CN102735450A - 用于评估燃烧机的运行的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于评估燃烧机的运行的系统和方法。一种用于评估包括火焰传感器的内燃机的运行的系统。该系统包括存储器装置和联接成与存储器装置通讯的处理器。存储器装置构造成存储来自火焰传感器的多个强度读数以及多个过往平均强度，其中，各个强度读数均与时间相关联，以及其中，各个过往平均强度均与过往时间间隔相关联。处理器编程成基于强度读数来计算多个当前平均强度，其中，各个当前平均强度均对应于当前时间间隔。处理器还编程成：比较各个当前平均强度和与过往时间间隔相关联的过往平均强度，以产生多个衰退速率，该过往时间间隔对应于与当前平均强度相关联的当前时间间隔；以及基于该多个衰退速率来估计预测火焰传感器故障时间。

Description

用于评估燃烧机的运行的系统和方法

技术领域

本文公开的主题大体涉及燃烧机，并且更具体而言，涉及用于评估具有火焰传感器的燃烧机的运行的系统和方法。

背景技术

至少一些已知的燃烧机(例如内燃机)包括检测紫外线(UV)辐射的一个或多个火焰传感器。在这样的机器中，较高的UV辐射指示有火焰存在，而较低的UV辐射则指示没有火焰。当火焰传感器指示没有火焰(“火焰熄灭”状况)时，燃烧机控制器可例如通过终止燃料输送来突然地停用燃烧机，以防止可燃燃料有害地堆积。

由于例如污垢和/或燃烧副产物在传感器上(例如在传感器镜头上)积聚的原因，火焰传感器的运行可随着时间的过去而退化。更具体而言，这样的材料的积聚可导致火焰传感器对UV辐射的检测欠佳。另外，当位于火焰传感器和火焰之间时，这样的材料可吸收火焰所产生的UV辐射的一部分，并且从而减少传感器所检测到的UV辐射的量。因此，火焰传感器可在火焰存在时指示没有火焰。这种错误的指示可称为假的不利结果或“伪火焰熄灭”状况。控制器可能无法区分伪火焰熄灭状况与真火焰熄灭状况。因此，控制器可突然地停用燃烧机，从而减少输出和/或使燃烧机受到不必要的磨损。

发明内容

提供这个简要描述来以简化的形式引入一组概念，在下面的详细描述中进一步描述了这些概念。这个简要描述不意图标识声明的主题的关键特征或本质特征，也不意图用来协助确定声明的主题的范围。

在一个方面，提供了一种用于评估包括火焰传感器的内燃机的运行的系统。该系统包括存储器装置和联接成与存储器装置通讯的处理器。存储器装置构造成存储来自火焰传感器的多个强度读数以及多个过往平均强度。各个强度读数均与时间相关联，而各个过往平均强度均与过往时间间隔相关联。处理器编程成基于强度读数来计算多个当前平均强度。各个当前平均强度均对应于当前时间间隔。处理器还编程成：比较各个当前平均强度和与过往时间间隔相关联的过往平均强度，以产生多个衰退速率，该过往时间间隔对应于与当前平均强度相关联的当前时间间隔；以及基于该多个衰退速率来估计预测火焰传感器故障时间。

在另一方面，提供了一种用于评估包括火焰传感器的内燃机的运行的方法。计算装置基于来自火焰传感器的一系列强度读数来计算多个当前平均强度。各个当前平均强度均对应于当前时间间隔。计算装置选择多个过往平均强度，它们中的各个均对应于在时长上等于对应于当前平均强度的当前时间间隔的过往时间间隔。计算装置基于当前平均强度和过往平均强度来计算指示强度读数随时间的变化的多个衰退速率。各个衰退速率均对应于当前时间间隔。计算装置基于该多个衰退速率来估计预测火焰传感器故障时间。

