基于DSP的锅炉炉膛火焰监测系统研究

摘要

大型火力发电厂锅炉大都以燃煤为主,由于容量大,安装的燃烧器数量多,炉膛内的燃料燃烧情况复杂.当外界参数的波动引起单个或多个燃烧器的灭火时,必须立即采取重新点火或停炉吹扫,否则很容易造成炉膛爆燃,给生命财产造成巨大损失.因此电站锅炉必须配置功能齐全、设备可靠的炉膛安全监控装置,即FSSS,实现对燃烧器火焰的可靠检测.目前,在中国的大部分电厂中广泛使用的火焰检测器为基于检测着火区火焰亮度和闪烁频率的红外型或可见光型火焰检测器,但在锅炉实际运行中对不同煤种、负荷引起的着火区位置的变化,难以做到自动适应,尤其是在不同负荷工况下时有误报、漏报情况发生.20世纪80年代,随着计算机软、硬件技术的迅速发展,特别是近年来多媒体技术日益推广应用的前提下,国内外研究者纷纷把目光投向可视化的炉膛监视和控制系统.数字图像处理技术开始应用于锅炉炉膛火焰处理中.图像型火检具有直观、准确的特点,并且容易设计检测算法,现在已经成为新型燃煤锅炉火焰检测技术的热门研究方向之一.该文把火焰电视与多媒体计算机系统相结合,根据燃煤锅炉的火焰特性,结合数字图像处理技术,开发出基于火焰图像信号的火焰检测系统.论文首先分析研究了传统火焰检测方法的原理,特点和使用现状,指出了燃煤锅炉火焰检测的难点和特点及其传统火焰检测方法在应用中暴露出来的不足,设计了一种基于DSP的火焰检测系统,系统采用光纤图像传感器摄取各分支燃烧器燃烧图像,经过图像采集处理卡数字化后判断火焰有无,提出了一种邻域统计火焰检测算法,能适应锅炉的不同工况,并可以在某燃烧器即将灭火时,及时给出报警信号;算法的多数参数都可以方便地在运行过程中设定,使得检测算法可以适用于不同煤种、不同负荷的锅炉.锅炉运行是一个连续动态的过程,对16路燃烧器进行火焰检测需要很高的处理速度和很大的存储空间.为了提高处理速度,采用基于双TMS320C6000系列DSP的高速图像采集处理卡二次开发,在卡上执行火检算法,提高了执行效率试验和应用表明,该算法可以准确地适应锅炉工况的变化,具有较好的效果.

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1引言

1.2传统燃煤锅炉火焰检测技术

1.2.1辐射能火焰检测

1.2.2相关原理火焰检测

1.3新型燃煤锅炉火焰检测技术的探索

1.3.1数字式火检器

1.3.2图像型火检系统

1.4现有燃煤锅炉火焰检测技术应用中的若干问题

1.5课题研究内容及其意义

第二章数字图像处理基本原理

2.1概述

2.2数字图像处理系统和数字图像

2.3数字图像的存储结构

2.4数字图像的灰度直方图(Histogram)

2.5数字图像处理方法

2.6数字图像处理的主要内容

第三章火焰检测系统设计

3.1系统功能

3.2系统结构

3.2.1系统硬件及其工作原理

3.2.2火焰图像采集前向通道

3.3图像采集卡结构及原理

3.3.1高速AD转换

3.3.2可编程逻辑控制模块

3.3.3 DSP及其外围电路设计

3.3.4 TMS320C6202的外围电路扩展

3.4上位计算机

3.5硬件的安装与维护

3.5.1图像传感器安装的基本原则

3.5.2火焰图像传感器位置调整

3.5.3图像传感器冷却风压调整

3.6本章小结

第四章火焰检测算法设计

4.1燃煤锅炉燃烧火焰图像特征分析

4.1.1燃煤锅炉燃烧特性

4.1.2传统火焰检测算法介绍

4.2邻域统计火焰检测法

4.2.1算法原理

4.2.2算法优点

4.2.3火焰检测算法的验证

第五章软件设计

5.1编程环境及语言简介

5.2程序编制与功能介绍

5.2.1智能采集处理卡程序功能说明

5.3上位机程序设计

5.3.1上位机程序主要功能

5.3.2用户界面

5.3.3用户界面菜单功能说明

5.3.4用户界面工具条功能

5.4软件设计小结

结论

参考文献

致谢

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