張翔

摘? 要：隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，工業(yè)領(lǐng)域?qū)t內(nèi)火焰監(jiān)控高溫工業(yè)電視系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求越來(lái)越高。爐內(nèi)火焰監(jiān)控高溫工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)是一個(gè)封閉系統(tǒng)，其攝像信號(hào)可以經(jīng)過(guò)控制箱轉(zhuǎn)接到中控室，讓操作人員可以在電視上直觀地觀看整個(gè)爐內(nèi)火焰的燃燒情況。該文對(duì)爐內(nèi)火焰監(jiān)控高溫工業(yè)電視系統(tǒng)的構(gòu)成與原理、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)性能指標(biāo)與應(yīng)用評(píng)價(jià)幾個(gè)方面進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，從而為爐內(nèi)火焰監(jiān)控高溫工業(yè)電視系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及優(yōu)化提供一定參考。

關(guān)鍵詞：爐內(nèi)火焰;封閉系統(tǒng);系統(tǒng)設(shè)計(jì);硬件設(shè)計(jì);性能指標(biāo)

中圖分類(lèi)號(hào)：TN949.21? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)高溫作業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的要求越來(lái)越高。在高溫加熱過(guò)程中，高溫會(huì)對(duì)爐窖內(nèi)部的結(jié)構(gòu)、爐窖表面物質(zhì)狀況產(chǎn)生重要影響，而高溫工業(yè)電視可以利用爐內(nèi)火焰監(jiān)控高溫工業(yè)系統(tǒng)，對(duì)整個(gè)狀態(tài)的變化進(jìn)行直觀展示，可以隨時(shí)控制爐窖內(nèi)整個(gè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)前，高溫工業(yè)電視被廣泛應(yīng)用于石油加工、冶金、建材、化工等行業(yè)，可以遠(yuǎn)距離地對(duì)該爐窖的運(yùn)行狀態(tài)、燃料熔化以及火焰的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，可以大大地提升整個(gè)工業(yè)系統(tǒng)運(yùn)行的安全性，還可以改善整個(gè)系統(tǒng)的工作環(huán)境，同時(shí)也降低了工人的工作強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)調(diào)度。

1 系統(tǒng)構(gòu)成與原理

爐內(nèi)火焰監(jiān)控高溫工業(yè)系統(tǒng)主要包括電器控制箱、電源控制箱、系統(tǒng)監(jiān)視器、高溫探頭罩以及高溫針孔鏡頭、整個(gè)爐內(nèi)的冷卻系統(tǒng)等。爐內(nèi)火焰監(jiān)控高溫監(jiān)控系統(tǒng)主要包括CCD微型攝像機(jī)、監(jiān)視器以及針孔鏡頭。針孔鏡頭的主要作用就是深入高溫爐內(nèi)把整個(gè)工業(yè)過(guò)程傳至微型攝像機(jī)，然后形成全電視信號(hào)，最后中央處理器進(jìn)行處理將信號(hào)轉(zhuǎn)變成圖像，顯示在電視屏幕上。整個(gè)爐內(nèi)火焰監(jiān)控高溫工業(yè)系統(tǒng)的原理示意圖如圖1所示。

