DE3007364A1

DE3007364A1 - Steuerung fuer ein elektrofilter

Info

Publication number: DE3007364A1
Application number: DE19803007364
Authority: DE
Inventors: Horst Dr.-Ing. 8520 Erlangen Daar; Helmut Dipl.-Ing. 6078 Neu Isenburg Herklotz; Günter Ing.(grad.) 6000 Frankfurt Mehler; Franz Dipl.-Ing. 6057 Dietzenbach Neulinger; Walter Dipl.-Ing. 8521 Uttenreuth Schmidt; Helmut Dipl.-Ing. 6056 Heusenstamm Schummer; Heinrich 8524 Neunkirchen Winkler
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 1980-02-27
Filing date: 1980-02-27
Publication date: 1981-09-10
Also published as: EP0035209B1; ATE8110T1; DE3164359D1; EP0035209A1

Description

METALLGESELLSCHAFT AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Frankfurt/Main VPA 80 P 8 5 1 1 DE

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT

Berlin und München
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Steuerung für ein Elektrofilter

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuerung für ein Elektrofilter, das über ein Stellglied und einen Hoch-Spannungsgleichrichter aus einem Wechselspannungsnetz gespeist ist und bei dem das Stellglied abhängig von elektrischen Filterbetriebswerten aussteuerbar ist.

Mit diesem Oberbegriff wird auf Anordnungen Bezug genommen, wie sie beispielsweise aus der Siemens-Zeitschrift 1971 (Heft 9), Seiten 567 bis 572, insbesondere Bild 2 oder der DE-AS 11 48 977 bekannt sind. Bei diesen bekannten Steuerungen werden unter anderem Filterstrom und Filterspannung erfaßt und abhängig von Durchschlägen so geführt, daß sich optimale Abscheideverhältnisse ergeben.

Die bisher bekannten Steuerungen sind im allgemeinen mit Mitteln der Analogtechnik, also Verstärkern, Widerständen und Kondensatoren usw. aufgebaut. Im Zuge des Vordringens der Digitaltechnik wird es wünschenswert, auch hier für Steuerungszwecke den Mikroprozessor einzusetzen.

Überträgt man nun Erfassung und Aufbereitung der Meßwerte sowie Weiterverarbeitung und Regelung einem Mikrocomputer mit einem Mikroprozessor, so ist dieser Rechner im allgemeinen durch die Erfassung und Aufbereitung der sich rasch ändernden Meßwerte so beschäftigt, daß für die eigentliche Regelung kaum mehr Zeit bleibt, es sei denn, es wird eine Beschränkung der Meßwerte durchgeführt oder ein aufwendiger Rechner benutzt. Die erste Alternative führt zu einem Verlust an Regelgenauigkeit oder

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Vielseitigkeit, die zweite Alternative zu erheblichem Ko stenaufwand.

Hiervon ausgehend besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine universell einsetzbare und einfache Steuerung für Elektrofilter auf Mikroprozessorbasis zu schaffen, die hinsichtlich der Meßwerterfassung und Aufbereitung sehr vielseitig ist, aber gleichzeitig auch für übergeordnete Regelzwecke genügend Zeit zur Verfügung hat.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jeweils in einem maximal 1/2 Periode der Netzwechselspannung umfassenden Zyklus mehrfach die elektrischen Filterbetriebswerte durch einen Mikroprozessor abfragbar und speicherbar sind, der Mikroprozessor jeweils am Ende des Abtastzyklus die benötigten Strom- und Spannungswerte an einen das Steuersignal des Stellgliedes nach vorgegebenen Kriterien berechnenden, übergeordneten weiteren Mikroprozessor des gleichen Mikrocomputersystems übergibt und nur das aus dem Vergleich korrespondierender Werte von Spannung und Strom in aufeinanderfolgenden Halbwellen der Filtergleichspannung abgeleitete Durchschlagsignal sofort an den übergeordneten Mikroprozessor übertragbar ist.

Auf diese Weise wird der das Hochfahren und Führen der Spannung an der Durchschlagsgrenze steuernde, übergeordnete Mikroprozessor von der zeitaufwendigen Durch-Schlagserfassung und Meßwertaufbereitung freigehalten, so daß sich trotz der Verwendung zweier Prozessoren (Master-Slave Prozessorsystem) ein verhältnismäßig einfaches Mikrocomputersystem ergibt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Steuerung sind in den kennzeichnenden Merkmalen der Unteransprüche beschrieben.

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Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels sei die Erfindung näher erläutert; es zeigen: Figur 1 den Schaltungsaufbau der Steuerung, Figur 2 eine aus mehreren Elektrofiltern bestehende Anlage mit individueller Steuerung je Filter, Figur 3 einen beispielsweisen Verlauf der pulsierenden

Filtergleichspannung und

Figur 4 einen beispielsweisen Verlauf des Primärstromes des Elektrofilters.

