自激式除尘器在线监测系统设计.pdf

第 4 3卷 第 1 O期 2 0 1 7年 1 0月 工矿 自 动化 I n d u s t r y a n d M i n e Au t o ma t i o n Vo 1 ． 43 NO ． 1 O Oc t ． 2 0 l 7 。． ’ ’ i 科研成果 ．◆ ．1h◆ ． ◆ 文章 编号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 7 1 0 0 0 0 7 0 7 D OI 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 1 x ． 2 0 1 7 ． 1 0 ． 0 0 2 自激式除尘器在线监测系统设计 王 冬 雪 ， 李 小川 ， 魏 涛 ， 胡 海彬 ， 向 武 中国矿业大学 化工学院，江苏 徐州2 2 1 0 0 8 摘 要 自激 式除 尘器 内气液混 合状 态因运行 环境 密 闭而难 于 实 时观 测 ， 无 法及 时避 免 气液耦 合过 程 中液 面波动和捕集体 间歇性激发引起的粉尘逃逸， 造成除尘器运行参数液位、 风速等的确定缺乏科 学依据 ， 除尘 效率难以保证 。针对上述 问题 ， 设计 了一套 自激式除尘器在线监测系统， 该 系统将 除尘器压 力信号所具有的 阻力参数 、 液位参数、 功率谱 密度值 、 相对功率谱密度值及频率特征段 5种特征参数作为气液 两相 流流型变 收藕 13 期 2 0 1 7 0 4 - 1 5 ； 修回 日期 2 0 1 7 0 7 1 7 ； 责任编辑 张强 。 基金项 目 国家 自然科学基金资 助项 目 5 1 4 0 4 2 5 2 ； 中 国博士 后科学 基金 面上 资助 项 目 2 0 1 6 M5 9 0 5 2 2 ； 江 苏省大 学生 创新训 练计 划项 目 2 0 1 5 1 0 2 9 0 0 8 4 X ； 中 国矿业大学大学生创新创业基金资助大学生创新项 目 D C 2 0 1 6 2 2 。 作者简介 王冬雪 1 9 9 3 一 ， 女 ， 江苏 徐州人 ， 硕 士研究 生 ， 主要 研究 方向为 分离 装备及 多 相流 动 ， E - ma i l 4 5 4 2 3 6 8 3 5 q q ． c o rn。通 信作 者 李／ l J I I 1 9 8 4 一 ， 男 ， 四川大英人 ， 副教授 ， 博士 ， 硕士研究生导师 ， 主要研究方向为分离装备及 多相流 动、 颗粒运动及介尺度科学 、 过 程工程与过程强化等 ， E - ma i l x i a 0 c h u a n 1 i 2 O O 8 1 6 3 ． c o rn。 引用格式 王冬雪 ， 李小川 ， 魏涛 ， 等． 自激式除尘器在线监测系统设计[ J ] ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 7 ， 4 3 1 0 ； 7 - 1 3 ． WANG Do n g x u e ，L I X i a o c h u a n ，WE I Ta o ，e t a 1 ．D e s i g n o f o n l i n e mo n i t o r i n g s y s t e m f o r s e l f - e x c i t e d d e d u s t e r J ] ． I n d u s t r y a n d Mi ne Au t o ma t i o n， 2 01 7， 43 1 O 7 1 3 ． [ 1 8 ] 袁亮． 煤炭 精 准开 采 科 学 构想 [ J ] ． 煤 炭学 报 ， 2 0 1 7 ， 4 2 1 1 - 7 ． YUAN Li a n g ． S c i e n t i f i c c o n c e p t i o n o f p r e c i s i o n c o a l mi n i n g[ J ] ． J o u r n a l o f C h i n a C o a l S o c i e t y ， 2 0 1 7 ， 4 2 1 1 - 7 ． [ 1 9 3 姜耀东 ， 潘 一山 ， 姜福兴 ， 等． 