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(diǎn)、工作原理及技術(shù)性能指標進(jìn)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鍋爐爐膛安全監控系統（FURNACE SAFEGUARD SUPERVISORY SYSTEM以下稱(chēng)作FSSS），也稱(chēng)作燃燒器治理系統（BURNER MANAGEMENT SYSTEM簡(jiǎn)稱(chēng)BMS）它是燃燒器控制和燃料安全燃燒系統，主要由火焰檢測、邏輯組件、外圍設備等三大部分構成。它能在鍋爐正常工作、啟動(dòng)和停止等運行方式下，連續監視燃燒系統的參數與狀態(tài)，并且進(jìn)行邏輯判定和運算。必要時(shí)發(fā)出動(dòng)作指令，通過(guò)聯(lián)鎖裝置，使燃燒設備中的有關(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的安全。同時(shí)，在防止運行職員操縱事故及設備故障引起鍋爐爐膛爆炸方面起著(zhù)重要作用。測厚儀| 測速儀| 轉速表| 壓力表| 壓力計| 真空表| 硬度計| 探傷儀| 電子稱(chēng)| 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，以數字信號處理為基礎，綜合運用模糊控制技術(shù)以及高效率的編程語(yǔ)言，開(kāi)發(fā)出一套全新的、高可靠的鍋爐爐膛火焰檢測算法。裝置采用模塊化設計，任何一塊ZHJ-5火檢模塊均可插進(jìn)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。還可以和現有任何一種FSSS系統邏輯部件配合使用構成完整的FSSS系統。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(dòng)，為FSSS系統中的老設備更新提供良好的條件。

1 ZHJ-5型火焰檢測器的特點(diǎn)

(1) ZHJ—5型火焰檢測器可以配可見(jiàn)光、紅外線(xiàn)、紫外線(xiàn)等各種原理火焰探頭，能實(shí)時(shí)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(xiàn)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。它可以和現有任何一種FSSS系統邏輯部件配合使用構成完整的FSSS系統。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(dòng)，為FSSS系統中的老設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,本系統與其它同類(lèi)數字型火檢產(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(diǎn)。

(3) 裝置采用模塊化設計，任何一塊ZHJ—5火檢模塊均可插進(jìn)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) 以數字信號處理為基礎，綜合運用模糊控制技術(shù)，以及高效率的編程語(yǔ)言，開(kāi)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(shí)時(shí)性強，抗干擾水平高等特點(diǎn)。還可根據不同的燃燒情況，運用模糊邏輯理論，由程序自動(dòng)完成各判別門(mén)限的調整和設定，以增強裝置對各種火焰的鑒別力，即裝置具有自適應能力。

(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(wú)火，裝置即可自動(dòng)將鍋爐滅火時(shí)刻前后5分鐘的火焰燃燒信息存進(jìn)非易失區內，以便分析事故原因。

(7) 裝置可改為連續采集模式并通過(guò)串行通訊(RS232或485口)將火焰數據實(shí)時(shí)送往FSSS上位系統或DCS系統，供運行治理職員監測和事故分析用。

(8) 裝置具有完善的自檢功能，能及時(shí)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(jìn)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型火焰檢測器的構成及工作原理

2.1 裝置的構成

化設計，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(gè)機箱火檢最多可插進(jìn)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(jué)是亮度和火焰根部亮度的低頻閃爍，根據理論分析和試驗驗證，可以把火焰燃燒分為初始燃燒區，高溫區和燃盡區，在燃料燃燒的初始燃燒區存在光波內閃或脈動(dòng)，其頻率與燃料種類(lèi)有關(guān)，應用光電轉換器件及相應檢測電路可以檢測其頻率或脈動(dòng)分量。燃燒越熾熱，亮度和頻率越高，燃燒不穩定亮度減低，火焰熄滅，頻率是零。根據此原理，在初始燃燒區，可以根據火焰閃爍頻率作為判定燃燒器是否正常工作的判據，而在火焰燃燒高溫區和燃盡區應以火焰的亮度溫度為燃燒情況的主要判據，由于在這一區域內火焰的脈動(dòng)分量很小。