整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的核心部分是升入爐內(nèi)部的針孔探頭，整個(gè)探頭外部必須設(shè)置自動(dòng)保護(hù)裝置。一般現(xiàn)代的保護(hù)裝置主要有3種：氣源壓力過(guò)低保護(hù)、爐內(nèi)溫度過(guò)高保護(hù)、爐內(nèi)溫度過(guò)高進(jìn)行的自動(dòng)斷電保護(hù)。整個(gè)系統(tǒng)中的主機(jī)電路設(shè)置有壓力傳感器，當(dāng)系統(tǒng)中的壓力傳感器檢測(cè)到整個(gè)系統(tǒng)中的壓力低于0.3 MPa時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)部的開(kāi)關(guān)就會(huì)自動(dòng)斷開(kāi)，并且控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)反饋給主機(jī)電路中的PLC控制器，使高溫探頭可以自動(dòng)退出，這樣可以實(shí)時(shí)保護(hù)整個(gè)高溫探頭，延長(zhǎng)其使用壽命。探頭的前端有一個(gè)熱電偶溫度探頭器，該電器的作用是使用探頭對(duì)溫度進(jìn)行采樣，當(dāng)熱電偶探頭的溫度超過(guò)90 ℃時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)電路中的開(kāi)關(guān)繼電器將形成信號(hào)，將整個(gè)控制線路信號(hào)反饋給控制箱內(nèi)的PLC控制，經(jīng)系統(tǒng)自動(dòng)處理后控制探頭將會(huì)自動(dòng)退出。當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)停電現(xiàn)象時(shí)，系統(tǒng)中的主機(jī)常會(huì)關(guān)閉繼電器，將信號(hào)反饋給整個(gè)控制器，探針的探頭罩將會(huì)自動(dòng)退出。同時(shí)在爐內(nèi)會(huì)設(shè)置輔助光源，其作用是可以使加熱爐未被點(diǎn)燃或者爐內(nèi)熄火時(shí)整個(gè)爐內(nèi)部的光照強(qiáng)度大于2 Lux，這樣方便整個(gè)微攝像機(jī)可以清晰地對(duì)爐內(nèi)的工作環(huán)境以及爐內(nèi)的管線等設(shè)施進(jìn)行檢查。

2 系統(tǒng)控制主機(jī)軟件操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 基本操作步驟

控制系統(tǒng)一般有2種操作方式，手動(dòng)操作方式和自動(dòng)操作方式。一般手動(dòng)操作方式的步驟如下：首先將旋轉(zhuǎn)鈕轉(zhuǎn)至手動(dòng)擋，這時(shí)手動(dòng)擋的按鈕就會(huì)亮，接下來(lái)就是按系統(tǒng)復(fù)位按鈕，這時(shí)系統(tǒng)中的刮灰工位會(huì)變亮，槍體工位會(huì)熄滅，球閥工位也會(huì)熄滅;按下球閥開(kāi)關(guān)，整個(gè)球閥工位就會(huì)變亮，再次按球閥開(kāi)關(guān)，球閥工位就會(huì)熄滅，按下刮灰開(kāi)關(guān)，整個(gè)刮灰工位就會(huì)熄滅，同樣再按刮灰開(kāi)關(guān)，刮灰工位就會(huì)亮，按下槍體進(jìn)退開(kāi)關(guān)，整個(gè)槍體工位就會(huì)變亮，再按槍體進(jìn)退開(kāi)關(guān)，整個(gè)槍體工位就會(huì)熄滅。在手動(dòng)操作系統(tǒng)中必須注意的是當(dāng)扭至手動(dòng)后，必須按系統(tǒng)復(fù)位，否則按其他按鈕是無(wú)效的，同時(shí)只有在球閥工位亮?xí)r才可以按槍體進(jìn)退開(kāi)關(guān)，否則按后面的按鈕將會(huì)失效。

2.2 系統(tǒng)主控界面

系統(tǒng)的主控界面主要包括在線監(jiān)控下的在線監(jiān)測(cè)、設(shè)備監(jiān)控以及歷史記錄3個(gè)選項(xiàng)。同時(shí)界面上還顯示了整個(gè)爐內(nèi)監(jiān)控的實(shí)時(shí)圖像。界面上狀態(tài)區(qū)包括供電電源、攝像體位置、滑臺(tái)主軸、攝像儀狀態(tài)、滑臺(tái)狀態(tài)、伺服狀態(tài)、PLC通信狀態(tài)、刮灰狀態(tài)、爐內(nèi)實(shí)時(shí)溫度、PLC控制、球閥狀態(tài)以及整個(gè)監(jiān)控的壓力。同時(shí)整個(gè)系統(tǒng)的主控界面會(huì)顯示鏡頭的溫度1和鏡頭的溫度2、槍內(nèi)氣壓1、冷卻水壓和槍外氣壓、滑臺(tái)進(jìn)給量、鏡頭溫度上限和冷卻水壓力下限。