我 国煤 炭开采 中的 冲击 地压 机 理 和 防 治 [ J ] ．煤 炭 学 报 ， 2 0 1 4 ， 3 9 2 2 05 21 3． J I ANG Ya o d o n g ， P AN Yi s h a n， J I ANG F u x i n g， e t a 1 ． S t a t e o f t h e a r t r e v i e w o n me c h a n i s m a n d p r e v e n t i o n o f c o a l b u mp s i n C h i n a[ J ] ． J o u r n a l o f C h i n a C o a l S o c i e t y ， 2 O 1 4， 3 9 2 2 0 5 2 1 3 ． [ 2 O ] 赵毅 鑫 ， 姜耀 东 ， 祝 捷 ， 等． 煤岩组 合体 变形 破坏 前兆 信息 的试 验 研 究 [ J ] ． 岩 石 力 学 与 工 程 学 报 ， 2 0 0 8 ， 2 7 2 3 3 9 3 4 6 ． ZHAO Yi x i n，J I ANG Ya o d o n g，ZHU J i e ，e t a 1 ． Ex p e r i me n t a l s t u d y o n p r e c u r s o r y i n f o r ma t i o n o f d e f o r ma t i o n s o f c o a l r o c k c o mp o s i t e s a mp l e s b e f o r e f a i l u r e[ J ] ． C h i n e s e J o u r n a l o f R o c k Me c h a n i c s a n d En g i n e e r i n g ， 2 0 0 8， 2 7 2 3 3 9 3 4 6 ． [ 2 1 ] 刘泉声 ， 刘学伟． 多场 耦合作 用下 岩体裂 隙扩 展演化 关键 问题研究 [ J ] ． 岩土力学 ， 2 0 1 4 ， 3 5 2 3 0 5 3 2 0 ． [ 2 2 ] [ 2 3 ] [ 2 4 ] LI U Qu a n s h e n g ．LI U Xu e we i ． Re s e a r c h o n c r i t i c a l p r o bl e m f or f r a c t ur e ne t wor k pr op a g at i o n a n d e v o l u t i o n wi t h mu l t i f i e l d c o u p l i n g o f f r a c t u r e d r o c k m a s s [ J ] ．R o c k a n d S o i l Me c h a n i c s ， 2 0 1 4 ， 3 5 2 3 05 - 3 20． 于庆 ， 赵新权 ， 黄强 ， 等． 新 型智 能多 参数检 测报 警仪 的研 制[ J ] ． 矿业安全与环保 ， 2 0 0 1 ， 2 8 6 8 - 1 0 ． YU Qi n g， ZHA0 Xi n q u a n，HUANG Qi a n g，e t a 1 ． De v e l o p me n t o f n o v e l i n t e l l i g e n t mu l t i - p a r a me t e r d e t e c t i o n a l a r m[ J ] ． Mi n i n g S a f e t y E n v i r o n me n t a l Pr o t e c t i o n， 2 0 0 1 ， 2 8 6 8 - 1 0 ． 张 申， 丁恩杰 ， 徐钊 ， 等． 