Die Primärwicklung eines Hochspannungstransformators 3 ist über ein Thyristorstellglied 4 an ein Wechselspannungenetz U angeschlossen. Auf der Sekundärseite des Hochspannungstransformators 3 ist über einen Gleichrich ter 2 das eigentliche Elektrofilter 1 angeschlossen. Die Amplitude der pulsierenden Filtergleichspannung ist dabei von den Befehlen des Steuersatzes 41 abhängig, der seinerseits seine Steuerspannung Ug. aus einem als Regler dienenden Mikrocomputersystem 5 erhält.

Das Mikrocomputersystem 5 besteht im wesentlichen aus einem Leitprozessor 51 (Master) und einem Folgeprozessor 52 (Slave); beide Prozessoren 51 und 52 arbeiten auf den gleichen Bus 57. An diesen Bus 57 sind auch noch der in bekannter Weise aus Schreib-Lesespeichern (RAM) für Daten und Nur-Leseepeichern (ROM) für das Betriebssystem bestehende Speicher 53, ein Digital-Analog-Wandler 56 und eine Eingabe-Ausgabe-Stufe 54 zur Weitergabe und Empfang von Prozeß-Signalen angeschlos sen. Ferner arbeitet auf den Bus auch noch ein Koppel glied 58, das die Verbindung zu einem übergeordneten Leitrechner 7 (vgl. Figur 2) über ein Bussystem 71 aufrechterhalten kann. Die Eingabe von Daten in das Mikrocomputersyatem 5 wird über einen Anschlußstecker 61 mittels eines Programmiergerätes 6 vorgenommen. Die Anordnung arbeitet in der Weise, daß dem Primärstrom I , dem Filterstrom I_p, der Filterspannung U_p und der Steuer-

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spannung U^ proportionale Werte über einen Analog-Digital-Wandler an den Prozessor 52 gelangen, dort aufbereitet werden und am Schluß ihres Abtastzyklus an den Leitprozessor 51 weitergegeben werden. Dieser berechnet dann nach vorgegebenen Kriterien die erforderlichen Stellbefehle für das Stellglied 4 und gibt diese über den Digital- Analog-Wandler 56 an den Steuersatz 41 aus. Zusätzlich hat der Prozessor 52 noch die Aufgabe, Durchschläge im Filter zu erkennen. Hierzu werden korrespondierende Spannungs- bzw. Stromwerte in aufeinanderfolgenden Halbwellen miteinander verglichen und hieraus das Durchschlagssignal gebildet. Dieses Signal wird sofort an den Leitprozessor 51 weitergegeben. Die Bildung dieses Signals - und auch anderer Signale - ist in Zusammenhang mit den Figuren 3 und 4 näher erläutert.

Figur 2 zeigt den Einsatz einer derartigen Steuerung im Rahmen einer aus mehreren Elektrofiltern A, B, C bestehenden Elektrofilteranlage, die in Richtung des Pfei-Ies 8 von dem zu reinigenden Gas durchströmt wird. Wie ersichtlich, ist jedem Filter A, B, C eine eigene Steuerung, d.h. ein Mikrocomputersystem 5 zugeordnet. Jedes dieser Mikrocomputersysteme steht über das Koppelglied 58 und einen Datenbus 71 mit einem übergeordneten Leitrechner 7 in Verbindung, der übergeordnete Optimierungsstrategien oder dgl. berechnen kann; z.B. kann durch ein Staubbeladungsmeßgerät 9 die Abscheideleistung erfaßt und die Abscheidung so auf die einzelnen Filter verteilt werden, daß sich bei minimalen Energieaufwand ein optimaler Abscheidungsgrad ergibt. Die vorstehend erwähnte Konfiguration hat den Vorteil, daß auch bei Ausfall eines Mikrocomputersystems 5 die Anlage als solche weiterbetrieben werden kann, da die anderen Steuerungen individuell für sich weiterarbeiten können.

Ebenso gilt dies für den Ausfall des Leitprozessors 7, da auch dann noch immer die einzelnen Filter regelbar sind.

