微波再生颗粒补集器控制系统开发

2016•9（上）《科技传播》86新媒体与信息科技先进的技术使柴油车降低了行驶时的振动和噪音，解决了柴油车排放黑烟等缺点。

2014年，欧洲售出近700万台柴油车，占全球柴油车销量的85%[1]。

然而，柴油机的PM 颗粒排放量却比汽油机高出50倍之多[2]。

欧盟从2011年1月起对M1类车辆实施欧Ⅴ标准，此标准将排放微粒物（PM）从0.025g/km 降至0.005g/km，并要求所有新车安装颗粒补集器（DPF）[3]。

但由于微粒过滤器在使用一段时间后容易被捕集到的微粒堵塞，致使排气背压上升，消耗燃料，降低动力性[4]，一般认为柴油机排气微粒过滤器对柴油机油耗、功率的影响不应超过3%～5%[5]。

因此须定期清除颗粒补集器内的微粒沉积物。

目前，国内外对柴油机颗粒捕集器再生技术进行了大量细致的研究工作，提出了多种再生技术，如红外辐射加热再生[6]、喷油助燃再生[7]、电加热再生[8]、微波再生[9]等。

其中，微波再生效率高、没有二次污染、易于控制，是目前研究较多的一种再生技术。

但截至目前国内还没有推广使用类似产品，其中需解决的关键技术之一就是微波再生控制系统的开发。

本文基于单片技术，提出了一种切实可行的控制系统，并且可以实现过热保护。

1 控制系统的开发本系统采用过滤体前后压差进行控制，分别采集过滤体前后的压力P 1和P 2、加热腔内温度T 1，当前后压差（）大于预设压力差阈值P H 时，继电器闭合，加热系统开始工作，过滤体两端压力差逐渐减小，当减小至设定值时P L 系统停止加热。

加热过程中温度T 1大于过热保护温度T max 时，继电器断开，系统停止加热。

1.1 单片机最小系统板最小系统由STC89C52RC 单片机、晶振电路、复位电路组成。

其中，晶振电路由一定频率的晶振和两个电容组成，为单片机工作提供稳定的时钟信号。

在本次设计中，连接单片机复位引脚RST 的按键为复位按键，系统上电启动时复位一次，当按键按下的时候，RST 引脚会持续2微秒以上的高电平，系统再次复位，因此可通过按键的断开和闭合控制单片机复位。

1.2 下载电路下载电路主要是由MAX232和DB9接口组成，用于程序的下载。

程序通过USB 转串口线下载到单片机的rom 中，程序的下载本质上是计算机与单片机通讯的过程，由于单片机使用的是TTL 电平，而计算机使用的是RS-232电平，本系统所使用的MAX232芯片实现RS-232电平与TTL 电平的转换。

1.3 AD 转换芯片本次设计中选用MAX197BCNI 模数转换芯片，MAX197是多量程、8通道、12位高精度的A/D 转换器。

它采用逐次逼近工作方式，有标准的微机接口。

三态数据I/O 口用做8位数据总线，数据总线的时序与绝大多数通用的微处理器兼容。

全部逻辑输入和输出与TTL/CMOS 电平兼容。

1.4 显示部分显示部分选用的是液晶屏LCD12864，与单片机之间采用串行数据传输方式，使得连线简单并且节省单片机的IO 口。

LCD12864不同的界面显示不同的内容，处于标定界面时显示每伏代表的压力值和温度值以及继电器动作的压力差阈值和温度阈值。

开始信号采集后，LCD 处于显示界面，实时显示已经按照标定值换算后的压力P 1、压力P 2、温度T 1以及压差。

1.5 控制部分在整个测控系统中有加热设备，为此选用了SONGLE 继电器，来控制加热设备的工作。

在本次设计中，信号触发端接单片机P3.4口。

当信号触发端为低电平时，公共端与常开端会接通，电源与设备形成通路，设备 工作。

1.6 设置按钮通过IO 端口外接十个按钮，如图1所示，按钮S1、S2控制着压力标定值加减，按钮S3、S4控制着温度标定值的加减；按钮S5控制着标定页面的显示；按钮S6控制着采集及显示界面；按钮S7、S8控制着温度阈值的标定；按钮S9、S10控制着压力阈值的标定。

标定的初始值和增减幅度均由程序决定。

微波再生颗粒补集器控制系统开发方栋华，刘大学，季永青浙江交通职业技术学院汽车学院，浙江杭州 311112摘 要 基于单片技术，设计开发了一套切实可行的控制系统。

系统分别采集过滤体前后的压力，当前后压差达到一定值时，继电器闭合，微波发生器工作；过滤体的颗粒物在微波作用下加热燃烧，后压差减小至一定值时继电器断开，微波发生器停止工作。