物 联 网与感知 矿山专 题讲座 之二 感知矿 山与数 字矿 山、 矿山综合 自动化[ J ] ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 0 ， 3 6 1 1 1 2 9 - 1 3 2 ． ZHANG S h e n， DI NG En j i e ， XU Z h a o， e t a 1 ． P a r t I I o f l e c t u r e o f I n t e r n e t o f t h i n g s a n d s e n s o r m i n e - s e n s o r mi n e ，d i g i t a l mi n e a n d i n t e g r a t e d a u t o ma t i o n o f mi n e [ J ] ． I n d u s t r y a n d Mi n e Au t o ma t i o n ， 2 0 1 0 ， 3 6 儿 1 29 13 2． 温家宝．2 O 1 0年政 府 工作 报告 [ E B ／ OL ] ． 2 0 1 0 0 3 1 5 [ 2 0 1 7 0 5 1 2 ] ． h t t p ／ ／ w ww．g o v ．c n ／ 2 O l O l h ／ c ont e nt 15 5 57 67 ． ht m． 工矿 自动化 2 0 1 7年 第 4 3卷 化识别依据 ， 对除尘器内部 气液流动形态进行定量识别， 并对其各项运行参数进行调 节， 实现 了 自激式除尘 器 内气液混合状态的在线监测。试验结果表明， 在线监测 系统能够对除尘器气液流动形态进行 实时精准判 别 ， 整体 识别 率为 9 5 ． 6 ％ 。 关键词 自激式除尘器； 在线监测；流型识别；气液流动模式 ； 功率谱密度 ；阻力参数 ；液位参数 中图分类 号 T D 7 1 4 ． 4 文 献标 志码 A 网络 出版时 间 2 0 1 7 一 O 9 2 7 1 3 4 2 网络 出版地 址 h t t p ／ ／ k n s ． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． T P ． 2 0 1 7 0 9 2 7 ． 1 3 4 2 ． 0 0 2 ． h t ml De s i g n o f o n l i ne mo ni t o r i n g s y s t e m f o r s e l f - e x c i t e d de d us t e r W ANG Do ng xue ，LI Xi a o c hu a n， W EI Ta o， H U Ha i bi n，XI ANG W u S c ho o l o f Che m i c a l Eng i ne e r i ng a nd Te c hno l o gy，Ch i na Uni v e r s i t y o f M i n i n g a n d Te c h n o l o g y ，Xu z h o u 2 2 1 0 0 8，Ch i n a Ab s t r a c t Due t o u no bs e r v a bl e o pe r a t i ng e n v i r on m e nt ，g a s l i q ui d mi x i ng s t a t e o f s e l f - e x c i t e d de dus t e r c a n n o t be ob s e r v e d i n r e a l t i m e，S O i t i s d i f f i c u l t t o a v o i d d us t e s c a pe c a us e d by f l uc t u a t i o n of l i q ui d s u r f a c e a nd i n t e r mi t t e nt e xc i t a t i o n of t r a p s i n g a s f l ui d c o u pl i ng pr o c e s s ，a n d de t e r mi ni n g o f o pe r a t i ng pa r a me t e r s 1 i q u i d l e v e l ，wi n d s p e e d ，e t c o f t h e d e d u s t e r l a c k s o f s c i e n t i f i c b a s i s ，S O i t i s d i f f i c u l t t o g u a r a n t e e r e m o v a l e f f i c i e n c y o f t he d e du s t e r ．