在又一方面，提供了其上包含有计算机可执行指令的一种或多种非暂时性的计算机可读存储介质。当被至少一个处理器执行时，计算机可执行指令使处理器基于来自火焰传感器的一系列强度读数来计算多个当前平均强度。各个当前平均强度均对应于当前时间间隔。计算机可执行指令还使处理器基于当前平均强度和多个过往平均强度来计算指示强度读数随时间的变化的多个衰退速率。各个衰退速率均对应于当前时间间隔。计算机可执行指令进一步使处理器基于该多个衰退速率来估计预测火焰传感器故障时间。

附图说明

通过结合附图来参照以下描述，可更好地理解本文描述的实施例。

图1是可用来监测和/或控制燃烧机的运行的一个示例性计算装置的框图；

图2是一个示例性内燃机监测系统的框图，该系统包括内燃机，以及通过网络而通讯联接的内燃机控制器和维护装置；以及

图3是可实现来评估内燃机的运行的一个示例性方法的流程图。

部件列表

105计算装置

110存储器装置

115处理器

120展示接口

125用户

130用户输入接口

135通讯接口

200系统

205内燃机

210控制器

215维护装置

220网络

225操作员

230技术员

235火焰传感器

300方法

305获取强度读数

306选择稳定运行读数

308对强度读数应用滤波器

310计算和存储当前平均强度

315选择过往平均强度

320计算衰退速率

325选择最小衰退速率

330估计故障时间

335提供故障警报和/或维护任务

337解决故障警报和/或维护任务

340选择近期强度读数

345提供低火焰强度警报

350停用内燃机

具体实施方式

本文描述的实施例提供对内燃机中的火焰的监测，并且使得能够确定火焰传感器将在实际上存在火焰时产生指示没有火焰的假的不利结果所处的时间。具体而言，在一些实施例中，计算表示检测到的火焰强度随时间而减小的多个衰退速率，并且使用最小衰退速率来估计预测火焰传感器故障时间。

本文描述的方法、系统和设备的示例性技术效果包括下者中的至少一个：(a)基于来自火焰传感器的一系列强度读数来计算多个当前平均强度，其中，各个当前平均强度均对应于当前时间间隔；(b)选择多个过往平均强度，其中，各个过往平均强度均对应于在时长上等于对应于当前平均强度的当前时间间隔的过往时间间隔；(c)通过计算装置基于当前平均强度和过往平均强度来计算指示强度读数随时间的变化的多个衰退速率，其中，各个衰退速率均对应于当前时间间隔；(d)基于该多个衰退速率来估计预测火焰传感器故障时间；(e)从一系列强度读数中选择与在当前时间的预定时长内的时间相关联的多个近期强度读数；(f)当近期强度读数在预定阈值之下时，提供低火焰强度警报；以及(g)指示火焰传感器是否有故障。

图1是可用来监测和/或控制燃烧机的运行的示例性计算装置105的框图。计算装置105包括存储器装置110和联接到存储器装置110上以执行指令的处理器115。在一些实施例中，可执行指令存储在存储器装置110中。计算装置105能够构造成通过对处理器115编程来执行本文描述的一个或多个操作。例如，可通过这样的方式来对处理器115编程，即，将操作编码成一个或多个可执行指令，以及在存储器装置110中提供可执行指令。处理器115可包括一个或多个处理单元(例如呈多核构造)。

在该示例性实施例中，存储器装置110是使得能够存储和取回诸如可执行指令和/或其它数据的信息的一个或多个装置。存储器装置110可包括一种或多种计算机可读介质，例如(无限制)，动态随机存取存储器(DRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、固态盘和/或硬盘。存储器装置110可构造成存储(无限制)火焰传感器强度读数、平均强度、衰退速率、设置参数(例如阈值和/或时长)、维护任务和/或任何其它类型的数据。在一些实施例中，处理器115基于数据的龄期从存储器装置110中移除或“清除(purge)”数据。例如，处理器115可移除与比可在其上计算平均强度的最长过往时间间隔更老的时间相关联的火焰传感器强度读数，如下面描述的那样。另外，或者备选地，处理器115可移除不指示检测到的火焰强度随时间而减小的火焰传感器强度读数。