2.3 系統(tǒng)管理

在對(duì)整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行管理時(shí)，需要注意整個(gè)爐內(nèi)火焰監(jiān)控系統(tǒng)中的圖像采集系統(tǒng)、自動(dòng)退出裝置系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及冷卻系統(tǒng)的安全性，需要實(shí)時(shí)注意系統(tǒng)中安全性、信號(hào)變換，隨時(shí)關(guān)注系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)信息狀態(tài)。

2.4 設(shè)置查詢

整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)會(huì)顯示在系統(tǒng)的主控界面上，當(dāng)需要系統(tǒng)中的相關(guān)參數(shù)時(shí)，可以通過(guò)系統(tǒng)主控界面調(diào)出。系統(tǒng)中的相關(guān)參數(shù)由數(shù)據(jù)采集終端以及數(shù)據(jù)接收端2個(gè)部分組成。數(shù)據(jù)采集端主要是負(fù)責(zé)相關(guān)數(shù)據(jù)的采集及發(fā)送，數(shù)據(jù)接收端是負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)傳至遠(yuǎn)程控制的計(jì)算機(jī)，可以方便對(duì)整個(gè)系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置查詢。

2.5 監(jiān)控圖像

整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的圖像采集主要由攝像機(jī)、耐高溫針孔鏡頭和系統(tǒng)中的監(jiān)視器組成。由于一般攝像機(jī)對(duì)工作環(huán)境中的溫度要求比較低，無(wú)法在爐內(nèi)溫度高于1 000 ℃的環(huán)境中工作。因此需要借助耐高溫的寶藍(lán)石鏡片組成的針孔鏡頭對(duì)其進(jìn)行觀測(cè)。攝像機(jī)一般需要采用穩(wěn)定性較好的高分辨率彩色或者白色相機(jī)對(duì)爐內(nèi)進(jìn)行圖像采集。將攝像機(jī)與自動(dòng)退出裝置組合安裝在一起，將攝像機(jī)的耐高溫鏡頭送入爐內(nèi)采集圖像信號(hào)，通過(guò)同軸電纜傳送至主監(jiān)控室。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)采用嵌入式數(shù)字集成電路進(jìn)行控制，傳統(tǒng)系統(tǒng)是以PLC為核心的控制模式，而現(xiàn)代的嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)節(jié)約了成本開(kāi)銷(xiāo)，同時(shí)使整個(gè)系統(tǒng)的安裝程序變得簡(jiǎn)單，整個(gè)系統(tǒng)采用的是控制芯片組件而不是直接使用的可以編程的控制軟件，更加方便地將采集到的信號(hào)整合到整個(gè)系統(tǒng)上去。一般系統(tǒng)的硬件設(shè)施包括攝像頭控制、整個(gè)系統(tǒng)的溫度和壓力采集、探頭的斷電保護(hù)裝置。

4 性能指標(biāo)與應(yīng)用評(píng)價(jià)

將該操作系統(tǒng)應(yīng)用于高溫企業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備中，該系統(tǒng)的攝像機(jī)具有自動(dòng)退出功能，當(dāng)系統(tǒng)中的溫度過(guò)高或者壓力不足時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)地對(duì)高溫作業(yè)電視的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行報(bào)警并且退出到爐外，能夠很好地起到保護(hù)作用，并且能夠及時(shí)地讓現(xiàn)場(chǎng)的工作人員處理故障。將該系統(tǒng)應(yīng)用到該企業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程中，極大地幫助了操作人員實(shí)時(shí)地了解爐內(nèi)的工作狀況，同時(shí)能夠?qū)崟r(shí)觀測(cè)爐內(nèi)的運(yùn)行狀態(tài)，極大地降低了工作人員的工作強(qiáng)度，提高了整個(gè)企業(yè)的生產(chǎn)效率，同時(shí)也大大提升了整個(gè)設(shè)備的安全性。

參考文獻(xiàn)

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