I n or d e r t o s ol v e t h e a bo v e pr o bl e m s ，a n on l i n e m o n i t o r i ng s y s t e m f or s e l f e xc i t e d de du s t e r wa s d e s i gn e d． The s y s t e m us e s f i ve c h a r a c t e r i s t i c s pa r a m e t e r s a s t he i mpo r t a n t i de n t i f i c a t i o n ba s i s of f l o w pa t t e r n t o i d e nt i f y t he g a s l i q ui d f l ow p a t t e r n i ns i d e t h e de du s t e r q u a nt i t a t i ve l y， i n c l ud i n g r e s i s t a nc e pa r a me t e r ， l i q ui d l e v e l pa r a m e t e r ， po we r s pe c t r a l d e ns i t y va l u e， r e l a t i ve p o we r s p e c t r a l d e n s i t y v a l u e a n d f r e q u e n c y c h a r a c t e r i s t i c s e g me n t o f p r e s s u r e s i g n a 1 ．Th e s y s t e m c a n a d j u s t o pe r a t i ng p a r a me t e r s of t he de dus t e r，a n d r e a l i z e s on l i n e moni t o r i ng o f g a s l i q ui d m i xi n g s t a t e i n t he s e l f e x c i t e d d e du s t e r ． Te s t r e s u l t s s h o w t h a t t he s y s t e m c a n r e a l i z e r e a l t i m e a nd pr e c i s e r e c o g ni t i on f o r ga s l i q ui d f l o w p a t t e r n o f de du s t e r wi t h 9 5． 6 r e c o g ni t i o n r a t e ． Ke y wo r dss e l f - e x c i t e d de d us t e r ； o n l i ne m o ni t o r i ng； f l o w pa t t e r n r e c o g ni t i on； g a s l i qu i d f l o w p a t t e r n；p owe r s pe c t r a l de ns i t y；r e s i s t a n c e pa r a me t e r ；l i qu i d l e v e l pa r a m e t e r 0 引言 煤 炭 在 装 卸 运 输 过 程 中会 产 生 严 重 的粉 尘 污 染 ， 大量 的粉尘不仅给煤矿工作人员 的身体健康带 来极大威胁l 】 ] ， 而且极易引发爆炸事故， 给人们 的生 命安全带来隐患 ， 因此 ， 加强除尘装备的研发 ， 保证 煤矿 企业 的生产 安全 ， 具有 重要 意义 。 