全自动过滤器控制系统的改进设计

谢 鲲，台立钢，于慎波

(1.上海应用技术大学，上海 201418；2.沈阳工业大学，辽宁沈阳 110870)

全自动过滤器控制系统的改进设计

谢 鲲1，台立钢2，于慎波2

(1.上海应用技术大学，上海 201418；2.沈阳工业大学，辽宁沈阳 110870)

针对目前市场上现有的筛网过滤器控制系统体积较大、价格昂贵的缺点，开发出一款低成本、集成度高并且具有手、自动冲洗和故障报警等功能的嵌入式专用控制器，该控制器与多个传感器相互配合组成控制系统。具有体积小、集成度高、智能化的特点。 本文阐述了控制器的硬件电路部分设计、控制系统构成及控制逻辑等。

可编程逻辑控制器；数字信号处理器；脉宽调制；过滤器；自清洗；控制器；控制系统；智能控制

1 前言

目前市场上筛网过滤器的控制系统低端产品多以继电器、接触器组成的控制系统为主，高端产品主要以PLC作为主控单元。PLC的控制功能非常强大，但是基于PLC开发的控制系统往往体积较大，价格较高，通用性太强不利于软件的保护。国内外还有少数一些厂家生产专用控制器，由于设计标准不统一，通用性不强，各家产品形式各样，后期的维护和更新非常不便，另外功能也相对单一，用户无法实现精细化的设置和调整。

为此本文首先分析过滤器控制过程所需完成的任务、流程、方式以及功能，在此基础上研制开发一种以DSP为核心的具有很强通用性的控制器，进而组成控制系统。该控制系统体积小、重量轻、能大大降低生产成本，同时具有一定的安全性。它可以依靠检测过滤的料液压力，提供控制信号，在运行过程中清洗过滤元件，精度可调节，适合于工业生产[1～4]。

2 过滤器结构及工作原理

筛网过滤器主要由滤筒、不锈钢楔形滤网、电机、减速器、压力变送器、控制箱和气动阀等部分组成，结构如图1所示。流体由入口流进，经隔板上的孔流进滤芯，滤芯在隔板上围绕传动轴按圆周均布，经滤网过滤后，杂质留在网内壁。当滤芯污染达到一定程度时,过滤能力降低，当压差或时间达到设定值时，由控制器发出指令，电动机带动不锈钢双曲线柔性刮刀旋转，将杂质清理出来，电动排渣阀打开，过滤器上部的清水反向流过滤芯,将附着在滤芯内壁的固体颗粒经排渣反冲管排出。反冲洗管在传动轴的带动下,依次经过各滤芯位置,完成冲洗过程。当进出口压力差减小到规定值时,电动排渣阀关闭,传动轴停止转动[5,6]。

图1 过滤器结构示意

3 系统硬件设计

3.1 控制单元

控制器采用TMS320F2812作为控制单元，负责运算、比较、控制。这是一款32位高性能定点处理器，片内资源集成非常丰富，其中包含flash、RAM、标准通信口SPI以及eCAN，可以方便地实现与外设的通信。另外，F2812内部还存在一个采样速率达到12.5 Msps的ADC转换模块，它可以进行12位精度的数据采样。

刮刀电机采用的是具有伺服控制功能的伺服电机，控制器驱动伺服电机控制器的PWM信号，图2为一路PWM信号(输出脚19)的连接，在此，GAL芯片的作用是可根据需要调整几路驱动信号的顺序，并易于实现输出的控制，在发生故障时可以及时封锁输出信号。

图2 PWM电路

电路在设计过程中采取了一些改进措施来抗干扰。首先通过继电器加反向续流二极管,IC芯片两端加高频去耦电容等方法来抑制干扰源。在可能存在的干扰传播途径上采取增加隔离光耦，切断高频噪声的办法。另外，增加敏感元器件的抗干扰性能，布线时减小回路面积，闲置I /O口接地，使用电源监控和看门狗电路。对于传感器可能引入的干扰，采取在探头和测量地之间接几百到几千皮法的电容，可以基本上克服外部引入的干扰问题[7,8]。

3.2 系统设计

根据过滤器自动控制系统的电气控制要求，系统设置如表1所示。

表1 电气控制系统

由于1151DP5E 型差压变送器主要用于测量气体、液体等的压力差，转换信号也是标准的4～20 mA电流信号，因此系统中涉及到压力测量环节的均采用1151DP5E型差压变送器。为了隔离工业现场的电磁干扰等不利因素，采用SFP-1106 型配电器将反馈信号再次转换成隔离的1～5VDC 或4～20 mADC 输出，变送器的24 V直流电源也是由它来提供。通过对实测差压值与预设差压值的比较，可实现对过滤器反冲洗的控制，控制系统原理图如图3所示。

图3 过滤器控制系统组成

4 软件设计

过滤器共有2种运行状态：过滤状态和清洗状态。在过滤状态下，原液从入口进入过滤器，经过过滤的液体从过滤器中流出。过滤器的清洗是整个控制系统工作的重点，根据过滤器不同的工作情况和传感器配置，设置了点动、定时、差压和组合控制模式。

在有人值守的情况时，系统可以采用点动方式进行控制，比较方便灵活。而在无人情况或者无需人员干预的时候，系统中设备的开关完全受程序控制，控制的时间可以通过人机界面进行设定，自动开启清洗动作。这种方式可以在过滤器长期工作以后总结其自清洗动作规律来设定时间间隔，自动化程度较高。差压方式中采集压力经过差压变送器与预设压力值ΔP做比较，如压差超过预设值即输出大于、等于信号，可使控制系统输出控制信号，进而过滤器开始自清洗，直到压差小于预设值，自清洗结束。图4(a)是过滤器的2台压力变送器加定时控制模式，图4(b)是差压变送器加出口压力变送器加定时的组合控制模式[9～11]。

(a) 两台压力变送器模式+定时模式 (b) 差压变送器+出口压力变送器+定时

图4 控制流程

5 结语

本文分析了全自动自清洗过滤器组成及工艺流程，并介绍了控制系统的核心控制单元的设计、电气系统的设计和软件设计。整个控制系统由控制器统一协调各设备之间的动作，对过滤器进行有效控制和监控，在完善的故障检测及报警基础上提高了系统安全性和可靠性。最终的试验结果表明，本控制系统稳定可靠，有效提高生产线效率，降低了工人的劳动强度，减少了生产成本。

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Automatic Control System of the Filter Design Improvements

XIE Kun1，TAI Li-gang2，YU Shen-bo2

(1.Shanghai Institute of Technology,Shanghai 201418,China;2.Shenyang University of Techhnology,Shenyang 110870,China)

Aiming at the existing mesh filter control system on the market volume is larger,the shortcomings of expensive,to develop a low cost,high integration and has the function such as hand control and fault alarm,automatic special embedded controller,the controller of control system in conjunction with multiple sensors.Has the characteristics of small volume,high integration and intelligent.This paper expounds the hardware circuit of controller part design,control system structure and control logic,etc.

PLC;DSP;PWM;the filter;self cleaning;the controller;control system;intelligent control

1005-0329(2017)02-0050-03

2016-06-22

2016-12-30

国家自然科学基金资助项目(51175350)

TH6;TV36

A

10.3969/j.issn.1005-0329.2017.02.011

谢鲲(1976-)，男，讲师，博士，主要从事控制系统设计及算法的研究，通讯地址：201418 上海市海泉路100号 上海应用技术大学，E-mail:mrxk2000@163.com。