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Der vorstehend erwähnte modulare Aufbau führt außerdem zu Vorteilen bei Wartung und Nachrüstung von Elektrofilteranlagen und bietet ein Maximum an Störsicherheit. Figur 3 zeigt den Verlauf der pulsierenden Filtergleichspannung Up in kV in Abhängigkeit von der Zeit t, wobei mit T die Periodendauer der Netzwechselspannung bezeichnet ist. In jeder Halbperiode N, N+1 usw. der Netzwechselspannung U wird die Filterspannung Up 2Ox abgetastet, d.h. die Einzelwerte Up,(N) von i=o bis i = 20 vom Mikroprozessor 52 abgefragt und gespeichert. Tritt während der Halbwelle, d.h. im Abtastzyklus, kein Durchbruch auf, so wird in jeder Halbwelle N im Prozessor 52 der Scheitelwert U__„ ermittelt und bei Beginn der nächsten Halbwel-Ie N+1 an den Leitprozessor 51 übergeben. Dieser nimmt die automatische Anpassung der Filterspannung an die sich ändernden Betriebsverhältnisse des Elektrofilter vor. Außer dem für die Durchschlagsgrenze wichtigen Scheitelwert U_max ist auch der arithmetische Mittelwert der Filterspannung von Interesse, z.B. zur Aufnahme der Filtercharakteristik, d.h. des Filterstromes I_p in Abhängigkeit von der Filterspannung U_p. Hierzu wird am Ende jeder Spannungshalbwelle N die Summet sämtlicher Meßwerte und die Anzahl, z.B. 20 an den Leitprozessor 51 übertragen, der hieraus dann den Mittelwert berechnet.

Von Interesse ist auch der Mittelwert des Filterstromes. Hierzu werden im Prozessor 52 die Einzelmeßwerte des Filterstroms Ip, z.B. 20, während der Dauer einer Halbwelle addiert. Bei Beginn der nächsten Halbwelle wird die Meßwertsumme und die Anzahl der Mittelwerte ebenfalls an den Leitprozessor 51 übertragen, der dann die Mittelwertberechnung ausführen kann.

Von Interesse ist auch die Nennstromüberwachung; hierzu ist die Bildung des Primärstromeffektivwertes notwendig.

Hierzu werden im Prozessor 52 alle Einzelmeßwerte J , die größer als der Magnetisierungsstrom sind, während der Dauer einer Halbwelle addiert. Bei Beginn der näch-

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sten Halbwelle wird die Meßwertsumme, Anzahl der Einzelmeßwerte und der Scheitelwert des Primärstroms an den Master-Prozessor 51 übertragen, der hieraus nach einer Näherungslösung den Effektivwert berechnen kann.

Von weiterem Interesse ist, ob die ausgegebene Steuerspannung Uo+ auch tatsächlich am Steuersatz 41 vorliegt. Hierzu werden in jeder Halbwelle ebenfalls die Einzelmeßwerte der Thyristorsteuerspannung fortlaufend abgerufen und addiert. Bei Beginn der nächsten Halbwelle wird die Meßwertsumme und die Meßwertanzahl ebenfalls an den Leitprozessor 51 übertragen, der die Mittelwertberechnung ausführt. Diese muß dann wieder mit der über den Digital-Analog-Wandler 56 ausgegebenen Steuerspannung übereinstimmen.

Im Leitprozessor 51 selbst werden die im lOMillisekundenzyklus anfallenden Scheitelwerte und die arithmetischen Mittelwerte der Filterspannung Up sowie die arithmetischen Mittelwerte des Filterstroms Ip über z.B. 1 Sekunde gemittelt. Diese Werte können dann z.B. an einer Ziffernanzeige angezeigt werden. Falls ein Leitprozessor 7 vorhanden ist, können diese Sekundenmittelwerte zusätzlich über eine Minute gemittelt werden. Diese Werte können dann auf Anforderung in den Leitprozessor übertragen werden.

Eine weitere wesentliche Aufgabe des Prozessors 52 besteht in der Erfassung eines Durchschlags.

Ein Verfahren zum hochspannungsseitigen Erfassen des Durchschlags kann z.B. darin bestehen, daß jeweils die Spannungsverläufe aufeinanderfolgender Halbwellen der Schwankungen der Spannung U_p am Abscheider miteinander fortlaufend verglichen werden und eine vorgegebene Abweichung einander zugeordneter Halbwellenmeßwerte als Kriterium für einen Durchschlag dient. Bei der hier vor-

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liegenden Steuerung werden einmal Spannungsvergleiche aufeinanderfolgender Halbwellen der Filterspannung, dann der Vergleich von Scheitelwerten des Primärstromes und zusätzlich noch eine MindestSpannungsüberwachung verwendet. Hierzu werden, wie bereits ausgeführt, die Halbwellen der Filterspannung U_p (vgl. Figur 3) z.B. 2Ox - Abtastungen i = 0,1,2... - pro Halbwelle N abgetastet, wobei der Halbwellenbeginn mit z.B. der Spannung Up₀ (N) durch das externe Signal Null-Durchgang der Netzspannung U mit der Periode T signalisiert wird. In dem dem Mikroprozessor 52 zugeordneten Speicherteil werden 20 dieser über die halbe Periode verteilte Einzelmeßwerte U_pi (N) der Halbwelle (N) gespeichert. Anschließend werden 20 Einzelmeßwerte U_pi (N+1) der nachfolgenden Halbwelle N+1 abgetastet und gespeichert, und zwar von gleicher Phasenlage wie die der vorhergehenden Halbwelle (N). Die Einzelmeßwerte gleicher Phasenlage aufeinanderfolgender Halbwellen werden miteinander verglichen und die Spannungsdifferenzen

