嵌入式火焰监测与燃烧诊断系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了嵌入式火焰监测与燃烧诊断系统，包括：一工控板，所述工控上安装有OMAP3530双核处理器，图像采集模块，DSP图像处理模块和ARM诊断模块，所述图像采集模块连接着DSP图像处理模块，DSP图像处理模块与ARM诊断模块之间进行信息交互，一远程机PC机，所述远程机PC机用来进行实时的显示诊断系统画面，方便工作人员的查看；所述ARM诊断模块通过以太网接口传输到远程PC机上。每个炉膛上都安装有这样一个监测和诊断系统，通过以太网传输到远程PC机上进行显示，可以达到实时性的要求，监测方便并且成本较低。
【专利说明】嵌入式火焰监测与燃烧诊断系统
【技术领域】
[0001]本实用新型属于光电领域，具体涉及嵌入式火焰监测与燃烧诊断系统。
【背景技术】
[0002]火电厂锅炉炉膛内的燃烧过程是复杂的物理和化学过程，火焰的温度场分布及燃烧状态对于电站锅炉的安全经济运行以及减少污染物的排放具有极其重要的现实意义。
[0003]对于燃煤锅炉而言，锅炉燃烧工况的组织和监控对电厂运行的可靠性、安全性和经济性有较大的影响。锅炉的安全运行在很大程度上取决于燃烧的稳定性，锅炉燃烧的基本要求是在炉膛内建立并维持稳定、均匀的燃烧火焰。燃烧火焰是表征燃烧状态稳定与否最直接的反映。燃烧调整不好或者燃烧不稳定会导致锅炉热效率下降，产生更多的污染物、噪声等，在极端情况下可能引起锅炉炉膛灭火，甚至诱发炉膛爆炸造成事故。为了预防潜在的危险，必须进行切实有效的燃烧诊断和火焰监测。
[0004]因此，安全、可靠的燃烧诊断技术成为锅炉安全运行的重要条件和基本要求。对于大中型锅炉配备炉膛安全监控装置，其最重要的组成部分是火焰安全监测系统。
[0005]90年代后，随着计算机图形处理技术的发展，基于工业电荷耦合器件CXD与计算机图形处理相结合的技术是炉膛火焰监测系统中较为热门的研究方向之一。目前锅炉监测系统的硬件一般采用图像采集卡加计算机的结构，这种系统主要侧重于用软件方面的设计来提高锅炉火焰监测的可靠性、安全性，但这种系统结构存在着很大的局限性:
[0006]I)图像处理过程面对的是大量的数据处理和复杂的算法实现，通用计算机来完成这些任务，实时性无法得到保证，致使大量的有用数据无法得到有效的利用。
[0007]2)计算机负担过重，PC机要承担所有的工作和其他的数据读取、存储操作，如果运行的结果还要完成网络传输和数据库等操作，系统的运行速度受到严重影响，并且此系统在现场安装不方便。
[0008]高温火焰温度场是燃烧过程极为重要的热工参数，目前主要采用光学辐射高温温度计进行测量，而这种测量方法只能炉膛局部点的测量，无法实现温度场的测量。如何实时快速地实现火焰图像的处理和温度场的计算并进一步进行燃烧诊断成为亟待解决的问题。
【发明内容】
[0009]为了克服上述现有火焰监测与诊断系统的缺点，本实用新型的目的在于提供了完全由硬件来解决的方式，每个炉膛上都安装有这样一个监测和诊断系统，通过以太网传输到远程PC机上进行显示，可以达到实时性的要求，监测方便并且成本较低。
[0010]为达到上述目的，本实用新型的技术方案如下:
[0011]嵌入式火焰监测与燃烧诊断系统，包括:
[0012]一工控板，所述工控上安装有0MAP3530双核处理器，图像采集模块，DSP图像处理模块和ARM诊断模块，
[0013]所述图像采集模块连接着DSP图像处理模块，DSP图像处理模块与ARM诊断模块之间进行信息交互，
[0014]一远程机PC机，所述远程机PC机用来进行实时的显示诊断系统画面，方便工作人员的查看；
[0015]所述ARM诊断模块通过以太网接口传输到远程PC机上。
[0016]优选的，所述图像采集模块为一数字摄像头，采集炉膛火焰的图像信息，数字摄像头上包覆有内外套管，在内外套管上设置一冷却风进口，在所述数字摄像头的镜头下次设置一冷却风出口，所述冷却风进口和冷却风出口形成一风道通道。
[0017]通过上述技术方案，本实用新型的有益效果是:
[0018]本监测系统采用0MAP3530双核处理器，不仅使数据处理能力和系统的实时性得到大幅的提升，而且还减轻了 PC的负担，同时也增强了系统的可靠性，并用ARM对锅炉的火焰进行诊断，本系统具有图像采集、图像处理、燃烧诊断、报警输出、对事故出现的图像进行追忆、自学习以及存储各种燃烧故障信息并通过模式识别算法实现故障的准确判断的功倉泛;
[0019]每个炉膛上都安装有这样一个监测和诊断系统，通过以太网传输到远程PC机上进行显示，可以达到实时性的要求，监测方便并且成本较低。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]附图1为本实用新型的总体架构。
[0022]附图2为本实用新型的集成板功能框图。
