一種新型的智能火焰檢測器

一種新型的智能火焰檢測器

摘要 本文介紹了一種智能型電站鍋爐爐膛火焰檢測器。并對該產(chǎn)品的特點、工作原理及技術(shù)性能指標(biāo)進行了論述。
關(guān)鍵詞 FSSS 火焰信號強度 火焰信號頻率 燃燒工況

0 概述

FSSS鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)（FURNACE SAFEGUARD SUPERVISORY SYSTEM以下稱作FSSS），也稱作燃燒器治理系統(tǒng)（BURNER MANAGEMENT SYSTEM簡稱BMS）它是燃燒器控制和燃料安全燃燒系統(tǒng)，主要由火焰檢測、邏輯組件、外圍設(shè)備等三大部分構(gòu)成。它能在鍋爐正常工作、啟動和停止等運行方式下，連續(xù)監(jiān)視燃燒系統(tǒng)的參數(shù)與狀態(tài)，并且進行邏輯判定和運算。必要時發(fā)出動作指令，通過聯(lián)鎖裝置，使燃燒設(shè)備中的有關(guān)部件按照既定的公道程序完成必要的操縱或處理未遂性事故，以保證鍋爐燃燒系統(tǒng)的安全。同時，在防止運行職員操縱事故及設(shè)備故障引起鍋爐爐膛爆炸方面起著重要作用。測厚儀| 測速儀| 轉(zhuǎn)速表| 壓力表| 壓力計| 真空表| 硬度計| 探傷儀| 電子稱| 熱像儀| 頻閃儀| 測高儀| 測距儀| 金屬探測器|

火焰檢測器是FSSS的重要組成部分。ZHJ-5型火焰檢測器是我公司近幾年研制并推廣應(yīng)用的新一代智能型電站鍋爐爐膛火焰檢測器。裝置主芯片選用INTEL公司80C196KB-16位微處理器、PSD4-高性能單片機外圍電路芯片等，以數(shù)字信號處理為基礎(chǔ)，綜合運用模糊控制技術(shù)以及高效率的編程語言，開發(fā)出一套全新的、高可靠的鍋爐爐膛火焰檢測算法。裝置采用模塊化設(shè)計，任何一塊ZHJ-5火檢模塊均可插進公用母板的所有槽位，既可獨立運行，也可以多模塊協(xié)同工作。還可以和現(xiàn)有任何一種FSSS系統(tǒng)邏輯部件配合使用構(gòu)成完整的FSSS系統(tǒng)。ZHJ-5還能夠直接更換正在運行中的ZHJ-1~4各種型號火檢，而FSSS的邏輯部分卻不用做任何改動，為FSSS系統(tǒng)中的老設(shè)備更新提供良好的條件。

1 ZHJ-5型火焰檢測器的特點

(1) ZHJ—5型火焰檢測器可以配可見光、紅外線、紫外線等各種原理火焰探頭，能實時正確地完成各種電站或產(chǎn)業(yè)鍋爐的火焰檢測任務(wù)。它不僅適用于四角切線燃燒型鍋爐的球形火焰，而且也適用于前后墻對沖燃燒型鍋爐的L形火焰及W火焰的檢測。它可以和現(xiàn)有任何一種FSSS系統(tǒng)邏輯部件配合使用構(gòu)成完整的FSSS系統(tǒng)。它可以直接更換正在運行中的ZHJ－1～4各種型號火檢，而FSSS的邏輯部分不用做任何改動，為FSSS系統(tǒng)中的老設(shè)備更新提供良好的條件。

(2) 置主芯片選用Intel公司80C196KB—16位微處理器、PSD4—高性能單片機外圍電路芯片等,本系統(tǒng)與其它同類數(shù)字型火檢產(chǎn)品相比,具有集成度高、處理速度快、抗干擾能力強等優(yōu)點。

(3) 裝置采用模塊化設(shè)計，任何一塊ZHJ—5火檢模塊均可插進公用母板的所有槽位，即可獨立運行，也可以多模塊協(xié)同工作。

(4) 以數(shù)字信號處理為基礎(chǔ)，綜合運用模糊控制技術(shù)，以及高效率的編程語言，開發(fā)出了一套全新的、高可靠的鍋爐爐膛火焰檢測算法。

(5) 裝置的火焰檢測算法具有實時性強，抗干擾水平高等特點。還可根據(jù)不同的燃燒情況，運用模糊邏輯理論，由程序自動完成各判別門限的調(diào)整和設(shè)定，以增強裝置對各種火焰的鑒別力，即裝置具有自適應(yīng)能力。

(6) 裝置具有火焰波形的記憶存貯功能。若檢測出燃燒器或爐膛無火，裝置即可自動將鍋爐滅火時刻前后5分鐘的火焰燃燒信息存進非易失區(qū)內(nèi)，以便分析事故原因。

(7) 裝置可改為連續(xù)采集模式并通過串行通訊(RS232或485口)將火焰數(shù)據(jù)實時送往FSSS上位系統(tǒng)或DCS系統(tǒng)，供運行治理職員監(jiān)測和事故分析用。