在 众 多 的除 尘 设 备 中 ， 自激 式 除 尘器 因结 构 简 单 、 操作方便 、 运行成本低而备受煤矿等高排放企业 的青睐 ， 也吸引了诸多国内外学者关注。文献[ 2 4 ] 对 矿用 湿式 除尘 器 的结构 及相 关性 能等 进行 了理 论 研究； 文献[ 5 ] 在除尘液 中加入聚丙烯酰胺 P AM 复配物来增加 粉尘 的浸 润效果 ， 提 高除尘效率 ； 文 献[ 6 7 ] 将液位高度、 进气速度和接触室夹角等性能 指 标 与除尘 效率 相 关 联 ， 并 将 除 尘 器应 用 于 脱 硫 工 艺 ； 文献E 8 ] 对 自激式除尘器的内部压力分布进行 了 较系统的研究 ； 文献[ 9 一 l o ] 通过测量除尘器脉动压 力时均值 ， 对除尘器 内部气液耦合宏观状况进行了 研究 ， 对 自激式 除 尘 器 内部 气 液 两相 流 流 型 进 行 了 定性 划 分 ， 并 指 出压 力 波动 信 号 与 气 液耦 合 模 式 具 有一定的关联性 ； 文献 [ 1 1 ] 通过设置涡形腔提高 自 激式除尘器对微细粉尘的净 化效率 ； 文献[ 1 2 ] 利用 自激式 除尘器 进行 氨气 和粉 尘去 除实 验 。 综 上 分析 可 知 ， 现 有研 究 未 提 出对 气 液耦 合 状 态 的定 量判别 依 据 。为 此 ， 本 文 在 现有 研 究 的基 础 上_ 9 ] ， 将除尘器 内气液 两相流流动 的统计 特征 参 数与 频域 特征参 数 相 结 合 ， 挖 掘 出各 流 动状 态 问 区分度较高的特征参数 ， 设计 了除尘器在线监测系 统 ， 为 除尘器 气液 流动 形态 的定量 判别 提供 了依 据 ， 解决了除尘器内运行状态因密闭而不能实时监测的 技术难题 ， 为除尘器气液流动形态 的进一步研究提 供 了实 践基 础 。 1 自激式 除尘器 自激式 除尘 器 的结构 包括 除尘腔 、 除 尘风 机 、 节 流 板 、 脱 水 板 、 限流 板 等 ， 如 图 1所 示 。除 尘 器在 运 2 0 1 7年 第 1 O期 王冬 雪等 自激 式 除尘 器在 线监 测 系统 设计 9 行过 程 中 ， 由于 节流 口前后 静 压力 不 同 ， 在 节流 口前 后形成节流液位 差， 除尘 器静止 时， 节 流液位差为 0 ， 此 时液 面 与节 流 口末 端 的距 离 称 为 初 始 液 位 ， 用 b 。 表示。b 。 是除尘器的重要性能参数， 与气液耦合 程 度 有很 大关 联 。当液 面与 节 流 口末 端 相 切 时 ， 初 始 液 位 b 。为 0 ； 当液 面 位 于 节 流 口末 端 下 方 时 ， b 。 为正值 ； 当液面位于节流 口末端上方时 ， b 。为负值 。 图 1 自激 式 除尘 器原 理 Fi g．1 Pr i c i p l e o f s e l f - e x c i t e d de d us t e r 除尘器的工作过程如下 由除尘器进气 口流人 的含尘 气 流 ， 经节 流 板 加 速 ， 在 节 流 口以 冲击 、 卷 吸 等方式作用于除尘液面 ， 在除尘腔 中产生液滴 、 液幕 或液面之下的气泡等捕集体 ， 捕集体以碰撞 、 截 留或 布朗扩散等方式捕获 固相粉尘 ， 最后 清洁气体 由排 气 口排 出。 2 系统在 线监 测 技术 原理 自激 式 除 尘 器 气 液 流 动 形 态 可 以分 为微 弱 波 动 、 静液位差 、 气液共振 、 卷吸气泡、 剪切液幕 5 种模 式 ， 从文献[ 9 ] 可 以看 出， 这 5种模式具有各 自典型 的流动形态 ， 明显的图形区分特征。但在实际运行 中 ， 流动 形态 因密 闭 而难 于直 接 观测 ， 其 图形 特征 更 难直接测量 ， 对此 ， 在线监测系统借助压力信号 的统 计特征与频域特征来表征气液流动形态 的衍变 ， 以 划分 特征 向量 的数 据 区 间 为基 础 ， 根 据 接 收 到 的 气 相压力信号迅速识别 除尘器 内部 流型， 为除尘器气 液流 动形 态 的在线 监 测提 供判 别依 据 。 2 ． 1特 征 向量 的选取 能够反映气液两相流流型变化 的两相流参数很 多， 其 中， 两相流的波动特性很好地反映了两相流的 流动结构型式 。