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

摘要：介紹了流光放電等離子體煙氣脫硫的原理和工藝流程，設(shè)計(jì)了一套基于CAN總線的微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，并給出了系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)方案，在實(shí)驗(yàn)平臺上取得了良好效果。

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)

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(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總排放量的90%[1]，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)大市場潛力和應(yīng)用前景的煙氣脫硫新工藝。本文針對這種技術(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

流光放電等離子體煙氣脫硫的原理是利用高頻高壓交直流疊加電源使反應(yīng)器發(fā)生電暈放電，放電產(chǎn)生的高能激發(fā)電子電離煙氣中的氣體分子(O2、H2O、N2等)，產(chǎn)生極富氧化性的離子和自由基，這些活性粒子在有添加劑NH3存在的條件下通過一系列的鏈反應(yīng)將污染物成分(如SO2、NOX等)氧化生成穩(wěn)定的銨鹽，從而達(dá)到煙氣脫硫的目的。
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)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)的檢測儀可對各參數(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)時性、靈活性和抗干擾性[2]而在本系統(tǒng)中得到應(yīng)用。

整個監(jiān)控系統(tǒng)由上位管理機(jī)、CAN接口適配卡和多個現(xiàn)場測控節(jié)點(diǎn)三部分組成。具體結(jié)構(gòu)如圖2所示，其它數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)沒有在圖上示出。上位管理機(jī)選用普通PC機(jī)，負(fù)責(zé)與下位機(jī)的通信、動態(tài)顯示各節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài)或報警信息以及按照一定的數(shù)學(xué)模型對現(xiàn)場測控節(jié)點(diǎn)的各控制參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。CAN總線通信接口適配卡負(fù)責(zé)PC機(jī)與現(xiàn)場測控節(jié)點(diǎn)之間數(shù)據(jù)和控制參數(shù)的傳遞。現(xiàn)場測控節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)從現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)并以CAN協(xié)議發(fā)送到總線上，傳給上位機(jī)或其它節(jié)點(diǎn)，并根據(jù)需要對現(xiàn)場設(shè)備就地進(jìn)行實(shí)時控制和監(jiān)視。利用CAN總線方便的可擴(kuò)展性，可以在總線上增加更多的測控節(jié)點(diǎn)而無需改變系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)。CAN總線上的節(jié)點(diǎn)數(shù)主要取決于總線驅(qū)動電路，目前可達(dá)112個(RT=120Ω，RL=45Ω)[3]，這為日后系統(tǒng)的改進(jìn)帶來了極大的方便。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)包括現(xiàn)場測控節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)和CAN接口適配卡的設(shè)計(jì)。現(xiàn)場測控節(jié)點(diǎn)作為現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集與控制層完成的功能包括:對各狀態(tài)量的檢測；對交直流疊加電源電壓的控制，達(dá)到直流基壓0～60kV，交流峰峰值電壓40kV，交流頻率16～50kHz；對進(jìn)入反應(yīng)器的煙氣溫度進(jìn)行控制(60～80℃)；對氨注入的控制，準(zhǔn)確地控制氨硫摩爾比(不大于2:1)。各個現(xiàn)場測控節(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調(diào)理電路、單片機(jī)外圍電路、模擬控制信號輸出電路、液晶顯示電路和CAN通信電路等。CPU采用Intel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發(fā)送和接收功能，提高系統(tǒng)總線的節(jié)點(diǎn)驅(qū)動能力，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。