(8) 裝置具有完善的自檢功能，能及時正確地以各種形式報告裝置的故障狀態(tài)。

(9) 裝置具有優(yōu)異的人機界面和完備的輸進輸出接口。

(10) 火檢模塊采用光電隔離、屏蔽等措施。故裝置具有良好的電磁兼容性和較高的抗干擾能力。

2 ZHJ-5型火焰檢測器的構(gòu)成及工作原理

2.1 裝置的構(gòu)成

化設(shè)計，模塊的接插件插拔靈活，接觸可靠，互換性好。ZHJ-5型火焰檢測器主要由火焰檢測模塊和電源模塊組成。一個機箱火檢最多可插進8塊可獨立運行的火檢模塊、一塊電源模塊。

2.2 工作原理

2.2.1 爐膛火焰特征和檢測原理

火焰給人眼的直覺是亮度和火焰根部亮度的低頻閃爍，根據(jù)理論分析和試驗驗證，可以把火焰燃燒分為初始燃燒區(qū)，高溫區(qū)和燃盡區(qū)，在燃料燃燒的初始燃燒區(qū)存在光波內(nèi)閃或脈動，其頻率與燃料種類有關(guān)，應(yīng)用光電轉(zhuǎn)換器件及相應(yīng)檢測電路可以檢測其頻率或脈動分量。燃燒越熾熱，亮度和頻率越高，燃燒不穩(wěn)定亮度減低，火焰熄滅，頻率是零。根據(jù)此原理，在初始燃燒區(qū)，可以根據(jù)火焰閃爍頻率作為判定燃燒器是否正常工作的判據(jù)，而在火焰燃燒高溫區(qū)和燃盡區(qū)應(yīng)以火焰的亮度溫度為燃燒情況的主要判據(jù)，由于在這一區(qū)域內(nèi)火焰的脈動分量很小。

本裝置的火焰檢測算法的主導(dǎo)思想是在正常單一燃料燃燒工況下采取直接從A／D變換得到的數(shù)字量中提取火焰信號強度(即亮度)分量和頻率分量，并同時計算出火焰燃燒品質(zhì)，保證了火焰檢測器工作的實時性及判定的正確性。對于同時存在多燃料參與燃燒的復(fù)雜燃燒工況，我們采取將數(shù)字化后的火焰信號進行傅立葉變換，然后在頻域中對燃燒的火焰信號進行處理，進而給出火焰的強度及頻率分量值，從而實現(xiàn)單燃燒器或多燃燒器的區(qū)分和火焰鑒別。

2.2.2 火焰檢測電路的工作原理

火檢信號處理模塊及其功能框圖如下圖所示。與火檢探頭電路配合，共同完成燃燒器或爐膛火焰信號的檢測、處理和判別，為FSSS邏輯系統(tǒng)提供各種燃燒工況信號和火焰燃燒數(shù)據(jù)信息。

光電檢測探頭將火焰信號轉(zhuǎn)換成電流信號送到火焰檢測器信號處理模塊，火檢電路首先將此模擬火焰信號進行A／D變換，變成數(shù)字信號傳遞到計算機電路進行數(shù)字信號處理和檢測，然后將火焰信號的處理結(jié)果送存貯器保存。同時通過棒圖和四位筆畫段數(shù)碼顯示器及指示燈顯示爐膛火焰燃燒工況。必要時還可通過R3232或485串行通訊口或4—20mA電流環(huán)將鍋爐的燃燒工況，爐膛火焰燃燒數(shù)據(jù)送上位機系統(tǒng)顯示、監(jiān)測和存貯。
當(dāng)用火焰檢測程序判定爐膛無火時，則裝置一方面驅(qū)動火焰消失繼電器動作，發(fā)送爐膛或燃燒器無火信號給FSSS邏輯電路，另一方面通過串行通訊功能將故障信息直接送至FSSS或DCS上位機系統(tǒng)。

附圖 火焰檢測電路功能框圖

3 主要技術(shù)要求

(1) 交流額定電源電壓： 220VAC 答應(yīng)波動范圍：±20%
(2) 額定功率消耗 ≤35W
(3) 傳感器工作波長
可見光 300nm—760nm
紅外光　770nm－3200nm
紫外光　200nm－400nm
(4) 微處理器 Intel公司N80C196KB(12MHz)
(5) A／D變換器 10位 采樣速率2000Hz
(6) 輸出方式
① 常開觸點容量－5A　250VAC
②　4位筆畫段數(shù)碼顯示
③　41線LED棒圖顯示
④　RS232或RS485串行通訊口
⑤　4－20mA電流環(huán)
(7) 每箱模塊數(shù)目
A 電源模塊—1塊
B 火焰檢測處理模塊—1～8塊可選
(8) 環(huán)境溫度
A 火焰處理裝置 40oC以下保證指標(biāo)50oC以下保證工作
B 火檢探頭 ≤55oC
(9) 探頭冷卻風(fēng)
要求風(fēng)源潔凈，探頭處風(fēng)壓大于200毫米水柱，每個探頭風(fēng)量大于1.45立方米／每分鐘。
　
4 調(diào)試與使用方法