文献 [ 1 4 1 5 ] 证 明了压力信号 的波 动与流型的变化密切相关 ， 压力信号的波动可 以给 流型识 别 提供 足够 的信 息 ， 对 流 型 的某 些 物 理 性 质 进 行数 学 描述 。 由于 自激 式除 尘器 内两 相流 流动结 构形式 变 化 具有复杂多样性， 只使用单一的参数难 以全面反 映 流型的实际特征， 所以 ， 对不同气液耦合模式的特征 参数 包括表征气液宏观耦合程度的除尘器阻力参 数 、 作 为运 行参 数划分 依 据 的液 位参 数 、 揭示气 液流 动细 节信 息 的各 频 段 的 功率 谱 密 度 值 、 反 映气 液 流 动能 量分 布信 息 的相 对 功率谱 密度值 及作 为气 液流 动细节信息分区基础的频率特征段 5种特征参数 进 行研 究 ， 如 图 2所 示 。研 究 发 现 这 5种 特征 参 数 优势互补 ， 包含了气液流动形态 的宏观耦合 和细节 特征信息 ， 可作为在线识别 的科学依 据。从 多种特 征 中可获得 对分 类 识别 有效 的特 征 信 息 ， 将 数 据 空 间转换 为特 征空 间 。 特 征 参 数 阻力参数卜 运行参数的划分 液位参数 运行参数的划分 频率特征段卜 叫 气液流动细节信息 功率谱密度值卜 叫气液流动细节信息分区 相对功率谱密度值卜 二 气液流动能量分布信息 图 2 目激式 除尘 器气 液 两 相 流 流 型 变化 的特 征 参 数 Fi g ． 2 Th e c h a r a c t e r i s t i c p a r a me t e r s o f c h a n g e o f g a s l i q u i d f l o w p a t t e r n i n s e l e x e i t e d d e d u s t e r 2 ． 2 气液流 动模 式识 别 首先， 分析各流动形态 的功率谱密度及阻力特 征 ， 确定具有较高区分度的除尘器阻力参数、 液位参 数 、 功率谱 密度 值 、 相对 功率谱 密度 值及 频率 特征段 5种特征参数_ 1 引。 其次 ， 根据功率谱密度分析及数理统计特征 ， 提 取不 同模式下的特征参数范围， 步骤如下 1 将能量主要集 中的频率域划分为维持液面 宏观波动的低频段 O ～1 0 Hz 、 表征捕集体产生量 的变化及动态变迁过程的中频段 1 0 ～2 0 Hz 和高 频 段 2 0 3 2 Hz 3个频 率段 ， 对 除尘 器气 液 两相 流 动特征 进行 具体 的数 据挖 掘 。分 别提 取各频 段 的最 大 峰值 ， 整 理 出不 同模 式 下 的 各 频 段 峰 值 范 围 ， 见 表 1 。 2 计算出全部情况下第 2频段、 第 3频段相 对 于第 1 频段 的值 即第 2 频 段 、 第 3 频 段 占第 1 频 段 的百分 数 作为 相对 峰值 ， 对 除尘 器气 液流 动能量 的细节分布信息进行提取 ， 并整理出不 同气液流动 模式的频段相对峰值范围， 见表 2 。 3 整理出不 同模式对应的特征频段 、 液位参 数范 围和阻力参数范 围， 挖掘出反映气液流动细节 分区、 运行参数划分 、 气液 两相宏观耦合 的数据特 征 ， 见 表 3 。 通过对功率谱密度及相对功率谱密度 2 个特征 1 0 工矿 自动化 2 0 1 7年 第 4 3卷 微弱波动模式 静液位差 模式 气 液共振模式 剪切液幕模 式 卷吸气泡模式 E o ， 4 5 3 1 2 3 ] [ 3 0 3 9 0 2 ， 1 ． 4 0 5 8 2 1 0 。 ] [ 7 9 7 7 1 1 ， 8 ． 0 2 6 5 1 0 ] [ 2 6 3 4 7 0， 1 ． 3 8 5 1 3 1 0 ] E 3 ． 9 7 3 7 5 1 0 ， 6 ． 4 0 3 2 1 1 0 ] [ o ， 2 0 0 2 0 ] E z l 5 5 0 ． 3 ， 1 1 7 3 1 1 ] [ 1 4 0 2 8 ． 7 ， 7 1 0 3 7 2 ] [- 6 4 3 4 8 ． 7 ， 9 6 9 1 8 5 ] [ 1 ． 5 1 8 5 1 1 0 ， 2 ． 