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摘要：DZK430控制系统是我公司开发的新一代除尘用高压电源控制系统，本文简要的介绍了该控制器的设计思路与方法。
关键词：MSP430单片机，全软件火花检测、CAN现场总线。
前言
近几年，随着国家对环保排放要求的大幅提高，所以对电除尘器的高压控制系统也提出了更高的要求，一是稳定运行，二是高效节能。DZK430是我司最新开发的新一代电除尘器控制系统，它采用美国TI公司生产的超低功耗、FLASH型16位单片机MSP430为核心的控制系统，为我司电除尘器的市场开拓提供有力保障。它具有下列特点：
1．控制功能
产品具有Δ火花跟踪控制Δ恒导通角控制Δ恒电压控制Δ恒电流控制Δ恒功率控制Δ间歇供电控制等多种控制方式可供用户在不同工况条件下选用。
2．故障报警和保护功能
当设备在运行中出现重大故障现象时（如Δ严重一次过流Δ危险油温Δ可控硅短路Δ偏励磁Δ开机电源欠压时）控制器能显示故障号并发出声响警报和切断主电源。
当设备出现较为轻微的故障（如Δ负载开路Δ负载短路时）自动将输出限定在安全值内，待故障消除时自动投入运行，这样可以保护设备的安全，又能避免过多的跳闸动作。
DZK430系统可以连续显示变压器的油温，及时可靠的保护硅整流变压器的运行安全。
此外系统还具有自检和恢复功能：
Δ當同步脉冲周期出异常（周期>11ms和周期<9ms）时，关闭可控硅触发程序，保证设备安全。
Δ在运行过程中，由于某种特殊原因引起控制程序不能正常运行时，利用单片机看门狗使程序重新恢复工作。
3．显示功能
控制器面板上设有全中文5×10字符点阵液晶显示器，显示内容丰富，人机界面友好。可分别显示二次电压、二次电流、一次电压、一次电流、火花率、错误情况、二次电流极限、二次电压极限、间歇比、设备网络通信号、输出二次电压额定值、输出二次电流额定值、快速上升率、慢速上升率，以及火花-间歇、闪络等控制和运行状态。
系统硬件组成
本控制系统原理框图如右图所示：
主要包括下列部分：
处理器： MSP430F149
同步信号模块；
模拟量采样回路；
显示、键盘模块；
开关量输入输出模块；
通讯接口：包括①CAN 接口；②RS232接口；③JTAG接口。
设计方案
硬件设计：
微处理器选用美国TI公司生产的16位RISC指令的低功耗单片机MSP430F149，它集成了60KB的FLASH、2K的RAM、8通道12位A/D、48个I/O、16位WDT、二个16位Timer、2个USART、硬件乘法器MPY等，最快运算速度相当快可到125ns/指令周期。
采样回路均采用无源采样，中间用两级线性光藕隔离，每个采样回路电流控制在1mA左右，因此无传统采样系统的易损元件（取消了传统一次电流取样电阻（发热严重）、一次电压取样变压器（容易击穿），取消了容易因为复杂电磁环境而损坏的线性放大器），大大提高了控制系统的稳定性。
触发回路通过特制的隔离触发变压器与可控硅的GK相连，触发回路与主回路的隔离电压可达一万伏以上，可以避免出现因为控制回路出现问题时，触发电平一直维持在触发电位造成变压器的损坏。
可控硅采用模块式可控硅，由于工艺一致，匹配性能好，波形一致，体积小，结构紧凑。因为模块的散热板与可控硅是绝缘的，所以散热器可以装在柜外，这样有利于提高控制柜的IP防护等级。
以上几个设计在硬件上确保系统的稳定、可靠。
软件设计：
因为C语言的语言简洁、使用方便、数据类型丰富和可移植性强等特点，所以本次开发软件全部采用C语言进行开发，编译器采用IAR公司出品EW430。
火花跟踪控制是除尘器的基本控制方式，因此如何有效的解决火花闪络是电除尘供电技术的关键问题所在。在本次设计中我们采用的是全软件火花检测，解决了传统闪络检测的缺点。基本原理就是除尘器电场是容性负载，正常运行时电场存在一定的基压，它的大小跟电场结构有关，当电场发生闪络时（局部瞬时短路），容性电场的基压因为放电降为零。当设备正常运行时，如果控制系统检测发现二次电压突然为降为零时就判断电场发生闪络，然后根据相应的算法进行计算，最后根据计算结果进行输出。这种软件闪络检测有两个优点：
灵敏度容易调整，直接通过测量LM393的输入电压调节灵敏度。
在今后采用常规电源叠加脉冲供电时不会因为脉冲电流突变引起误判而造成常规电源的基压无法提供。
另外我们也可以根据不同的要求定制另外的控制方式，如与电除尘器低压控制相结合，在低压振打时，降低高压的输出，改善振打效果，从而达到提高除尘效率的目的。
