分布式电除尘低压控制系统.doc

分布式电除尘低压控制系统陈纪援福建龙净环保股份有限公司 (364000)摘要：根据工程实践及用户要求，提出了一种分布式电除尘器低压控制系统，具有技术先进，可靠性高，大幅度节省造价的特点。同时介绍了CAN总线技术的应用。 关键词：静电除尘器, 低压控制系统，分布式，CAN总线Distributed Electrostatic Precipitator Low Voltage SystemChen JiyuanLongking Environmental Protection Ltd. (364000)Abstract: Based on practical project experience, 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. 51. 引言静电除尘器是一种高效的空气污染控制设备，广泛使用在电力，建材，冶金等行业。电除尘低压控制系统指静电除尘器的振打，加热，卸灰，仓振等控制装置构成的系统，是静电除尘器正常运行不可或缺的重要部分。一个低压系统通常由若干个控制柜组成,并且放在控制室内,通过各种信号电缆，动力电缆和除尘器上的电气设备相连接。我们把这样的电气结构称之为“集中式”，理由很简单，因为所有的控制柜都集中放在一个地点。然而，在工程实践中，这种集中式的结构时常受到挑战，甚至根本不可行。例如，我们在广东某电厂的改造项目上就遇到这样的难题：控制室的电缆沟已经布满了电缆，无法容纳新建除尘器的大量的动力电缆，扩建控制室又因地形限制而不可能。于是，我们提出了分布式低压控制系统。分布式低压控制系统是将控制柜（箱）以就近被控电气对象的原则，分散地放在除尘器的有关部位。这样，大量的电缆不必引入控制室，只需少数控制电缆，甚至一条通讯电缆进控制室，解决了电缆沟放不下的问题。2. 分布式控制系统结构构筑一个分布式系统有多种方法,但作为一个工程项目，不仅要考虑系统的技术先进性,还应顾及经济性。只有性能价格比出众的产品才能在激烈的市场竞争中赢得一席之地。根据电除尘器的特点，我们用单片机和CAN总线来构造分布式低压控制系统，既能满足技术要求，造价又低，具有很强的竞争力。系统按功能和物理位置，划分成若干个“节点”，放置在除尘器的顶部，底部和控制室内。每个节点，物理上是一个控制柜，柜中装有一套单片机主控板和若干块I/O接口板，温度取样板等，组成一个就地控制单元。各节点通过一条通讯电缆相互连接，底层采用CAN总线通讯协议，上层应用层协议自主开发，这样就构成了一个物理空间上分散，但电气网络上又连成一体的分布式控制系统。参见图一，它是我们为广东某电厂研制的分布式低压控制系统的结构示意图。选择什么样的通讯协议来构筑网络是颇费心思的，它直接关系到整个系统的技术性能，可靠性，可行性和成本。传统的单片机系统，大都采用“一主多从”的通讯方式，即，网络中有且只能有一台主机（如，一台PC机或PLC控制器等），由它主宰与各“节点”的通讯，各“节点”之间是不能够随心所欲地相互通讯的。这是因为单片机一般只有简单的串行通讯协议，缺乏复杂的协议栈的支持。然而，在分布式低压控制系统中，各节点往往要互相配合，要求各节点之间要能够相互自由地进行信息交换。因此，简单的“一主多从”通讯方式不能满足系统的要求，需要寻找性能更高的通讯网络。我们把目光放在了CAN总线上。 3. CAN总线介绍CAN是英文Controller Area Network 的缩写，意为控制器局部网，属于现场总线的范畴，是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。CAN总线具有优异的可靠性、实时性和灵活性，特别适合工业设备测控单元互连，因此倍受工业界的重视，并且已成为国际标准，被公认为最有前途的现场总线之一。其位速率可达1Mbps,最大传输距离10km。通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维。