5 3 0 8 3 1 o ] 表 2 不 同气液流 动模 式的频段相对峰值范 围 Ta b l e 2 Th e r e l a t i v e p e a k r a n g e o f d i f f e r e n t f r e q u e n c y ba n d a t d i f f e r e nt g as l i qu i d f l o w p a t t e r n 表 3 不 同气 液流动模式的特征参数 Ta bl e 3 Se v e r al ki nds of c ha r a c t e r i s t i c pa r amet e r s a t d i f f e r e n t g a s l i q u i d f l o w p a t t e r n 参数的高频段 2 0 ～3 0 Hz 的数据特征进行分析发 现 ， 微 弱 波动模 式 下 的 最 大值 小 于其 他 模 式 的 最小 值 ， 而卷 吸气 泡模 式 下 的最 小 值 大 于 其 他 模 式 的最 大值 ， 因此 ， 能 够将 微弱 波 动模式 和 卷吸气 泡模 式从 其他 3种模式 中较好地 区分开来 ， 达到较高的识别 率。另外 3种模式需要结合其他特征参数作进一步 判别 。 首 先 ， 通 过测 量 除尘器 阻力 大小 ， 检 测阻 力是 否 大 于某一 设定 值 本模 型为 3 2 0 P a ， 若 不 大 于 此设 定值 ， 则通过液位传感器检测其液位参数是否在静 液位差模式下的特定液位范围 内 即其液位是否小 于或 等 于 0 ， 若 是 ， 则 除尘 器 内部 流 动 形 态 为静 液 位差模式 ； 若不是， 则检测低频频段峰值所对应 的频 率 是否 为 0 ～0 ． 3 Hz ， 同时 检 测 中频 频 段 内 的 峰值 所 对应 的频 率是 否 为 1 O ～ 1 5 Hz 发 生 共 振 时 的 中 频波动范围 。若 同时满足这 2个条件， 则为气液共 振模式 ； 否则 ， 继续检测中频频段 内的峰值所对应的 频 率是 否为 1 5 ～2 0 Hz 发 生 剪 切 时 的 中频 波 动 范 围 ， 若 是 ， 则为 剪切 液幕模 式 ， 否则 为其他 模 式 。以 此 ， 将 这 3种模 式完 全 区分开来 。最 终 ， 实现 5种气 液流 动形 态 的定 量识 别 。 同时 ， 进行 偏差 参数 检验 ， 检验 系统显 示 与实 时流型 之 间是否 对应 。 3在 线监 测 系统设 计 3 ． 1 系统硬件 设计 自激 式 除 尘 器 在 线 监 测 系统 硬 件 主要 由计 算 机 、 变 频 器 、 传 感 器 、 数 据 采 集 卡 等 组 成 ， 如 图 3 所示 。 ； 区圃 j[困 ； [固 j[圃 ；圊 ．． - _ _ 6 匦 亟 至 亟面 自 计 匡噩圃； 激 算 式 除 机 叫亘翌 要 尘 器 图 3 自激 式 除尘 器在 线监 测 系 统组 成 F i g ． 3 Co mp o n e n t s o f o n - l i n e mo n i t o r i n g s y s t e m f or s e l f - e x c i t e d de d uc t e r 计算 机 主要实 现监 测参 数 的显 示 、 处理 、 查询 及 报警功能， 同时生成并显示各参数相应的历史曲线， 以便用户掌握 自激式除尘器的内部气液耦合状态及 各项运行参数 。此外 ， 根据报警记录查询结果 ， 可针 对 自激式除尘器运行中出现的故障采取相应 的维修 和 维护 措施 。 变 频器 主要用 于风 速 的调节 。 目前 应用 较 多 的 调 速手 段有机 械 调速 、 变频 调速等 ， 由于 自激 式 除尘 器需 要 调节 的风量 等级 多 ， 调节速 度较 快 ， 采 用 变频 调 速是 最为 简便 的手段 。变 频器是 一种 通过 微 电子 州 吲一 一 ∞ H ㈣ ‰ c ； 强 刚 ． m ． 2 0 1 7年 第 1 O期 王冬 雪等 自激 式 除 尘器在 线监 测 系统设计 1 1 技术 改 变交 流 电频 率 ， 进 而 改变 电动 机工作 频 率 ， 达 到控 制 交 流 电动 机 运 行 速 度 的 设 备 。该 系 统 选 用 R P 6 0 0 4 G3 ／ 5 ． 