PROCESS FOR OPERATING AN ELECTROFILTER

Abstract: 1. A process for operating an electrofiler circuit which is fed from an alternating voltage supply network by a control element (4) and a high-voltage rectifier (2) and wherein the control element (4) is controlled in dependence upon electrical operating filter data, characterized in that a cycle, which comprises a half-wave of the alternating network supply voltage, the electrical operating filter data is repeatedly sampled and stored by a microprocessor (52), and that at the end of the sampling cycle, the microprocessor (52) transfers the required current and voltage values to a surbonate further microprocessor (51) of the same micro-computer system, which microprocessor calculates the control signal of the control element (1) in accordance with predetermined criteria, and only immediately transmits to the subordinate microprocessor (51) the breakdown signal derived by comparison of corresponding values of voltage and current in successive half-waves of the direct filter voltage.

Description: Steuerung für ein Elektrofilter Die Erfindung bezieht sich auf eine 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 aus steuerbar 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 Vielseitigkeit, die zweite Alternative zu erheblichem Kostenaufwand. 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, Ubergeordne- ten 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 Durchschlagserfassung 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. Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausftihrungs- beispiels sei die Erfindung näher erläutert; es zeigen: Figur 1 den Schaltungsaufbau der Steuerung, Figur 2 eine aus mehreren Elektrofiltern bestehende An lage 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 Wechselspannungsnetz U angeschlossen. Auf der Sekundärseite des Hochspannungstransformators 3 ist über einen Gleichrichter 2 das eigentliche Elektrofilter 1 angeschlossen. Die Amplitude der pulsierenden Filtergleichspannung ist dabei von den Befehlen des Steuersatzes 41 abhängig, der seinerseits seine Steuerspannung USt 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-Lesespeichern (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 angeschlossen. 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 Mikrocomputersystem 5 wird über einen Anschluss stecker 61 mittels eines Programmiergerätes 6 vorgenommen. Die Anordnung arbeitet in der Weise, dass dem Primärstrom Ip, dem Filterstrom IF, der Filterspannung UF und der Steuer spannung Ust 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 Digi- tal-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 Durch schlägssignal 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 Pfeiles 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. 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 UF in kV in Abhängigkeit von der Zeit t, wobei mit T diePeriodendauer der Netzwechselspannung bezeichnet ist. In jeder Halbperiode N, N+1 usw. der Netzwechselspannung U wird die Filterspannung UF 20x abgetastet, d.h. die Einzelwerte UFi(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 6cheitel- wert Umax ermittelt und bei Beginn der nächsten Halbwelle N+1 an den Leitprozessor 51 übergeben. Dieser nimmt die automatische Anpassung der Filterspannung an die sich ändernden Betriebsverhältnisse des Elektrofilters vor. Ausser dem für die Durchschlagsgrenze wichtigen Scheitelwert Umax ist auch der arithmetische Mittelwert der Filterspannung von Interesse, z.B. zur Aufnahme der Filtercharakteristik, d.h. des Filterstromes 1F in Abhängigkeit von der Filterspannung UF. Hierzu wird am Ende jeder Spannungshalbwelle N die Summer 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 IF 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 Jp, die grösser als der Magnetisierungsstrom sind, während der Dauer einer Halbwelle addiert. Bei Beginn der näch 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 Ust 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 lOMillisekun- denzyklus anfallenden Scheitelwerte und die arithmetischen Mittelwerte der Filter spannung UF sowie die arithmetischen Mittelwerte des Filterstroms * 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 Halb wellen der Schwankungen der. Spannung UF am Abscheider miteinander fortlaufend verglichen werden und eine vorgegebene Abweichung einander zugeordneter Halbwellenmesswerte als Kriterium für einen Durchschlag dient. Bei der hier vor 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 UF (vgl. Figur 3) z.B. 20x - Abtastungen i = 0,1,2... - pro Halbwelle N abgetastet, wobei der Halbwellenbeginn mit z.B. der Spannung UFo (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 UFi (N) der Halbwelle (N) gespeichert. Anschliessend werden 20 Einzelmesswerte UFi (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 Span nungsdifferenzen A UFi = UFi (N) - UFi (N+1) gebildet. Jede der EinzelspannungsdifferenzenU,. 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 1p gleichgerichtet und jeweils die Scheitelwerte einer Halbwelle und der folgenden Halbwelle Îp (N), Ip (I;+1) gespeichert und mit den entsprechenden Werten fp (N+2), Çp (N+3) der folgenden Netzperiode ver p p glichen. Ergibt der Vergleich der zugeordneten Scheitelwerte zweier Netzperioden eine über einen bestimmten Be 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 UF 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 unterschiedlichen Filtern und Anlagen verwendet werden. 8 Patentansprüche 4 Figuren

Claims: PatentansprUche 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, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass jeweils in einem eine Halbwelle der Netzwechselspannung umfassenden Zyklus mehrfach die elektrischen 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 über- geordneten Mikroprozessor (51) überträgt. 2. Steuerung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass im Mikroprozessor (52) aus den abgetasteten Filterspannungswerten jeder Halbperiode der Scheitelwert ermittelbar ist und am Ende der Abtastperiode an den übergeordneten Prozessor (51) weitergebbar ist. 3. Steuerung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h ne t, 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, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Zahl und Summe der Steuerspannungswerte des Stellgliedes (4) in jedem Ab tastzyklus ermittelbar und an den übergeordneten Mikroprozessor (51) übertragbar ist. 5. Steuerung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass im übergeordneten Prozessor (51) Langzeitmittelwerte von Filterstrom und Filterspannung für eine Anzeige errechenbar sind. 6. Steuerung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Abtastzyklen mit den Nulldurchgängen der Netzwechselspannung (U) synchronisiert sind. 7. Steuerung nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h n e t 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, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine den gleichartigen Steuerungen der Filter (A, B, C) überlagerten Leitrechner (7) zur Optimierung und Koordinierung der Filteranlage.

Inventors: DAAR, HORST, DR. DIPL.-ING., HERKLOTZ, HELMUT, DIPL.-ING., MEHLER, GUNTER, NEULINGER, FRANZ, DIPL.-ING., SCHMIDT, WALTER, DIPL.-ING., SCHUMMER, HELMUT, DIPL.-ING., WINKLER, HEINRICH, Mehler, Günter
Applicants: METALLGESELLSCHAFT AG, SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1981
Main classification: B03C3
IPC codes: B03C3