在一些实施例中，计算装置105包括联接到处理器115上的展示接口120。展示接口120将诸如用户界面和/或警报的信息展示给用户125。例如，展示接口120可包括显示器适配器(在图1中未显示)，显示器适配器可联接到显示装置上，例如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)、有机LED(OLED)显示器和/或“电子墨水”显示器。在一些实施例中，展示接口120包括一个或多个显示装置。另外，或者备选地，展示接口120可包括音频输出装置(例如音频适配器和/或扬声器)和/或打印机。在一些实施例中，展示接口120例如通过使用人机界面(HMI)来展示与火焰传感器(在图2中显示)相关联的警报和/或维护任务。

在一些实施例中，计算装置105包括用户输入接口130。在该示例性实施例中，用户输入接口130联接到处理器115上，并且接收来自用户125的输入。用户输入接口130可包括例如键盘、点指装置、鼠标、记录笔、触摸敏感面板(例如触摸板或触摸屏)、陀螺仪、加速计、位置检测器和/或音频输入接口(例如包括话筒)。诸如触摸屏的单个构件可起展示接口120的显示装置和用户输入接口130两者的作用。

通讯接口135联接到处理器115上，并且构造成联接成与一个或多个其它装置通讯(例如传感器或另一个计算装置105)，以及执行关于这样的装置的输入和输出操作。例如，通讯接口135可包括(无限制)有线网络适配器、无线网络适配器、移动式远程通讯适配器、串行通讯适配器和/或并行通讯适配器。通讯接口135可接收来自一个或多个远程装置的数据，以及/或者将数据传输给一个或多个远程装置。例如，一个计算装置105的通讯接口135可将警报和/或维护任务传输给另一个计算装置105的通讯接口135。

展示接口120和/或通讯接口135两者均能够提供适用于本文描述的方法的信息(例如提供给用户125或另一个装置)。因此，展示接口120和通讯接口135可称为输出装置。类似地，用户输入接口130和通讯接口135能够接收适用于本文描述的方法的信息，并且可称为输入装置。

图2是可用来监测和/或操作内燃机205的示例性系统200的框图。在该示例性实施例中，系统200包括通过网络220而联接成与彼此通讯的内燃机控制器210和维护装置215。网络220可包括(无限制)互联网、局域网(LAN)、广域网(WAN)、无线LAN(WLAN)、网状网和/或虚拟专用网(VPN)。虽然在下面关于特定的计算装置105描述了某些操作，但是，构想到任何计算装置105均可执行所描述的操作中的一个或多个。例如，控制器210可执行下面的所有操作。

参照图1和2，控制器210和维护装置215是计算装置105。在该示例性实施例中，各个计算装置105通过通讯接口135而联接到网络220上。在一个备选实施例中，控制器210与维护装置215结合。

控制器210与操作员225交互(例如通过用户输入接口130和/或展示接口120)。例如，控制器210可将关于内燃机205的信息(例如警报)展示给操作员225。维护装置215与技术员230交互(例如通过用户输入接口130和/或展示接口120)。例如，维护装置215可将警报和/或维护任务展示给技术员230。

内燃机205包括一个或多个火焰传感器235。在示例性实施例中，火焰传感器235检测燃烧室(未显示)内的紫外线(UV)辐射的水平。例如，火焰传感器235可指向燃烧室中的、燃料燃烧所处的位置。火焰传感器235重复地(例如定期地、不断地和/或在接到请求之后)传输指示在当前时间在那个位置处的UV辐射的强度的强度读数。例如，火焰传感器235可产生介于指示未检测到UV辐射的最小值(例如4毫安)和指示检测到可检测的最高UV辐射量的最大值(例如20毫安)之间的电流。控制器210接收和处理强度读数，如下面关于图3所描述的那样。

图3是可实现来评估燃烧机(例如内燃机205(在图2中显示))的运行的示例性方法300的流程图。例如可使用系统200(在图2中显示)中的计算装置105中的任何一个或任何组合来实现方法300的一部分。另外，在示例性实施例中，重复地(例如定期地、不断地和/或在接到请求之后)执行方法300。

