值，則認(rèn)為變壓器發(fā)生偏勵(lì)磁故障，進(jìn)行相關(guān)故障處理。更多的，本裝置還計(jì)算了初級(jí)的有功功率、無(wú)功功率、視在功率、功率因數(shù)，次級(jí)的有功功率，變壓器效率，消耗電能等參數(shù)；這些參數(shù)可通過(guò)LCD屏等顯示設(shè)備顯示，也可以由用戶通過(guò)通信接口查詢。
本發(fā)明的有益之處在于，在信號(hào)取樣調(diào)整環(huán)節(jié)中避免了整流平滑，取絕對(duì)值等非線性的處理，而僅對(duì)信號(hào)進(jìn)行放縮、平移等線性處理，電路簡(jiǎn)單，保證信號(hào)的測(cè)量精度以及控制的響應(yīng)速度；過(guò)流、過(guò)壓、短路、偏勵(lì)磁等故障基于等功率的真有效值判斷，更為準(zhǔn)確、及時(shí)、恰到好處；火花閃絡(luò)采用滑動(dòng)時(shí)間窗的最小二乘法動(dòng)態(tài)跟蹤次級(jí)的電流，電壓，檢測(cè)可靠，抗干擾能力強(qiáng)。用戶可以通過(guò)外部開(kāi)關(guān)輸入或者通過(guò)通信線發(fā)送命令等方式選擇真有效值或者平均值的測(cè)量方式，使測(cè)量結(jié)果適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)合。此外，對(duì)測(cè)量值的標(biāo)定采取了先從A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果中減去其直流偏置分量，再將一個(gè)計(jì)算周期完成以后得到的A/D絕對(duì)值之和或者A/D均方根值乘以一個(gè)整數(shù)再除另一個(gè)整數(shù)的方式。避免了費(fèi)時(shí)的浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算。


圖I是本發(fā)明提供的靜電除塵控制裝置系統(tǒng)框圖。圖2是信號(hào)調(diào)理電路圖。圖3是A/D轉(zhuǎn)換中斷服務(wù)程序流程圖。圖4是真有效值計(jì)算流程圖。圖5是火花閃絡(luò)處理流程圖
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。圖I為控制裝置的系統(tǒng)框圖。該裝置主要包括屬于硬件部分的信號(hào)調(diào)理電路101、可控硅驅(qū)動(dòng)電路110，以及屬于軟件部分的DSP處理、控制模塊102。其中，DSP處理、控制模塊102主要包含以下程序單元
A/D采樣單元103，該單元主要功能為采用定時(shí)器定時(shí)觸發(fā)DSP的A/D轉(zhuǎn)換模塊啟動(dòng)信號(hào)采樣、轉(zhuǎn)換、觸發(fā)中斷并減去直流偏置分量；
功率、功率因數(shù)計(jì)算單元104，該單元從A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果中提取出初、次級(jí)的電流、電壓值，求出乘積進(jìn)行累加，在完成一個(gè)計(jì)算周期之后，利用標(biāo)定系統(tǒng)求出各種功率及功率因數(shù)。 真有效值/平均值計(jì)算單元105，該單元將各信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的絕對(duì)值以及平方值進(jìn)行累加；在完成一個(gè)計(jì)算周期之后，根據(jù)客戶的設(shè)置，選擇絕對(duì)值之和或者平方和進(jìn)行標(biāo)定轉(zhuǎn)換，得到信號(hào)測(cè)量值。故障處理判斷單元106，該單元根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果判斷是否發(fā)生各種故障，如果發(fā)生故障則采取相應(yīng)處理措施。如圖2所示，從靜電除塵系統(tǒng)中取樣得到的信號(hào)Vin輸入至信號(hào)調(diào)理電路101，Vin經(jīng)過(guò)Rl，R2分壓以及Cl濾波之后輸入運(yùn)放UlA的同相端，二極管Dl以及D2用于輸入信號(hào)的嵌位，避免過(guò)高的電壓損壞運(yùn)放。經(jīng)過(guò)運(yùn)放UlA同相放大的輸出信號(hào)包含負(fù)信號(hào)，因此采用UlB對(duì)信號(hào)進(jìn)行平移，增加直流偏置分量，使輸入信號(hào)均為正，滿足DSP輸入電壓要求。如果輸入信號(hào)為初級(jí)電流、電壓，則輸入為不含直流分量的交流信號(hào)，調(diào)整Rl，R2的分壓比，使得UlA的輸出為-2. 5V +2. 5V的交流信號(hào)，+5. OV的電壓經(jīng)過(guò)R8，R9分壓，得到I. 25V的直流輸入至UlB的同相端。UlB輸出0V、5V的交流信號(hào)Vout，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的滿幅輸入。如果輸入信號(hào)為次級(jí)電流、電壓信號(hào)，則輸入為疊加一定直流分量的脈動(dòng)波形，應(yīng)調(diào)整R8，R9的分壓比，使輸入DSP的信號(hào)達(dá)到滿幅。 一般而言，靜電除塵系統(tǒng)的電氣信號(hào)的A/D采樣通道為4個(gè)，分別為初級(jí)電流、電壓以及次級(jí)電流、電壓。DSP程序采用定時(shí)器觸發(fā)A/D模塊四個(gè)通道輪流轉(zhuǎn)換，在所有通道轉(zhuǎn)換完成以后，觸發(fā)A/D轉(zhuǎn)換完成中斷；同時(shí)，自動(dòng)同步采樣4個(gè)通道的輸入信號(hào)以準(zhǔn)備下次轉(zhuǎn)換。取信號(hào)周期的整數(shù)倍為計(jì)算周期，在計(jì)算周期內(nèi)共采樣信號(hào)N次，以ADij表示第i個(gè)通道的第j次采樣值。不妨設(shè)OSi <3，其中第O個(gè)通道為初級(jí)電壓，第I個(gè)通道為初級(jí)電流，第2個(gè)通道為次級(jí)電壓，第3個(gè)通道為次級(jí)電流。第i個(gè)通道的直流偏置分量標(biāo)定為整型變量ADOffi,標(biāo)定系數(shù)的分子為整型變量IV分母為整型變量IV第i個(gè)通道的信號(hào)平均值TiAVC為