【具体实施方式】
[0023]为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。
[0024]参照图1和图2，整个系统由以下部分组成，锅炉炉膛、光学系统、基于0MAP3530的集成板以及远程PC机。
[0025]锅炉炉膛是用来进行火焰监测与诊断的对象。
[0026]光学系统作为一个辅助系统，应用于数字摄像头，辅助系统是指完成光学系统的冷却和吹扫功能的装置。
[0027]光学系统的冷却采用内外套管直接风冷的方式。冷却风由风管进入内外夹套直接冷却内管内的光学器件。由于仪表用气的风压不够高，为提高冷却效果，采用单独的冷却风机，功率为18.5kff的冷却风机效果很好。
[0028]冷却风经物镜前端的外管出口吹入炉膛，同时吹扫保护玻璃以保持其清洁。另外，吹扫风经吹扫风管引导在物镜下方形成一层气幕从而有效地防止了烟尘撞击物镜或粘于物镜上，保证了光学系统成像的质量。
[0029]冷却风经风管入内外夹套的冷却风进口，在经过内外夹套后，冷却风经冷却风出口排出。
[0030]监测系统集数字摄像头、ARM诊断模块、DSP图像处理模块以及以太网接口等为一体，并以wince为操作系统，数字摄像头采用功能丰富、高性能的具有30万像素的COMS传感器，具有耐灼伤、工作稳定可靠、图像清晰度高等优点，用来获取锅炉火焰燃烧的图像。
[0031]0AMP3530是基于ARM+DSP双核架构处理器并且内部集成wince操作系统。
[0032]DSP图像处理模块主要完成火焰图像的处理和特征量的提取。ARM诊断模块完成燃烧诊断等工作。
[0033]充分利用DSP的高速度和并行性，不仅使数据处理能力和系统的实时性得到大幅的提升，同时也增强了系统的可靠性，采用ARM诊断模块进行诊断，给用户带来了便利。以太网是次系统与PC机进行通信的接口，通过网络将诊断结果，诊断的信息、实时采集的图像以及故障图像上传到PC机中，供用户进行监视。
[0034]远程PC机用来进行实时的显示，方便工作人员的查看。
[0035]整个监测系统全部集中在以0MAP3530为核心的工控板上，包括图像采集模块，DSP图像处理模块和ARM诊断模块，所述图像采集模块连接着DSP模块，DSP与ARM之间进行交互，ARM诊断模块是由板载程序启动。
[0036]所述图像采集模块为数字摄像头，采集炉膛火焰的图像信息。
[0037]所述DSP图像处理模块是对采集到的火焰图像进行预处理、特征提取等操作，由ARM诊断模块来读取处理结果。
[0038]所述ARM诊断模块是对炉膛燃烧状况进行故障诊断，并且可以进行故障存储，并通过以太网接口传输到远程PC机上。
[0039]根据上述方法流程，具体的实施方法如下；
[0040]1、数字摄像头
[0041]一般采用模拟摄像头进行图像的采集，模拟摄像头捕捉到的视频信号必须经过特定的视频捕捉卡将模拟信号转换成数字模式，并加以压缩后才可以转换到计算机上运用。数字摄像头可以直接捕捉影像，然后直接传送到处理器中处理。
[0042]本实用新型是将数字摄像头集成到0MAP3530工控板上。
[0043]、图像采集及处理
[0044]数字摄像头以每秒15帧的速度采集火焰图像，并将其转换为视频信号，经过DSP图像处理模块获得锅炉火焰的实时图像信息，进行数字图像处理工作，读取图像的灰度值，并进行滤波、除噪声、边沿检测、图像特征量提取等处理。
[0045]I)平均灰度
[0046]平均灰度的定义为灰度的数学期望与图像中灰度级数的比值，它反映的是火焰辐射的平均光强。在图像处理过程中取一个阈值为r，设JKO为第i级灰度的概率，其中
r<i<L，L为图像灰度的最大值。Iaver代表图像的平均灰度，有:
[0047]
【权利要求】
1.嵌入式火焰监测与燃烧诊断系统，其特征在于，包括: 一工控板，所述工控上安装有0MAP3530双核处理器，图像采集模块，DSP图像处理模块和ARM诊断模块， 所述图像采集模块连接着DSP图像处理模块，DSP图像处理模块与ARM诊断模块之间进行信息交互， 一远程机PC机，所述远程机PC机用来进行实时的显示诊断系统画面，方便工作人员的查看； 所述ARM诊断模块通过以太网接口传输到远程PC机上。
2.根据权利要求1所述的嵌入式火焰监测与燃烧诊断系统，其特征在于:所述图像采集模块为一数字摄像头，采集炉膛火焰的图像信息，数字摄像头上包覆有内外套管，在内外套管上设置一冷却风进口，在所述数字摄像头的镜头下次设置一冷却风出口，所述冷却风进口和冷却风出口形成一风道通道。
【文档编号】G01J5/60GK203489237SQ201320421167
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年7月16日 优先权日:2013年7月16日
【发明者】张玉杰, 田硕, 伍莹莹, 翟楠, 郑培 申请人:陕西科技大学