参照图2和3，在示例性实施例中，控制器210从火焰传感器235中获取305强度读数。例如，火焰传感器235可不断地传输表示当前强度读数的信号，并且控制器210可通过对信号采样来获取305强度读数。

在一些实施例中，在进行进一步的处理之前，控制器210对强度读数应用308滤波器，例如二阶低通滤波器。这种滤波器可从强度读数中移除振荡噪声。例如，当在火焰传感器235的输出中存在高频噪声时，控制器210可应用308具有大致等于振荡频率除以一百(例如在振荡频率的1％、3％或5％内)的截止频率的滤波器。在另一个实例中，当存在正弦振荡时，截止频率可大致等于振荡频率除以十。

控制器210基于强度读数来计算和存储310多个当前平均强度。各个当前平均强度均对应于当前时间间隔。存储的平均强度稍后可由控制器210用作过往平均强度，如下面描述的那样。

控制器210选择315多个过往平均强度，它们中的各个均对应于过往时间间隔，该过往时间间隔在时长上等于对应于当前平均强度的当前时间间隔。例如，如果控制器210计算310当前周强度和当前月强度，控制器210则可选择315过往周强度和过往月强度。因此，选择315过往平均强度会产生成对的对应的平均强度，各对均包括对应于相同长度的间隔的过往平均强度和当前平均强度。在示例性实施例中，对应的平均强度对应于连续的间隔。例如，当前周平均强度可对应于前七天，而过往周平均强度可对应于前七天之前的七天。

控制器210基于当前平均强度和过往平均强度来计算320指示强度读数随时间的变化的多个衰退速率。各个衰退速率均对应于当前时间间隔。在示例性实施例中，针对各对对应的平均强度来计算320衰退速率。例如，控制器210可计算320日衰退速率、周衰退速率、月衰退速率和/或年衰退速率。等式1是用于基于平均强度来确定衰退速率的函数：

$D_x=\frac{Y_x-Y_{x\_\mathrm{old}}}{T_x}$ (等式1)

在等式1中，T_x是时间间隔时长(例如一天或一周)，Y_x是对应于时长T_x的当前时间间隔的当前平均强度，而Y_{x_old}是对应于时长T_x的过往时间间隔的过往平均强度。D_x表示所指示的火焰强度在当前时长里的衰退。

在示例性实施例中，强度Y_x和Y_{x_old}表示为最大强度的百分比。等式2是用于在火焰传感器235把强度指示为介于最小值I_min和最大值I_max之间的指示电流I_indicated时计算强度百分比i的示例性函数。

$i=\frac{I_{\mathrm{indicated}}-I_{\min }}{I_{\max }-I_{\min }}\·100$ (等式2)

等式2的结果是介于零和一百之间的百分比值，百分之零表示没有检测到的UV辐射，而百分之一百则表示最大UV辐射。

另外，在示例性实施例中，等式1中的时间间隔时长以小时表示。例如，一天的时长可表示为24小时，而一周的时长则可表示为168小时。因此，衰退速率D_x可表示为每小时的强度百分比i的变化。

在示例性实施例中，控制器210从计算衰退速率中选择325最小衰退速率D。例如，如果周衰退速率为-0.1％/小时，以及月衰退速率为-0.06％/小时，控制器210则将选择325周衰退速率作为衰退速率D。选择325最小衰退速率促进提供对传感器故障的最坏情况的预测。

控制器210至少部分地基于最小衰退速率来估计330预测火焰传感器故障时间。等式3是用于估计330预测火焰传感器故障时间的示例性函数。

$T_{\mathrm{trip}}=\frac{Y_{\mathrm{trip}}-Y}{D}$ (等式3)

在等式3中，Y_trip是火焰熄灭阈值(例如20％)，而Y是来自火焰传感器235的当前指示的火焰强度。在内燃机205的运行期间，当Y小于Y_trip时，控制器210则识别到火焰熄灭状况。作为响应，控制器210对操作员225提供警报，以及/或者停用内燃机205。通过将Y_trip和Y(负的百分比值)之间的差除以衰退速率D(负的百分比值/小时)来计算预测故障时间或伪火焰熄灭时间Y_trip(正的小时数)。在示例性实施例中，Y_trip表示介于当前时间和火焰传感器235被预测会在火焰存在时指示没有火焰(例如通过指示火焰强度在火焰熄灭阈值之下)所处的时间之间的时长(相对时间)。备选地，这种时长可与当前时间相加，以确定预测火焰传感器235会有故障所处的绝对时间。

