一种新型的智能火焰检测器 - 文章

一种新型的智能火焰检测器

作者：哈尔滨泛微电子工程公司杨丽梅

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摘要本文介绍了一种智能型电站锅炉炉膛火焰检测器。并对该产品的特点、工作原理及技术性能指标进行了论述。
关键词 FSSS 火焰信号强度火焰信号频率燃烧工况

0 概述

FSSS锅炉炉膛安全监控系统（FURNACE SAFEGUARD SUPERVISORY SYSTEM以下称作FSSS），也称作燃烧器管理系统（BURNER MANAGEMENT SYSTEM简称BMS）它是燃烧器控制和燃料安全燃烧系统，主要由火焰检测、逻辑组件、外围设备等三大部分构成。它能在锅炉正常工作、启动和停止等运行方式下，连续监视燃烧系统的参数与状态，并且进行逻辑判断和运算。必要时发出动作指令，通过联锁装置，使燃烧设备中的有关部件按照既定的合理程序完成必要的操作或处理未遂性事故，以保证锅炉燃烧系统的安全。同时，在防止运行人员操作事故及设备故障引起锅炉炉膛爆炸方面起着重要作用。

火焰检测器是FSSS的重要组成部分。ZHJ-5型火焰检测器是我公司近几年研制并推广应用的新一代智能型电站锅炉炉膛火焰检测器。装置主芯片选用INTEL公司80C196KB-16位微处理器、PSD4-高性能单片机外围电路芯片等，以数字信号处理为基础，综合运用模糊控制技术以及高效率的编程语言，开发出一套全新的、高可靠的锅炉炉膛火焰检测算法。装置采用模块化设计，任何一块ZHJ-5火检模块均可插入公用母板的所有槽位，既可独立运行，也可以多模块协同工作。还可以和现有任何一种FSSS系统逻辑部件配合使用构成完整的FSSS系统。ZHJ-5还能够直接更换正在运行中的ZHJ-1~4各种型号火检，而FSSS的逻辑部分却不用做任何改动，为FSSS系统中的老设备更新提供良好的条件。

1 ZHJ-5型火焰检测器的特点

(1) ZHJ—5型火焰检测器可以配可见光、红外线、紫外线等各种原理火焰探头，能实时准确地完成各种电站或工业锅炉的火焰检测任务。它不仅适用于四角切线燃烧型锅炉的球形火焰，而且也适用于前后墙对冲燃烧型锅炉的L形火焰及W火焰的检测。它可以和现有任何一种FSSS系统逻辑部件配合使用构成完整的FSSS系统。它可以直接更换正在运行中的ZHJ－1～4各种型号火检，而FSSS的逻辑部分不用做任何改动，为FSSS系统中的老设备更新提供良好的条件。

(2) 置主芯片选用Intel公司80C196KB—16位微处理器、PSD4—高性能单片机外围电路芯片等,本系统与其它同类数字型火检产品相比,具有集成度高、处理速度快、抗干扰能力强等优点。

(3) 装置采用模块化设计，任何一块ZHJ—5火检模块均可插入公用母板的所有槽位，即可独立运行，也可以多模块协同工作。

(4) 以数字信号处理为基础，综合运用模糊控制技术，以及高效率的编程语言，开发出了一套全新的、高可靠的锅炉炉膛火焰检测算法。

(5) 装置的火焰检测算法具有实时性强，抗干扰水平高等特点。还可根据不同的燃烧情况，运用模糊逻辑理论，由程序自动完成各判别门限的调整和设定，以增强装置对各种火焰的鉴别力，即装置具有自适应能力。