为了避免微波发生器在高温下受损，控制系统可实现过热保护。

关键词 微波再生；颗粒补集；单片机；控制系统中图分类号 TK422 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2016）170-0086-01作者简介：方栋华，助教，浙江交通职业技术学院，研究方向为柴油机尾气净化处理及生物燃料在内燃机上的应用。

刘大学，浙江交通职业技术学院汽车学院。

季永青，浙江交通职业技术学院汽车学院。

（下转第125页）DOI:10.16607/ki.1674-6708.2016.17.053《科技传播》2016•9（上）125理论探索与争鸣杂质的有效滤除；2）采用富液全过滤方式，减少过滤设备的占地面积，降低设备的维修成本；3）采用可靠的天然气软化水水洗工艺，增加回收处理装置，增强各种杂质的过滤效果。

3.2 惰性气体保护系统的工艺设计要点及优化在一定的条件下，空气中的氧气与胺液相互接触后，容易使生产设备出现胺液发泡现象。

因此，需要合理地运用惰性气体，对胺液储罐正常使用中进行有效地气封处理。

选用净化天然气进行气封，一定时间内可以达到天然气生产现场的实际要求。

因此，构建可靠的惰性气体保护系统的过程中，技术人员需要对各种惰性气体的自身特性有必要的了解。

根据行业规范条例的具体要求，合理地运用惰性气体进行气封处理，实现天然气净化工艺的生产目标。

4 贫液循环泵工艺设计要点及优化该工艺设计要点为：1）选泵时将其中的富余量作为主要的参数，利用可靠的计算方法对贫液循环量进行合理地计算，确定出符合实际生产需要的扬程大小；2）工艺设备使用过程中，为了减少溶剂损耗，可以采用机械密封法，同时为了延长贫液循环泵的使用寿命，工艺设计中宜采用离心泵；3）运用贫液循环泵时，技术人员应该充分地考虑天然气净化工艺的实际要求，确保这种循环泵的参数设备能够达到生产现场的实际要求。

贫液循环泵工艺设计优化的措施主要包括：1）为了保证天然气处理厂生产现场蒸汽系统运行的高效性，应该选用可靠地设备增强贫液循环泵工作过程中的节能效果，相关的研究报告指出，选用背压式汽轮机作为循环泵的原动机，可以实现设备运行过程中的节能环保发展目标；2）为了降低设备使用过程中的电能消耗率，应选用可靠的水力透平泵；3）将贫液循环泵安装在贫液空冷器之后，减少设备的投资成本。

5 结论采用可靠的净化工艺，有利于提高天然气的利用效率，降低生产成本的同时改善生态环境质量。

因此，相关的技术人员需要明确天然气净化工艺设计要点，采取合理的优化措施增强这些净化工艺的实际作用效果，为天然气资源实际应用范围的扩大提供可靠地保障。

具体工作开展中需要对天然气净化工艺要点进行必要的分析，从而完善相关生产系统的服务功能，提高现代化天然气工艺生产水平，促使天然气生产企业在未来的发展过程中具备更大的竞争优势，为我国经济社会的持续发展做出更大的贡献。

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为避免微波发生器在高温下受损，控制系统可实现过热保护。

本系统的开发为微波再生颗粒补集器的研究和开发提供了一定的技术参考，为微波再生颗粒补集器的市场化推广应用提供了技术支持。

参考文献[1]邓琦琪.柴油车在欧洲和中国命运大不同背后原因是什么[EB/OL].中国汽车报网，/pl/sp/201510/t20151016_427293.htm.[2]马林才，刘颖.有机金属化合物降低柴油机炭烟排放及其机理的研究[J].燃料化学学报，2006，34（2）：230-233.[3]2011年1月起欧盟提高发动机排放标准.机械工业标准化与质量，2011（2）：6.[4]Benajes J， Lujan J， Bermudez V. Modelling ofturbochargeddiesel engines in transient operation part 2: insight into therelevant physical phenomena[J]. Journal ofAutomobile Engineering: PreInstnMechEngrs，2002（3）：431-441.[5]李军，秦大同，汤文生，等.柴油发动机排气微粒过滤器微波再生净化理论分析[J]. 四川大学学报：工程科学版，2007，39（3）：170-174.[6]许晓光.基于红外加热再生的柴油机排气微粒后处理技术的研究[D].大连：大连理工大学，2002，4.[7]Zelenka P.， Telford C.， Pye D.， et al.Development of a full-flow burner DPF system for heavy-duty diesel engines[J]. SAE Paper 2002-01-2787.[8]Ohno K.， Taoka N.， Ninomiya T.， et al. Sicdiesel particulate filter application to electric heater system[J]. SAE Paper 1999-01-0464.[9]Garner C.P， Dent J.C. Microwave assistedregeneration of diesel particulate traps[J].SAE Paper 890174.（上接第86页）。