在一些实施例中，控制器210在预测火焰传感器故障时间Y_trip在当前时间的预定时长内时提供335传感器故障警报和/或维护任务。预定时长可为静态的时间量(例如120小时、160小时或200小时)、介于当前时间和与现有的维护任务相关联的任务时间之间的时间量或适用于本文描述的方法的任何其它时间量。另外，或者备选地，控制器210可展示Y_trip的值。

在一个实例中，传感器故障警报可包括传输给操作员225和/或技术员230的消息、显示给操作员225的图形通知和/或音响警报。维护任务表示修理火焰传感器235，并且可通过维护装置215对技术员230提供335维护任务。这种修理可包括例如清洁或更换火焰传感器235的至少一部分。另外，当提供335维护任务时，控制器210和/或维护装置215可结合该维护任务与现有的维护任务。例如，可标识与在预测火焰传感器故障时间之前的现有的任务时间相关联的现有的维护任务，而且新维护任务可与现有的任务时间相关联。这样的实施例通过结合可能需要停用内燃机205的工作来促进减少内燃机205的总停机时间。

故障警报和/或维护任务例如由操作员225和/或技术员230解决337。在这个解决337之后，内燃机205再次运行(例如重新启动)，并且可重复进行方法300。

在一些实施例中，不考虑与内燃机205不在稳态中运行所处的时间相关联的强度读数。例如，在一个实施例中，控制器210从获得的强度读数中选择306多个稳定运行强度读数。稳定运行强度读数中的各个均与内燃机205已经运行达至少预定时长(例如12小时、24小时或48小时)所处的时间相关联。控制器210继续基于稳定运行强度读数来计算310当前平均强度。

一些实施例促进在火焰传感器235始终指示火焰强度在低火焰强度阈值之下时通知操作员225。低火焰强度阈值可不同于火焰熄灭阈值。例如，火焰熄灭阈值可限定为10％、20％或30％，而低火焰强度阈值可限定为40％、50％或60％。在低火焰阈值之下继续的强度读数可指示火焰熄灭状况和/或火焰传感器235目前有故障(例如由于污垢或燃烧副产物积聚的原因)。在任一种情况下，操作员225都可能希望检查内燃机205和/或火焰传感器235。

在示例性实施例中，控制器210从一系列获得的强度读数中选择340多个近期强度读数。近期强度读数与在当前时间的预定时长(例如30秒、1分钟或2分钟)内的时间相关联。控制器210在所有的近期强度读数都在低火焰强度阈值之下时提供345(例如传输、显示和/或用声音发出)低火焰强度警报。可选地，控制器210可自动地停用350内燃机205。

本文提供的实施例促进自动地检测和通知燃烧机中有降低的火焰传感器性能。另外，例如通过指示火焰强度在火焰熄灭阈值之下(即使在火焰存在时)，这样的实施例使得能够自动地估计火焰传感器将出故障所处的时间。这个预测故障时间可用来安排维护任务，使得可在发生故障之前修理火焰传感器。

本文描述的方法和系统不限于本文描述的具体实施例。例如，各个系统的构件和/或各个方法的步骤可独立地以及与本文描述的其它构件和/或步骤分开来使用和/或实践。另外，各个构件和/或步骤也可用于其它设备和方法，以及/或者用其它设备和方法实践。

一些实施例包括使用一个或多个电子装置或计算装置。这样的装置典型地包括处理器或控制器，例如通用中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、微控制器、简精指令集计算机(RISC)处理器、专用集成电路(ASIC)、可编程的逻辑电路(PLC)和/或能够执行本文描述的功能的任何其它电路或处理器。可将本文描述的方法编码成包含在计算机可读介质中的可执行指令，计算机可读介质包括(无限制)存储装置和/或存储器装置。当由处理器执行时，这样的指令使处理器执行本文描述的方法的至少一部分。以上实例仅是示例性的，并且从而不意图以任何方式限制用语处理器的定义和/或含义。