Λ U_Fi = U_Fi (N) - U_Fi (N+1) gebildet. Jede der EinzelspannungsdifferenzenAU_?i wird mit einem Grenzwert verglichen, der ein bestimmter Prozentsatz der Filtergleichspannung ist. Das Durchbruchssignal wird gegeben, wenn die Differenz größer als der vorgegebene Grenzwert ist. Wie ersichtlich,liegt an der Stelle D in der Halbwelle N+1 ein Filterdurchschlag vor, da der hier vorliegende Spannungswert erheblich kleiner als der zugeordnete Spannungswert in der vorhergehenden Halbwelle N ist.

Zur Überwachung des Stromkriteriums (vgl. Figur 4) wird der Primärstrom I gleichgerichtet und jeweils die Scheitelwerte einer Halbwelle und der folgenden Halbwelle I-, (N), I (N+1) gespeichert und mit den entsprechenden

Werten ΐ (N+2), ΐ (N+3) der folgenden Netzperiode verglichen. Ergibt der Vergleich der zugeordneten Scheitelwerte zweier Netzperioden eine über einen bestimmten Be-

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trag hinausgehende Abweichung, deren Höhe von der vorliegenden Stromstärke abhängig gemacht ist, so wird ebenfalls die Durchbruchsverarbeitung angestoßen. Als zusätzliches Kriterium für den Durchschlag wird auch noch das Absinken der Filterspannung Up unter einen vorgegebenen Sollwert angesehen.

Von besonderem Interesse ist auch noch bei der vorliegenden Steuerung, daß die Regelparameter, wie z.B. Anstieg der Filterspannung und Bewertung der Durchschläge pro Zeiteinheit usw. je nach den geforderten Filterbedingungen von außen durch das Programmiergerät 6 in die Steuerung eingegeben werden können. Hierdurch kann die gleiche Steuerung für eine Vielzahl von unterschiedliehen Filtern und Anlagen verwendet werden.

8 Patentansprüche
4 Figuren

Claims

Patentansprüche

1. Steuerung für ein Elektrofilter, das über ein Stellglied und einen Hochspannungsgleichrichter aus einem Wechselspannungsnetz gespeist ist und bei dem das Stellglied abhängig von elektrischen Filterbetriebswerten aussteuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils in einem eine Halbwelle der Netzwechselspannung umfassenden Zyklus mehrfach die elek- trischen Filterbetriebswerte durch einen Mikroprozessor abfragbar und speicherbar sind, der Mikroprozessor (52) jeweils am Ende des Abtastzyklus die benötigten Strom- und Spannungswerte an einen das Steuersignal des Stellgliedes (4) nach vorgegebenen Kriterien berechneten, übergeordneten weiteren Mikroprozessor (51) des gleichen Mikrocomputersystems (5) übergibt und nur das aus dem Vergleich korrespondierende Werte von Spannung und Strom in aufeinanderfolgenden Halbwellen der Filtergleichspannung abgeleitete Durchschlagssignal sofort an den übergeordneten Mikroprozessor (51) überträgt.

2. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Mikroprozessor (52) aus den abgetasteten Filterspannungswerten jeder HaIbperiode der Scheitelwert ermittelbar ist und am Ende der Abtastperiode an den übergeordneten Prozessor (51) weitergebbar ist.

3. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeichnet, daß die Zahl und Summe der Spannungs- und Strommeßwerte vom Mikroprozessor (52) am Ende jedes Abtastzyklus an den übergeordneten Mikroprozessor (51) weitergebbar ist.

4. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl und Summe der Steuerspannungswerte des Stellgliedes (4) in jedem Ab-

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tastzyklus ermittelbar und an den übergeordneten Mikroprozessor (51) übertragbar ist.

5. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch g e 5kennze ichnet, daß im übergeordneten Prozessor (51) Langzeitmittelwerte von Filterstrom und Filterspannung für eine Anzeige errechenbar sind.

6. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastzyklen mit den Nulldurchgängen der Netzwechselspannung (U) synchronisiert sind.

7. Steuerung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch an den Mikrocomputerbus (57) angeschlossene Speicher für Filterparameter.

8. Steuerungen nach Anspruch 1, im Rahmen einer aus mehreren Filtern (A, B, C) bestehenden Elektrofilteranlage, gekennzeichnet durch eine den gleichartigen Steuerungen der Filter (A, B, C) überlagerten Leitrechner (7) zur Optimierung und Koordinierung der Filteranlage.