(6) 装置具有火焰波形的记忆存贮功能。若检测出燃烧器或炉膛无火，装置即可自动将锅炉灭火时刻前后5分钟的火焰燃烧信息存入非易失区内，以便分析事故原因。

(7) 装置可改为连续采集模式并通过串行通信(RS232或485口)将火焰数据实时送往FSSS上位系统或DCS系统，供运行管理人员监测和事故分析用。

(8) 装置具有完善的自检功能，能及时准确地以各种形式报告装置的故障状态。

(9) 装置具有优异的人机界面和完备的输入输出接口。

(10) 火检模块采用光电隔离、屏蔽等措施。故装置具有良好的电磁兼容性和较高的抗干扰能力。

2 ZHJ-5型火焰检测器的构成及工作原理

2.1 装置的构成

化设计，模块的接插件插拔灵活，接触可靠，互换性好。ZHJ-5型火焰检测器主要由火焰检测模块和电源模块组成。一个机箱火检最多可插入8块可独立运行的火检模块、一块电源模块。

2.2 工作原理

2.2.1 炉膛火焰特征和检测原理

火焰给人眼的直觉是亮度和火焰根部亮度的低频闪烁，根据理论分析和试验验证，可以把火焰燃烧分为初始燃烧区，高温区和燃尽区，在燃料燃烧的初始燃烧区存在光波内闪或脉动，其频率与燃料种类有关，应用光电转换器件及相应检测电路可以检测其频率或脉动分量。燃烧越炽热，亮度和频率越高，燃烧不稳定亮度减低，火焰熄灭，频率是零。根据此原理，在初始燃烧区，可以根据火焰闪烁频率作为判定燃烧器是否正常工作的判据，而在火焰燃烧高温区和燃尽区应以火焰的亮度温度为燃烧情况的主要判据，因为在这一区域内火焰的脉动分量很小。

本装置的火焰检测算法的主导思想是在正常单一燃料燃烧工况下采取直接从A／D变换得到的数字量中提取火焰信号强度(即亮度)分量和频率分量，并同时计算出火焰燃烧品质，保证了火焰检测器工作的实时性及判断的准确性。对于同时存在多燃料参与燃烧的复杂燃烧工况，我们采取将数字化后的火焰信号进行傅立叶变换，然后在频域中对燃烧的火焰信号进行处理，进而给出火焰的强度及频率分量值，从而实现单燃烧器或多燃烧器的区分和火焰鉴别。

2.2.2 火焰检测电路的工作原理

火检信号处理模块及其功能框图如下图所示。与火检探头电路配合，共同完成燃烧器或炉膛火焰信号的检测、处理和判别，为FSSS逻辑系统提供各种燃烧工况信号和火焰燃烧数据信息。

光电检测探头将火焰信号转换成电流信号送到火焰检测器信号处理模块，火检电路首先将此模拟火焰信号进行A／D变换，变成数字信号传递到计算机电路进行数字信号处理和检测，然后将火焰信号的处理结果送存贮器保存。同时通过棒图和四位笔画段数码显示器及指示灯显示炉膛火焰燃烧工况。必要时还可通过R3232或485串行通信口或4—20mA电流环将锅炉的燃烧工况，炉膛火焰燃烧数据送上位机系统显示、监测和存贮。
当用火焰检测程序判断炉膛无火时，则装置一方面驱动火焰消失继电器动作，发送炉膛或燃烧器无火信号给FSSS逻辑电路，另一方面通过串行通讯功能将故障信息直接送至FSSS或DCS上位机系统。

附图火焰检测电路功能框图

3 主要技术要求

(1) 交流额定电源电压： 220VAC 允许波动范围：±20%
(2) 额定功率消耗 ≤35W
(3) 传感器工作波长
可见光 300nm—760nm
红外光　770nm－3200nm
紫外光　200nm－400nm
(4) 微处理器 Intel公司N80C196KB(12MHz)
(5) A／D变换器 10位采样速率2000Hz
(6) 输出方式
① 常开触点容量－5A　250VAC
②　4位笔画段数码显示
③　41线LED棒图显示
④　RS232或RS485串行通讯口
⑤　4－20mA电流环
(7) 每箱模块数量
A 电源模块—1块
B 火焰检测处理模块—1～8块可选
(8) 环境温度
A 火焰处理装置 40oC以下保证指标50oC以下保证工作
B 火检探头 ≤55oC
(9) 探头冷却风
要求风源洁净，探头处风压大于200毫米水柱，每个探头风量大于1.45立方米／每分钟。
　
4 调试与使用方法