本书面描述使用实例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，以及执行任何结合的方法。本发明的可授予专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这样的其它实例具有不异于权利要求的字面语言的结构元素，或者如果这样的其它实例包括与权利要求的字面语言无实质性差异的等效结构元素，则它们意图处于权利要求的范围之内。

Claims (10)

1.一种用于评估包括火焰传感器(235)的内燃机(205)的运行的系统(200)，所述系统包括：

存储器装置(110)，其构造成存储：

来自火焰传感器的多个强度读数，其中，各个强度读数均与时间相关联；以及

多个过往平均强度，其中，各个过往平均强度均与过往时间间隔相关联；以及

处理器(115)，其联接成与所述存储器装置通讯，并且编程成：

基于所述强度读数来计算(310)多个当前平均强度，其中，各个当前平均强度均对应于当前时间间隔；

比较各个当前平均强度和与过往时间间隔相关联的过往平均强度，以产生(320)多个衰退速率，所述过往时间间隔对应于与所述当前平均强度相关联的所述当前时间间隔；以及

基于所述多个衰退速率来估计(330)预测火焰传感器故障时间。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述火焰传感器(235)构造成检测内燃机(205)中的火焰，并且所述处理器(115)进一步编程成：

从所述强度读数中选择(306)多个稳定运行强度读数，其中，各个稳定运行强度读数均与所述内燃机已经运行达至少预定时长所处的时间相关联；以及

基于所述稳定运行强度读数来计算(310)所述当前平均强度。

3.根据权利要求1所述的系统(200)，其特征在于，所述处理器(115)编程成通过估计所述火焰传感器(235)将在火焰存在时指示没有火焰所处的时间来估计(330)所述预测火焰传感器故障。

4.根据权利要求1所述的系统(200)，其特征在于，所述系统(200)进一步包括构造成在所述预测火焰传感器故障时间在当前时间的预定时长内时提供(335)传感器故障警报的输出装置(120)。

5.根据权利要求1所述的系统(200)，其特征在于，所述处理器(115)进一步编程成：

从所述多个衰退速率中选择(325)最小衰退速率；以及

至少部分地基于所选择的衰退速率来估计(330)所述预测火焰传感器故障时间。

6.根据权利要求1所述的系统(200)，其特征在于，所述处理器(115)进一步编程成选择(340)与在当前时间的预定时长内的时间相关联的多个近期强度读数，所述系统进一步包括构造成在所述近期强度读数在预定阈值之下时提供低火焰强度警报的输出装置(120)。

7.根据权利要求1所述的系统(200)，其特征在于，所述处理器(115)编程成至少部分地通过计算日衰退速率和周衰退速率来计算(320)所述多个衰退速率。

8.一种或多种其上包含有计算机可执行指令的非暂时性计算机可读存储介质(110)，其中，当被至少一个处理器(115)执行时，所述计算机可执行指令使所述处理器：

基于来自火焰传感器(235)的一系列强度读数来计算(310)多个当前平均强度，其中，各个当前平均强度均对应于当前时间间隔；

基于所述当前平均强度和多个过往平均强度来计算(320)指示强度读数随时间的变化的多个衰退速率，其中，各个衰退速率均对应于当前时间间隔；以及

基于所述多个衰退速率来估计(330)预测火焰传感器故障时间。

9.根据权利要求8所述的计算机可读存储介质(110)，其特征在于，所述计算机可执行指令进一步使所述处理器(115)通过估计所述火焰传感器(235)将在火焰存在时指示没有火焰所处的时间来估计(330)所述预测火焰传感器故障。

10.根据权利要求8所述的计算机可读存储介质(110)，其特征在于，所述计算机可执行指令进一步使所述处理器(115)基于所述多个衰退速率中的最小衰退速率来估计(330)所述预测火焰传感器故障时间。

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