要使产品运行可靠、维护方便,故障报警和保护功能是很重要的，因此，我们特别注意增强系统在过流、短路、开路、危险油温、可控硅短路、偏励磁等常规故障检测报警和保护外增加了变压器温度和可控硅温度的检测。
在各种保护中，偏励磁保护历来都被视为难点，对此，我们利用了系统能够准确检测每个半波的电流平均值的特点，将正、负两个半波的电流进行比较即可准确判断偏励磁故障及偏差多少。而且，当系统发现有小的偏差时，系统会在一定范围内自动调整正、负导通角（给其中一个偏置），以抵消因为电源本身的偏差和可控硅不一致造成正负波的偏差，当偏差在一定范围内不可弥补时再进行跳闸保护，目前这种功能其它厂家是还没有的。
与上位机过程通讯
因为CAN具有传输速率高（最高1Mbps）、距离远（10km）、可靠性极高（采用短数据帧、CRC校验、发送时监听、错误鉴别和自动关闭等技术）、连接方便（二线互连）、多主站、通信协议简单、和费用低廉等卓越的特性，特别适合工业过程监控设备的互连。因此，我们选用 CAN总线作为上下位机的通讯方式。
我们的CAN方案是：上位机使用CAN通信适配器，下位机采用CAN控制器（MCP2510）与单片机连接，经高速光藕4N25与CAN总线驱动接口（MCP2551）相连接至CAN总线，采用的传输速率是40kbps,使用双绞线或屏蔽线作传输介质。
四、结束语
DZK430是我们在总结以往电除尘供电技术的基础上开发的新型电除尘控制系统，它能适应各种复杂的工况，运行稳定，能准确、及时检出火花信号并计算其强度，然后，据此自动调整电场闪络后输出电压、电流的降低和恢复，可以有效的保证除尘效率；各种故障报警和保护准确、及时；与上位机通信可靠,传输速率高；系统抗干扰能力强，是一套可靠、先进的具有特色的电除尘高压控制系统。
参考文献：
胡大可. MSP430系列FLASH型超低功耗16位单片机 .北京航空航天大学出版社
谭浩强. C语言程序设计. 清华大学出版社
黎在时. 电除尘器的选型安装与运行管理. 中国电力出版社
饶运涛、邹继军等.现场总线CAN原理与应用技术. 北京航空航天大学出版社
Texas Instruments .MSP430x1xx Family User’s Guide
Microchip Technology .MCP2510 Stand-Alone CAN Controller with SPI Interface
关键词：MSP430单片机，全软件火花检测、CAN现场总线。
前言
近几年，随着国家对环保排放要求的大幅提高，所以对电除尘器的高压控制系统也提出了更高的要求，一是稳定运行，二是高效节能。DZK430是我司最新开发的新一代电除尘器控制系统，它采用美国TI公司生产的超低功耗、FLASH型16位单片机MSP430为核心的控制系统，为我司电除尘器的市场开拓提供有力保障。它具有下列特点：
1．控制功能
产品具有Δ火花跟踪控制Δ恒导通角控制Δ恒电压控制Δ恒电流控制Δ恒功率控制Δ间歇供电控制等多种控制方式可供用户在不同工况条件下选用。
2．故障报警和保护功能
当设备在运行中出现重大故障现象时（如Δ严重一次过流Δ危险油温Δ可控硅短路Δ偏励磁Δ开机电源欠压时）控制器能显示故障号并发出声响警报和切断主电源。
当设备出现较为轻微的故障（如Δ负载开路Δ负载短路时）自动将输出限定在安全值内，待故障消除时自动投入运行，这样可以保护设备的安全，又能避免过多的跳闸动作。
DZK430系统可以连续显示变压器的油温，及时可靠的保护硅整流变压器的运行安全。
此外系统还具有自检和恢复功能：
Δ當同步脉冲周期出异常（周期>11ms和周期<9ms）时，关闭可控硅触发程序，保证设备安全。
Δ在运行过程中，由于某种特殊原因引起控制程序不能正常运行时，利用单片机看门狗使程序重新恢复工作。
3．显示功能
控制器面板上设有全中文5×10字符点阵液晶显示器，显示内容丰富，人机界面友好。可分别显示二次电压、二次电流、一次电压、一次电流、火花率、错误情况、二次电流极限、二次电压极限、间歇比、设备网络通信号、输出二次电压额定值、输出二次电流额定值、快速上升率、慢速上升率，以及火花-间歇、闪络等控制和运行状态。
系统硬件组成
本控制系统原理框图如右图所示：
主要包括下列部分：
处理器： MSP430F149
同步信号模块；
模拟量采样回路；
显示、键盘模块；
开关量输入输出模块；
通讯接口：包括①CAN 接口；②RS232接口；③JTAG接口。
设计方案
硬件设计：