CAN的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。基于CAN总线的分布式系统具有如下突出的优点：l 多主方式网络中的各节点都可根据总线访问优先权(取决于报文标识符)采用无损结构的逐位仲裁的方式竞争向总线发送数据。而“一主多从”的系统，通信方式只能以主站轮询的方式进行，不但实时性、可靠性差，各节点之间还不能够自由交换信息。l 可靠性高，抗干扰能力强CAN总线有两个物理输出端CANH和CANL。CANH端的状态不是高电平就是悬浮状态，而CANL端的状态不是低电平就是悬浮状态。此外，当总线上出现严重故障时，CAN节点具有自动关闭输出的功能（即转为悬浮状态），使得总线上其他节点的数据发送和接收不受影响，避免了因个别节点出现问题而造成总线被 “死锁”，从而有效地保证了整个总线的可靠性。l 容易应用CAN具有的完善的通信协议，并可硬件实现(即由CAN控制器芯片及接口芯片自动完成)，从而大大降低了开发的难度。另外，与其它现场总线相比，生产CAN总线芯片的厂家多、芯片容易购买,且性价比高，这些都是目前 CAN总线应用于众多领域，具有强劲的市场竞争力的重要原因。4. 硬件及编程节点按模块化设计，基本模块有：CPU模块,开关量输入模块, 开关量输出模块,和模拟量输入模块。它们像积木一样组合，构成各节点的硬件。CPU模块采用美国DALLAS公司的高速微控制器DS80C320作为节点控制核心。CAN总线芯片采用PHILLIP公司的SJA1000和PCA82C250。为保证能够在恶劣的工业现场可靠通讯，在SJA1000和PCA82C250之间加一道光电隔离，并在CAN器件的物理接口装了浪涌保护器。实践证明这两条措施很重要，可以有效地保证CAN总线在恶劣的环境下正常工作。其余模块均设计成“智能化”，即各带一个PHILLIP公司的P87LPC764微处理器，能独立完成各自的任务。各模块通过RS485相互连接，组成一个小型的“分布系统”。此外，配备自主开发的掌上终端作为各节点的人机交互设备。通过终端，可以现场设置，修改控制参数，察看运行状况，极大地方便了调试和故障处理。节点的软件编写采用C + RTOS + CAN LIB的模式。C指采用C语言编程，由于DS80C320和P87LPC764都为80C51派生微控制器，故采用的是C51语言。RTOS指实时多任务操作系统。随着应用的复杂化，微处理器的编程越来越多地采用实时多任务操作系统。把应用程序挂接在操作系统上，尽量利用操作系统提供的资源，不但可以大大减少编程的工作量，还能改善软件的质量。CAN LIB 指CAN库函数。CAN总线虽然性能超群，但编程需要对CAN的通讯协议和硬件芯片有相当的了解。利用专业公司提供的CAN库函数，在应用程序中直接调用，不失为CAN总线应用的一条捷径。目前市场上C语言编译器，单片机实时多任务操作系统，和包括CAN在内的各种通讯协议栈都有现成的产品可供选择。5. 分布式系统的特点和集中式系统相比，分布式电除尘低压控制系统有以下突出特点：l 系统可靠性高。集中式系统，包括分布式I/O系统（一种通过电缆和现场的I/O模块通讯，远距离输送I/O信号的系统），都是由一个中央控制器主宰整个系统，一旦主模块或通讯电缆出故障，整个系统崩溃，而分布式系统，各节点是“智能”的，即各自有一套独立的控制单元，各节点是平等的，一个节点出了故障，或通讯电缆坏了，不至于导致整个系统崩溃。可靠性甚至高于双机热备系统。l 降低成本，经济效益好动力电缆和控制电缆就近接至电气设备，不必接入控制室，节约了大量的电缆，桥架，同时也减少了电缆敷设工作量。此外，还节省了控制室的物理空间，对改造工程特别合适。l 便于模块化从其结构可知：分布式系统=节点+网络。一个节点就是一个模块，系统扩大或缩小，只是增减几个节点，剩下的就是修改软件。很容易实现整个系统的模块化。6. 结束语分布式电除尘器低压控制系统以其优异的技术性能和良好的经济效益，一经推出就受到用户的热烈欢迎，有些厂家已把它作为电除尘低压控制系统的标准选择。从几年的工程实