4.1 一般性檢查

開箱后，首先進行裝置和各模件板的外觀檢查，查看有無損壞和是否影響機器正常工作。其次，應(yīng)檢查元器件有無脫落和斷線等。最后，按隨機備品清單檢查備品備件是否齊全。將電源插件面板上電源開關(guān)置于OFF位置，按箱后端子排圖連接交流220V電源線。

4.2 電源電路功能檢查

將“POWER”即電源插件面板上POWER指示框內(nèi)電源開關(guān)置在“ON”，即接通位置。如無異常，POWER指示框內(nèi)所有指示燈應(yīng)全亮，反之，關(guān)機檢查開關(guān)電源內(nèi)部配線是否正確。

4.3 火焰檢測信號處理模塊功能檢查

上電后，模塊進進自檢狀態(tài)，由“DISPLAY”指示框內(nèi)的4位筆畫段數(shù)碼顯示，顯示有關(guān)自檢信息，如有題目，則裝置發(fā)“故障”信號，通知運行職員處理。如自檢正常,程序自動依次點亮火焰強度棒圖顯示器和各LED顯示器，然后熄滅。程序進進運行狀態(tài)，4位筆畫段數(shù)碼顯示器開始輪流顯示信號處理模塊所采集和提取的爐膛火焰信息。

4.4 電源模塊

正常運行時，POWER指示框內(nèi)的四個綠色指示燈處于點亮狀態(tài)。

4.5 信號處理模塊

正常工況下，4位筆畫段數(shù)碼顯示器輪流顯示“F”——火焰閃爍頻率值，“I”—火焰強度百分?jǐn)?shù)，“Q”—火焰品質(zhì)百分?jǐn)?shù)值，“D”—火焰瞬時采樣值�；鹧鎻姸劝魣D應(yīng)有顯示，綠色的“頻率答應(yīng)”，“強度答應(yīng)”及“火焰品質(zhì)”燈應(yīng)亮，故障燈應(yīng)滅，“火焰”燈應(yīng)亮綠色。

異常工況下，如為裝置故障，則“故障”燈亮，同時四位數(shù)碼顯示器顯示，具體故障信息，如為鍋爐無火，則“火焰”燈亮紅色，“強度答應(yīng)”燈可亮可滅�！邦l率答應(yīng)”及“品質(zhì)”燈應(yīng)滅。

火焰檢測(Firescan)信號處理安裝板上有一個“運行”和“調(diào)試”切換開關(guān)WP，如WP撥在“RUN”即運行位置，模塊在運行時將不響應(yīng)任何鍵盤輸進。如WP撥在“DERUG”即調(diào)試狀態(tài)，除火焰檢測程序應(yīng)正常運行外，裝置還應(yīng)響應(yīng)鍵盤中斷，以便進行必要的定值修改及整機電路性能檢查和調(diào)試等。裝置調(diào)試合格后，建議WP的位置應(yīng)撥在“RUN”位置。

通道靜態(tài)值調(diào)整，鍋爐在停爐狀態(tài)，采用可見光原理探頭時，本機1.0強度值應(yīng)為20%左右，如分歧格可按如下方法調(diào)整實現(xiàn)通道靜態(tài)值微調(diào)。

a 在DEBUG調(diào)試狀態(tài)下，按“Enter”鍵進進調(diào)試程序。
b 用“UP”或“DOWN”鍵改變通道數(shù)據(jù)放大器增益，可實現(xiàn)通道靜態(tài)值調(diào)整。
c 數(shù)值合格后，按“Enter”鍵將修改后，放大器增益值存進非易失器件中，程序自動回到DEBUG狀態(tài)。

定值調(diào)整，“DEBUG”狀態(tài)下，按“SET”鍵進進定值調(diào)整程序。本機非易失區(qū)中，共存有3組定值，分別對應(yīng)鍋爐起爐、開始燃燒和穩(wěn)燒三種工況，檢測程序在運行時根據(jù)所判定鍋爐運行工況，運行模糊邏輯理論，自動改變檢測門限，以進步檢測可靠性。

5 結(jié)束語

當(dāng)前，隨著微機技術(shù)的發(fā)展，電站自動化產(chǎn)品必將逐步向高科技、高精度、高智能方向發(fā)展。微機產(chǎn)品由于具有維護調(diào)試方便、可靠性高、系統(tǒng)靈活性大以及具有一定的人工智能等特點，所以，采用微機技術(shù)來進步產(chǎn)品的性能已成了自動化產(chǎn)品發(fā)展的必然趨勢。今后，微機產(chǎn)品必將逐步取代現(xiàn)有的各種老式設(shè)備，我們應(yīng)該相信，在不久的將來必然是微機產(chǎn)品的天下。