5 P 3型 变 频 器 ， 适 配 电 动 机 功 率 为 4 ／ 5 ． 5 k W ， 电源电压 为三相 AC 3 8 0 V， 输 出频率精 度为0 ． 5 ， 给定频率分辨率为 0 ． 1 Hz 。 压力传感器主要用 于自激式除尘器出口静压力 的测量。结合 自激式除尘器气液耦合的特点 气相 压力波动较大， 压力变化频繁 ， 研究需分析其动态特 性 ， 要求压力传感器快速响应并测量连续变化的压 力 ， 同时综合考虑其经济性和可靠性， 选择了压电式 扩散硅压力传感器 。扩散硅压力传感器的测量元件 为 精 密度非 常 高 的 陶瓷 材 料 ， 内部 没 有 中 间体 和 中 间介质 。其工作原理是被测量介质的压力作用于传 感器 的扩散 硅 膜片 上 ， 膜 片 产生 微小 的位 移量 ， 当测 量电路检测 到这一 位移量 时， 将其转 换为 电信号 。 自激 式 除 尘 器 在 线 监 测 系 统 压 力 范 围 为 0～ 1 ． 5 k P a ， 压力 传 感 器 的 工 作 介 质 为 气 体 ， 选 用 L E E G S MP 1 3 1 一 T L D型扩散硅压力传 感器较 为合 适 ， 其 量 程 为 0 ～ 3 k P a ， 精度 等 级 为 0 ． 2 F ． S ， 响 应 时 间小 于 5 ms 。 数据采集卡主要用于将压力传感器获得的 0 ～ 5 V标准模拟量信号转换成为计算机可以识别的数 字量信号 。普通工控数据 采集模块采集频率较低 ， 不能实现高速连续 的数据采集 ， 需要选 用高速数据 采 集板 卡 进行 数 据采 集 。本 文 选 择具 有 US B传 输 功 能 的 US B V5 ． 0数 据 采 集 卡 。该 采 集 卡 提 供 了 模 拟 量 输 入 、 模 拟 量 输 出 、 计 数 器 、 中断 、 数 字 量 输 入、 数字量输 出等模块 ， 包含模拟信号采集、 模拟信 号输出、 计数器 、 P WM 输入输 出、 数字量输 出输入 等 接 口。 采 集 卡 采 样 速 率 为1 0 0～ 4 8 1 0 。S a mp l e s ／ s ， 最 大 总误 差小 于 0 ． 0 5 。 3 ． 2 系统软 件 设计 自激 式 除尘 器在 线监 测 系统 软件 设计 通 过虚 拟 仪 器 软 件 开 发 工 具L a b VI E W 来 实 现 。利 用 L a b VI E w 强大的采集、 控制、 数据分析及显示等功 能 ， 在 L a b VI E w 语 言 环 境 下 ， 通 过 调 用 Ma t l a b S c r i p t 节 点来 完 成 信 号 分 析 处理 功 能 ， 借助 Ma t l a b 在控制系统 、 小波分析和信号处理等众 多领域 的应 用工具 箱 ， 实现 数值 计算 与信 号分 析。Ma t l a b与 L a b VI E w 的结合 ， 使虚 拟仪器 的数据处理 功能更 强大 ， 具体流程如图 4所示 。 自激式 除尘器在线监测 系统 主界 面如 图 5所 示 。系统 主要 工作 过 程 如 果 所 检 测 到 的参 数 在 某 一 特定模式所对应 的特征参数范围内， 则指示控件 l 启动b V I E W N序J T 甲 I 调用库函 数I 调用Ma t l a b 节点， 启动Ma t l a b 程序 调用me a n 豳数 、s t d 函数 计算平均值、方差 ● 调用功率谱密度计算子程序 计算功率谱密度值 Y N ’ l 保存处理数据 l 图 4数 据处 理 流 程 F i g ． 4 Th e f l o w d i a g r a m o f d a t a h a n d l i n g 给出回应信号， 除尘器运行模式就为所对应 的气液 流 动模式 ， 以此 达 到模式 在线 识别 的 目的 。 3 ． 3 系统 主要 功能 系统以气相压力信号的动态变化为依据， 对 自 激式除尘器的内部气液混合状态进行识别， 并对各 运行参数 风速 、 液位 、 流量 进行调控。系统主要功 能如 下 1 通过对压力、 风速 、 流量、 液位等各项参数 的监 控 ， 实时监 测 自激式 除尘器 的运 行情 况 ， 保证 监 测