橡胶加工厂除尘设备实时控制系统设计及其实施

系统简介：
橡胶加工企业在混炼橡胶过程中产生大量含尘废气以及颗粒物，严重污染车间及周边环境，极大地影响生产操作及操作人员的身体健康。在混橡车间改造的同时，对车间环保设施与生产工艺实行“三同时”，对污染严重的混橡室、配料间、上料系统、辗叶间装置等生产设备进行污染治理。我们采用了Advantech公司的工业控制计算机、数据采集板卡、数字量输入输出板卡、模拟量输出板卡等工控产品，系统稳定性良好，取得了较好的经济效益。

系统要求：
1） 实时在线监测气包压力、脉冲阀出口压力、以及标耙加速度等电信号；
2） 实时检测污染源周围的大气质量以及各种主要污染源成分；
3） 根据检测的周围空气质量实时控制洗尘设备的吸附效率；
4） 根据需要在线除去吸尘通道中的吸附物；
5） 实时报表打印、历史数据存储等；
6） 实时在线绘制气包压力、脉冲阀压力以及标耙加速度的变化曲线。

解决方案：
n 控制系统的硬件设备选型及其应用特性
由于气包除尘过程是极其短暂的，大约只有100～150ms的时间，控制工程最为关键的如何利用香农（Shannon）采样理论将外部信号毫无失真地采集并转化为计算机所用的数字信号，要实现这一过程必须有满足两个条件：（1）响应速度要达到１0kHz压力变送器以及响应速度要达到１5kHz的压力变送器；（2）电信号每个通道采集的速率的至少为30ks/s.
为满足此设计要求，以及实时控制的需要，选用了高采集速率的数据采集板卡PCL－818HD，12bit模拟量输出板卡PCL－728，还选用了驱动能力达到24V@100mA的直流继电器驱动板卡PCL－725，
为了充分反映整个除尘过程中气压、加速度信号变化的趋势，系统要求实时控制系统在打开电磁阀的同时，便开始进行高速数据采集，即对计算机控制系统而言，数据采集和电磁阀开启动作是并行工作的，为了实现这一功能，采用了由工业控制计算机通过PCL-725给PLC发送TTL电平控制命令的同时，便开始进行数据采集，驱动电磁脉冲阀由PLC来实现，考虑到PLC的响应时间以及电磁阀的响应时间，实际上是在电磁脉冲阀阀门开启之前，工业控制计算机便开始进行数据采集了，正好满足了装置实时控制的需要。

n 软件设计
本装置要求控制系统具有较强的实时能力，并且控制系统在实时控制各控制单元的同时，还要进行实时数据处理和存贮，因此，要求本测控软件具有与之相适应的实时性能。为此，采用Visual C＋＋完成对PCL－818HD、PCL－725，PCL－728等板卡底层端口的读写，并将其编译成动态连接库（DLL），以供其它程序调用。Visual Basic具有极强的对应用层程序支持的能力，而缺乏对硬件底层的访问能力，因此，本控制系统采用Visual Basic编写人机接口程序（HMI Human Machine Interface），完成控制程序初始化参数的设置、文件操作管理、数据的存贮、以及与其它应用程序的接口管理等。 Matlab具有强大数值计算功能和丰富的函数库，然而作为一种以解释方式运行的高级计算机语言,Matlab程序的执行效率较低。整个控制程序将Visual C++以及Visual Basic程序和Matlab三者的优势结合起来，实现三者无缝隙的连接，很好的解决数据存储、处理以及图形绘制之间的矛盾，从而大大减少软件的开发周期，降低程序设计的复杂度。

系统抗干扰措施：
在本实时控制系统中，由于传感器的信号十分微弱，必须采用各种抗干扰手段来抑制噪声干扰对测量结果的影响。干扰进入监测系统主要通过（1）从系统的工频电源进入，（2）通过电磁耦合，（3）通过监测元件进入。由于数字滤波是以对信号的高速数据采集为基础的，但高速数据采集器采样量化的分辨率有限，系统采用了模拟滤波和数字滤波相结合的方法。即先用模拟滤波去掉大部分的干扰能量，然后再用高速数据采集，对原始采样数据中的干扰进行数字滤波处理，以取得最佳的滤波效果。
n 共模抑制技术
为提高系统的抗干扰性能，系统采用差分输入方式，采用差分输入可使来自设备震动、以及变送器的白噪声干扰相互抵消，实现了共模抑制电噪声。
n 模拟地隔离技术
为了使控制系统防止外界干扰除了供电系统采用隔离变压器以外，在过程与过程通道之间也采取隔离方法，使其计算机系统与外界的过程控制器和变送仪表之间没有公共地线，而是采用继电器隔离方式，以提高系统的抗干扰能力。
n 数字滤波处理技术
为了消除随机信号以及其它干扰信号对压力、加速度信号趋势图的影响，软件设计时采用了软件滤波方法。
在测量的过程中，由于传感器的输出信号只有几微伏到几百微伏，且内含有大量白噪声，变送器本身也有白噪声的干扰，同时信号又经过变送器放大，因此，PCL－818HD采集的信号不可避免的参杂着大量的白噪声，且有用信号很容易被噪声信号所淹没，微了消除噪声，本设计采用数字信号处理技术中的五点三次平滑数字滤波法。