權(quán)利要求
1.一種基于真有效值技術(shù)的靜電除塵控制裝置，其特征在于，包括 信號(hào)調(diào)整模塊，對(duì)靜電除塵系統(tǒng)的信號(hào)進(jìn)行放縮，濾波，平移； 所述信號(hào)調(diào)整模塊由兩級(jí)運(yùn)算放大器組成，第二級(jí)運(yùn)算放大器對(duì)靜電除塵系統(tǒng)的取樣信號(hào)采樣進(jìn)入放縮，濾波，第二級(jí)運(yùn)算放大器的同相端連接第一級(jí)運(yùn)算放大器的輸出端，反相端連接直接偏置電平； DSP控制處理模塊，以定點(diǎn)數(shù)DSP為核心，對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣、處理，判斷故障，根據(jù)故障狀態(tài)以及運(yùn)行狀況調(diào)節(jié)可控硅的導(dǎo)通角。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的控制裝置，其特征在于DSP采用真有效值技術(shù)在信號(hào)周期內(nèi)對(duì)各信號(hào)連續(xù)等間隔采樣并計(jì)算均方根值，并根據(jù)標(biāo)定系數(shù)轉(zhuǎn)換得到真實(shí)測(cè)量值。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的控制裝置，其特征在于，測(cè)量值的標(biāo)定轉(zhuǎn)換通過(guò)將A/D采樣結(jié)果減去直流偏置分量，再乘以一個(gè)整數(shù)m后除以另一個(gè)整數(shù)η實(shí)現(xiàn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的控制裝置，其特征在于可以通過(guò)外部開(kāi)關(guān)輸入或通信命令設(shè)置選擇真有效值測(cè)量方式或者平均值測(cè)量方式。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的控制裝置，其特征在于用真有效值技術(shù)測(cè)量變壓器初級(jí)、次級(jí)的有功功率、無(wú)功功率、視在功率、功率因數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的控制裝置，其特征在于由變壓器初級(jí)的有功功率Ρ1、次級(jí)的有功功率Ρ2，根據(jù)公式Ρ2/Ρ1計(jì)算靜電除塵系統(tǒng)的效率。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的控制裝置，其特征在于采用最小二乘法擬合可控硅導(dǎo)通角A與變壓器次級(jí)電壓V2的線性關(guān)系V2=kl*A+k2，根據(jù)當(dāng)前導(dǎo)通角以及系數(shù)kl、k2計(jì)算二次電壓的理論值，如果小于次級(jí)的次級(jí)電壓值且其差值超過(guò)火花閃絡(luò)的判斷閾值則認(rèn)為發(fā)生火花閃絡(luò)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的控制裝置，其特征在于線性系數(shù)kl、k2隨著時(shí)間移動(dòng)動(dòng)態(tài)調(diào)整。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于真有效值技術(shù)的靜電除塵控制裝置，包括信號(hào)調(diào)理模塊將靜電除塵系統(tǒng)的取樣信號(hào)轉(zhuǎn)換為既符合DSP輸入電平規(guī)范，又滿足檢測(cè)幅度要求的信號(hào)；DSP處理、控制模塊在信號(hào)周期內(nèi)對(duì)信號(hào)連續(xù)等間隔采樣，計(jì)算均方根值，并由標(biāo)定系統(tǒng)轉(zhuǎn)換得到測(cè)量值，利用最小二乘法擬合，計(jì)算變壓器次級(jí)電壓的理論值，與實(shí)測(cè)值比對(duì)，判斷是否發(fā)生火花閃絡(luò)。線性系數(shù)的訓(xùn)練采取固定時(shí)窗長(zhǎng)度，動(dòng)態(tài)移動(dòng)的策略。并根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，故障狀況，用戶設(shè)置等調(diào)整可控硅導(dǎo)通角，實(shí)現(xiàn)調(diào)壓。該裝置適用于信號(hào)波形嚴(yán)重畸變的靜電除塵系統(tǒng)的信號(hào)測(cè)量，測(cè)量準(zhǔn)確，響應(yīng)速度快，故障保護(hù)及時(shí)、準(zhǔn)確，而且能測(cè)量功率、功率因數(shù)、效率等電氣參數(shù)測(cè)量。
文檔編號(hào)B03C3/68GK102872977SQ201210386250
公開(kāi)日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月12日
發(fā)明者張著岳 申請(qǐng)人:張著岳