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

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邏輯系統提供各種燃燒工況信號和火焰燃燒數據信息。

光電檢測探頭將火焰信號轉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(jìn)行A／D變換，變成數字信號傳遞到計算機電路進(jìn)行數字信號處理和檢測，然后將火焰信號的處理結果送存貯器保存。同時(shí)通過(guò)棒圖和四位筆畫(huà)段數碼顯示器及指示燈顯示爐膛火焰燃燒工況。必要時(shí)還可通過(guò)R3232或485串行通訊口或4—20mA電流環(huán)將鍋爐的燃燒工況，爐膛火焰燃燒數據送上位機系統顯示、監測和存貯。
當用火焰檢測程序判定爐膛無(wú)火時(shí)，則裝置一方面驅動(dòng)火焰消失繼電器動(dòng)作，發(fā)送爐膛或燃燒器無(wú)火信號給FSSS邏輯電路，另一方面通過(guò)串行通訊功能將故障信息直接送至FSSS或DCS上位機系統。

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 答應波動(dòng)范圍：±20%
(2) 額定功率消耗 ≤35W
(3) 傳感器工作波長(cháng)
可見(jiàn)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(kāi)觸點(diǎn)容量－5A　250VAC
②　4位筆畫(huà)段數碼顯示
③　41線(xiàn)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(gè)探頭風(fēng)量大于1.45立方米／每分鐘。
　
4 調試與使用方法

4.1 一般性檢查

開(kāi)箱后，首先進(jìn)行裝置和各模件板的外觀(guān)檢查，查看有無(wú)損壞和是否影響機器正常工作。其次，應檢查元器件有無(wú)脫落和斷線(xiàn)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(kāi)關(guān)置于OFF位置，按箱后端子排圖連接交流220V電源線(xiàn)。

4.2 電源電路功能檢查

將“POWER”即電源插件面板上POWER指示框內電源開(kāi)關(guān)置在“ON”，即接通位置。如無(wú)異常，POWER指示框內所有指示燈應全亮，反之，關(guān)機檢查開(kāi)關(guān)電源內部配線(xiàn)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(jìn)進(jìn)自檢狀態(tài)，由“DISPLAY”指示框內的4位筆畫(huà)段數碼顯示，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(dòng)依次點(diǎn)亮火焰強度棒圖顯示器和各LED顯示器，然后熄滅。程序進(jìn)進(jìn)運行狀態(tài)，4位筆畫(huà)段數碼顯示器開(kāi)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(shí)，POWER指示框內的四個(gè)綠色指示燈處于點(diǎn)亮狀態(tài)。

4.5 信號處理模塊

正常工況下，4位筆畫(huà)段數碼顯示器輪流顯示“F”——火焰閃爍頻率值，“I”—火焰強度百分數，“Q”—火焰品質(zhì)百分數值，“D”—火焰瞬時(shí)采樣值�；鹧鎻姸劝魣D應有顯示，綠色的“頻率答應”，“強度答應”及“火焰品質(zhì)”燈應亮，故障燈應滅，“火焰”燈應亮綠色。

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

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

通道靜態(tài)值調整，鍋爐在停爐狀態(tài)，采用可見(jiàn)光原理探頭時(shí)，本機1.0強度值應為20%左右，如分歧格可按如下方法調整實(shí)現通道靜態(tài)值微調。

a 在DEBUG調試狀態(tài)下，按“Enter”鍵進(jìn)進(jìn)調試程序。
b 用“UP”或“DOWN”鍵改變通道數據放大器增益，可實(shí)現通道靜態(tài)值調整。
c 數值合格后，按“Enter”鍵將修改后，放大器增益值存進(jìn)非易失器件中，程序自動(dòng)回到DEBUG狀態(tài)。

定值調整，“DEBUG”狀態(tài)下，按“SET”鍵進(jìn)進(jìn)定值調整程序。本機非易失區中，共存有3組定值，分別對應鍋爐起爐、開(kāi)始燃燒和穩燒三種工況，檢測程序在運行時(shí)根據所判定鍋爐運行工況，運行模糊邏輯理論，自動(dòng)改變檢測門(mén)限，以進(jìn)步檢測可靠性。

5 結束語(yǔ)

當前，隨著(zhù)微機技術(shù)的發(fā)展，電站自動(dòng)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)品由于具有維護調試方便、可靠性高、系統靈活性大以及具有一定的人工智能等特點(diǎn)，所以，采用微機技術(shù)來(lái)進(jìn)步產(chǎn)品的性能已成了自動(dòng)化產(chǎn)品發(fā)展的必然趨勢。今后，微機產(chǎn)品必將逐步取代現有的各種老式設備，我們應該相信，在不久的將來(lái)必然是微機產(chǎn)品的天下。