微处理器选用美国TI公司生产的16位RISC指令的低功耗单片机MSP430F149，它集成了60KB的FLASH、2K的RAM、8通道12位A/D、48个I/O、16位WDT、二个16位Timer、2个USART、硬件乘法器MPY等，最快运算速度相当快可到125ns/指令周期。
采样回路均采用无源采样，中间用两级线性光藕隔离，每个采样回路电流控制在1mA左右，因此无传统采样系统的易损元件（取消了传统一次电流取样电阻（发热严重）、一次电压取样变压器（容易击穿），取消了容易因为复杂电磁环境而损坏的线性放大器），大大提高了控制系统的稳定性。
触发回路通过特制的隔离触发变压器与可控硅的GK相连，触发回路与主回路的隔离电压可达一万伏以上，可以避免出现因为控制回路出现问题时，触发电平一直维持在触发电位造成变压器的损坏。
可控硅采用模块式可控硅，由于工艺一致，匹配性能好，波形一致，体积小，结构紧凑。因为模块的散热板与可控硅是绝缘的，所以散热器可以装在柜外，这样有利于提高控制柜的IP防护等级。
以上几个设计在硬件上确保系统的稳定、可靠。
软件设计：
因为C语言的语言简洁、使用方便、数据类型丰富和可移植性强等特点，所以本次开发软件全部采用C语言进行开发，编译器采用IAR公司出品EW430。
火花跟踪控制是除尘器的基本控制方式，因此如何有效的解决火花闪络是电除尘供电技术的关键问题所在。在本次设计中我们采用的是全软件火花检测，解决了传统闪络检测的缺点。基本原理就是除尘器电场是容性负载，正常运行时电场存在一定的基压，它的大小跟电场结构有关，当电场发生闪络时（局部瞬时短路），容性电场的基压因为放电降为零。当设备正常运行时，如果控制系统检测发现二次电压突然为降为零时就判断电场发生闪络，然后根据相应的算法进行计算，最后根据计算结果进行输出。这种软件闪络检测有两个优点：
灵敏度容易调整，直接通过测量LM393的输入电压调节灵敏度。
在今后采用常规电源叠加脉冲供电时不会因为脉冲电流突变引起误判而造成常规电源的基压无法提供。
另外我们也可以根据不同的要求定制另外的控制方式，如与电除尘器低压控制相结合，在低压振打时，降低高压的输出，改善振打效果，从而达到提高除尘效率的目的。
要使产品运行可靠、维护方便,故障报警和保护功能是很重要的，因此，我们特别注意增强系统在过流、短路、开路、危险油温、可控硅短路、偏励磁等常规故障检测报警和保护外增加了变压器温度和可控硅温度的检测。
在各种保护中，偏励磁保护历来都被视为难点，对此，我们利用了系统能够准确检测每个半波的电流平均值的特点，将正、负两个半波的电流进行比较即可准确判断偏励磁故障及偏差多少。而且，当系统发现有小的偏差时，系统会在一定范围内自动调整正、负导通角（给其中一个偏置），以抵消因为电源本身的偏差和可控硅不一致造成正负波的偏差，当偏差在一定范围内不可弥补时再进行跳闸保护，目前这种功能其它厂家是还没有的。
与上位机过程通讯
因为CAN具有传输速率高（最高1Mbps）、距离远（10km）、可靠性极高（采用短数据帧、CRC校验、发送时监听、错误鉴别和自动关闭等技术）、连接方便（二线互连）、多主站、通信协议简单、和费用低廉等卓越的特性，特别适合工业过程监控设备的互连。因此，我们选用 CAN总线作为上下位机的通讯方式。
我们的CAN方案是：上位机使用CAN通信适配器，下位机采用CAN控制器（MCP2510）与单片机连接，经高速光藕4N25与CAN总线驱动接口（MCP2551）相连接至CAN总线，采用的传输速率是40kbps,使用双绞线或屏蔽线作传输介质。
四、结束语
DZK430是我们在总结以往电除尘供电技术的基础上开发的新型电除尘控制系统，它能适应各种复杂的工况，运行稳定，能准确、及时检出火花信号并计算其强度，然后，据此自动调整电场闪络后输出电压、电流的降低和恢复，可以有效的保证除尘效率；各种故障报警和保护准确、及时；与上位机通信可靠,传输速率高；系统抗干扰能力强，是一套可靠、先进的具有特色的电除尘高压控制系统。
参考文献：
胡大可. MSP430系列FLASH型超低功耗16位单片机 .北京航空航天大学出版社
谭浩强. C语言程序设计. 清华大学出版社
黎在时. 电除尘器的选型安装与运行管理. 中国电力出版社
饶运涛、邹继军等.现场总线CAN原理与应用技术. 北京航空航天大学出版社
Texas Instruments .MSP430x1xx Family User’s Guide
Microchip Technology .MCP2510 Stand-Alone CAN Controller with SPI Interface