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200MW机组锅炉火焰图像检测系统
发布时间：2013-09-01 08:56 来源：未知
随着我国电力工业的迅速发展，电站单机容量不断增大。大型机组不仅需要检测全炉膛火焰，还需检测单个燃烧器火焰。目前常规锅炉火焰检测器存在如下问题；(1)火焰燃烧区域位置漂移影响检测的可靠性；(2)用火焰闪烁频率定值判断方法不能适应锅炉负荷大范围变化要求；(3)不提供火焰图像信息，无法真正了解炉内燃烧真实状况。
对此，笔者设计了1套采用数字图像处理技术的200 MW机组电站锅炉火焰图像检测系统，并提出了检测区域可变的火焰图像检测算法。系统不仅提高了火焰检测的可靠性，且提供了燃烧的可视信息，为优化燃烧提供了平台。
1、系统结构与功能
火焰图像检测系统结构如图1所示。200MW机组锅炉共有16只燃煤燃烧器，火焰图像检测器是插装在锅炉二次风道中对燃烧器进行火焰检测的关键部件，主要由光纤传像束、彩色摄像机和冷却系统组成。检测器的图像信号经视频分配器分配后分成两路：一路通过视频矩阵和画面图像分割器送至上位机和延时录像机；一路送至相应下位机。
上位机采用内含视频采集卡、通信卡和继电器卡的工业控制机作为操作站，并通过共享器连接两套键盘、鼠标和显示器，1套安置在控制柜中，1套放置在操作台上，富通新能源销售生物质锅炉，生物质锅炉主要燃烧木屑颗粒机压制的木屑生物质颗粒燃料。
为掌握全炉膛燃烧状况并进行燃烧的诊断，将全炉膛图像信号接进上位机。
上位机操作站主要完成火焰燃烧状况实时显示、灭火与故障报警、记录与事故追踪、燃烧器火焰直方图、燃烧历史强度显示、燃烧器或全炉膛火焰温度场显示和温度场偏移实时诊断。
系统采用RS-232C实现内部通信。上位机与视频矩阵通信选择相应火焰图像显示，通过与图像分割器通信可选择图像单画面或多画面显示方式。上位机与下位机通信传送火焰检测初始区域、最大区域和各类阈值参数，同时下位机检测结果上报。
下位机同样采用内含视频采集卡和继电器卡的工业控制机。每台下位机负责4个燃烧器火焰燃烧检测，火焰检测结果作为保护和报警信号通过1/0继电器卡输出至PLC，由PLC锁存后再输出到炉膛安全监控系统(FSSS)。同时通信至上位机。
下位机没有使用内部看门狗电路，而采用外部PLC对其工作状态监测。这是因为当下位机死机、重新启动或其它故障时，继电器输出状态的不确定会使FSSS系统误动作，采用PLC在下位机非正常状态时能输出上一正常时刻的火焰检测结果，防止错误信号输出，同时对下位机发出硬件复位信号。
2、软件设计
系统软件包括上位机、下位机及PLC软件三大部分。上下位机中的应用软件是在Windows9X/NT操作系统环境下，利用Visual C++6.O开发。
由于上位机要实现火焰实时监视、初步实时诊断和灭火与故障报警及记录等功能，其表现为要进行显示、管理、诊断和通信等任务，有些任务要并行处理，因此采用多线程序设计。在系统用户界面线程中，显示和管理任务按命令方式处理，同时在该线程中创建一个子线程处理燃烧诊断。在通信任务中分主动通信和被动通信，主动通信是指由上位机提出的与下位机及其它设备的通信要求，在编程中采用用户界面线程中的命令方式处理。被动通信是由下位机发出的与上位机的通信要求，通过工作者线程完成通信任务。
下位机主要由两个处理程序组成，一是通信中断处理程序，完成各种参数传输。另一个是火焰检测处理程序，由时间中断触发，在该程序中，当检测结果与上次检测不一致时才与上位机通信，但每次检测结果都输出到PLC，同时发脉冲至PLC，复位PLC中的监测记时器。
PLC编程思想是：在规定的时间内有下位机脉冲输出，则读人下位机输出状态，并将其锁存后输出；如无脉冲输出则发出复位信号，同时在一定时间内输出原锁存状态直至下位机正常。如在规定的恢复时间内，下位机还是无法正常工作则PLC输出报警信号。
图2为本系统上位机一运行画面。
3、火焰检测算法
3.1火焰图像特性
煤粉火焰分未燃烧区、初燃烧区、燃烧区和火焰尾迹等区域，图3为包含这4个区域的火焰图像。另外火焰图像并不照满整个检测图面，图像上有未照射黑区。
火焰图像具有以下特征：(1)在黑区内，像素上的R、G、B3个色度值都很低；(2)在火焰未燃区（黑龙区）内，R、G、B3个色度值较低，但R值比黑区的尺值要高些；(3)在燃烧区内，R、G、B都很高；(4)当有物体挡住镜头或光纤断路等故障时，图像R、G、B特性与黑区内的R、G、B特性一致。
燃烧器灭火时有两种情况：一是断粉熄火，这时背景火焰进入检测图像中，检测到图像特性呈现出火焰燃烧区特性，在检测时要注意这种“偷火”现象；另一种是喷粉灭火，图像中大部分为“黑龙”，图像特性就是火焰未燃区的特性，富通新能源生产销售生物质锅炉，生物质锅炉主要燃烧木屑颗粒机压制的生物质颗粒燃料。