4.1 一般性检查

开箱后，首先进行装置和各模件板的外观检查，查看有无损坏和是否影响机器正常工作。其次，应检查元器件有无脱落和断线等。最后，按随机备品清单检查备品备件是否齐全。将电源插件面板上电源开关置于OFF位置，按箱后端子排图连接交流220V电源线。

4.2 电源电路功能检查

将“POWER”即电源插件面板上POWER指示框内电源开关置在“ON”，即接通位置。如无异常，POWER指示框内所有指示灯应全亮，反之，关机检查开关电源内部配线是否正确。

4.3 火焰检测信号处理模块功能检查

上电后，模块进入自检状态，由“DISPLAY”指示框内的4位笔画段数码显示，显示有关自检信息，如有问题，则装置发“故障”信号，通知运行人员处理。如自检正常,程序自动依次点亮火焰强度棒图显示器和各LED显示器，然后熄灭。程序进入运行状态，4位笔画段数码显示器开始轮流显示信号处理模块所采集和提取的炉膛火焰信息。

4.4 电源模块

正常运行时，POWER指示框内的四个绿色指示灯处于点亮状态。

4.5 信号处理模块

正常工况下，4位笔画段数码显示器轮流显示“F”——火焰闪烁频率值，“I”—火焰强度百分数，“Q”—火焰品质百分数值，“D”—火焰瞬时采样值。火焰强度棒图应有显示，绿色的“频率允许”，“强度允许”及“火焰品质”灯应亮，故障灯应灭，“火焰”灯应亮绿色。

异常工况下，如为装置故障，则“故障”灯亮，同时四位数码显示器显示，具体故障信息，如为锅炉无火，则“火焰”灯亮红色，“强度允许”灯可亮可灭。“频率允许”及“品质”灯应灭。

火焰检测(Firescan)信号处理安装板上有一个“运行”和“调试”切换开关WP，如WP拨在“RUN”即运行位置，模块在运行时将不响应任何键盘输入。如WP拨在“DERUG”即调试状态，除火焰检测程序应正常运行外，装置还应响应键盘中断，以便进行必要的定值修改及整机电路性能检查和调试等。装置调试合格后，建议WP的位置应拨在“RUN”位置。

通道静态值调整，锅炉在停炉状态，采用可见光原理探头时，本机1.0强度值应为20%左右，如不合格可按如下方法调整实现通道静态值微调。

a 在DEBUG调试状态下，按“Enter”键进入调试程序。
b 用“UP”或“DOWN”键改变通道数据放大器增益，可实现通道静态值调整。
c 数值合格后，按“Enter”键将修改后，放大器增益值存入非易失器件中，程序自动回到DEBUG状态。

定值调整，“DEBUG”状态下，按“SET”键进入定值调整程序。本机非易失区中，共存有3组定值，分别对应锅炉起炉、开始燃烧和稳烧三种工况，检测程序在运行时根据所判断锅炉运行工况，运行模糊逻辑理论，自动改变检测门限，以提高检测可靠性。

5 结束语

当前，随着微机技术的发展，电站自动化产品必将逐步向高科技、高精度、高智能方向发展。微机产品由于具有维护调试方便、可靠性高、系统灵活性大以及具有一定的人工智能等特点，所以，采用微机技术来提高产品的性能已成了自动化产品发展的必然趋势。今后，微机产品必将逐步取代现有的各种老式设备，我们应该相信，在不久的将来必然是微机产品的天下。

【参考文献】
《FSSS锅炉炉膛安全监控系统》哈尔滨泛微电子工程公司(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (8/21/2005)


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