CN104864411B - 一种层燃锅炉熄灭界限的智能检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种层燃锅炉熄灭界限的智能检测系统。该系统包括层燃锅炉图像采集子系统、熄灭界限校准子系统，以及图像处理子系统。首先，该系统通过一套带有制冷装置的实时视频系统获取层燃锅炉的动态燃烧图像信息，然后通过熄灭界限校准子系统消除成像系统产生的图像误差以及校准广角视频摄影头的鱼眼效应，最后通过视屏图像处理子系统得到准确的层燃锅炉熄灭界限数据。该发明不仅最终熄灭界限数据准确，而且校准原理简单、计算量小。最终的熄灭界限数据又可以标准OPC协议向外发布，供第三方开发应用。

Description

一种层燃锅炉熄灭界限的智能检测系统

技术领域

本发明涉及一种层燃锅炉熄灭界限的智能检测系统。

背景技术

近些年来，随着我国工业水平和生活水平的发展和规模的不断扩大，锅炉的使用也越发广泛。然而，由于原材料资源的日益减少，其价格也日趋走高。与此同时，我国对工业和日常生活低碳环保的要求也越来越苛严。最关键的是，目前锅炉在控制燃烧灭火界限方面很大一部分还是依靠人工经验进行监控。对于燃烧灭火界限如果存在误差，若灭火过早则会存在燃烧不充分，浪费资源的情况；若灭火太迟则会使炉渣温度过高，不仅会损害锅炉末端设备，而且进入冷却系统后产生大量酸性气体。因此，当前对炉膛内燃料是否充分利用，如何减小燃烧过程对炉膛硬件损坏等方面的自动化生产程度一直没有得到很好的普及。

如果要在燃烧灭火界限实现自动化监测，需要使用摄像头进行实时观测。为了获得较宽的炉膛成像区域，一般选用广角镜头。但是广角镜头的弊端在于：存在一定程度的曲面成像变形，简称鱼眼效应。变形后的画面如果不经过校正将直接影响到熄灭点监测的精度。

发明内容

本发明所要解决的主要技术问题是提供一种层燃锅炉熄灭界限的智能检测系统，能够有效避免广角镜头带来鱼眼效应所造成的测量不准确的现象。实现对熄灭点的精确测量，同时，校准过程简单，计算量小。

为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种层燃锅炉熄灭界限的智能检测系统，包括图像采集子系统、熄灭界限校准子系统、图像处理子系统以及上位机；

所述图像采集子系统采集层燃锅炉内的实时图像；

所述熄灭界限校准子系统包括：微控制器、步进电机、线状激光发生器、倾角传感器模块和激光测距模块；所述微控制器接收所述上位机发送的扫描指令后，产生脉冲和方向信号，控制所述步进电机旋转的速度、方向和角位移量，从而控制所述线状激光发生器转动；所述线状激光发生器每旋转一次就在炉排上形成一条垂直于炉壁的基准线，从而形成栅状的基准线组，所述步进电机归零时对应的基准线为零位基准线；所述激光测距模块从A点发射激光至基准线上的任一点B，从而测得AB间的距离l₁；将l₁投影到炉壁面上得到l₂；再将l₂投影到炉排面上；所述倾角传感器模块测量l₁与l₂之间的夹角α、l₂与其投影到炉排面上的投影轨迹线之间的夹角β；

所述上位机根据熄灭界限校准子系统所采集的l₁、l₂、α、β计算B点所在的基准线与零位基准线之间的距离l₃；计算公式为l₃＝sinαcosβl₁；进而得到每条基准线与炉排末端渣槽的实际距离，并将该实际距离的数据储存于数据库中，待线状激光发生器扫描完成后，即可得到炉排面栅线坐标图；

所述图像处理子系统根据图像采集子系统采集的层燃锅炉内的实时图像拟合出熄灭点边缘曲线，并将边缘曲线上的每一点与所述坐标图进行比对，得到所述熄灭点边缘曲线上每一点与炉排末端渣槽的距离。

在一较佳实施例中：所述图像处理子系统的处理流程为:当图像处理子系统接收到图像采集子系统采集的层燃锅炉内的实时图像后，首先进行预处理，而后构造基于差分算子的边缘检测，表示出数字图像中亮度变化明显的点；然后在此基础之上进行边缘搜索操作，拟合出一条熄灭点的边缘曲线。

在一较佳实施例中：所述步进电机与蜗轮蜗杆减速器连接来控制步进电子的转动角度，进而控制栅线的间隔，从而提高测量精度。

在一较佳实施例中：所述预处理包括图像的去噪与直方图均衡化操作。

在一较佳实施例中：所述熄灭界限校准子系统在层燃锅炉燃烧前进行炉排面栅线坐标图的计算。

在一较佳实施例中：所述熄灭界限校准子系统在层燃锅炉燃烧过程中进行炉排面栅线坐标图的计算；此时图像采集子系统采集的为带有基准线组与火焰共存的图像。

在一较佳实施例中：所述熄灭界限校准子系统还包括温度传感器模块和蜂鸣器，所述温度传感器模块检测当前炉膛内的温度并发送回所述微控制器，若当前温度高于温度阈值，则微控制器控制蜂鸣器报警。

在一较佳实施例中：所述上位机和微控制器之间通过网络通讯模块传输数据。

在一较佳实施例中：图像采集子系统包括采集摄像头和制冷装置。

在一较佳实施例中：所述制冷装置采用环形制冷风路设计。

相较于现有技术，本发明的技术方案具备以下有益效果：

1.本发明提供的一种层燃锅炉熄灭界限的智能检测系统，通过线状激光发生器在炉排上形成栅线，同时使用激光测距模块和倾角发生器模块进行相关测量后，即可通过几何运算得出每条基准线与炉排末端渣槽的距离。将图像采集子系统采集的实时画面通过图像处理子系统处理后，可以拟合出熄灭点的边缘曲线，将边缘曲线上的每一点与基准线进行比对后，即可得到熄灭点的边缘曲线上每一点与炉排末端渣槽的实际距离。不受鱼眼效应的影响。并且计算原理简单、计算量小。

2.本发明提供的一种层燃锅炉熄灭界限的智能检测系统，图像处理子系统采用差分算法识别熄灭点边界，准确度高运算量小。此外，图像处理子系统对图像采集子系统采集的图像进行去噪和直方图均衡化的预处理，大大提高了熄灭点识别的精确度。

3.本发明提供的一种层燃锅炉熄灭界限的智能检测系统，只需生成一次栅状坐标，得到每条基准线与炉排末端渣槽距离数据后，即可使用。可以广泛应用在各种锅炉里。

4.本发明提供的一种层燃锅炉熄灭界限的智能检测系统，熄灭界限校准子系统可以在锅炉燃烧之前就完成对炉排面栅线坐标图的计算；也可以在锅炉燃烧后再进行对炉排栅线坐标图的计算，此时图像处理和界限校准同时进行，因此熄灭点的边缘曲线和基准线组同时存在于图像中，避免了不稳定因素产生的图像误差，更加方便边缘曲线与基准线组的比对。

5.本发明提供的一种层燃锅炉熄灭界限的智能检测系统，最终获得的熄灭界限数据又可以标准OPC协议向外发布，供第三方开发应用。

附图说明

图1为本发明优选实施例中熄灭界限校准子系统的系统方框图；

图2为本发明优选实施例中熄灭界限校准子系统的校准原理图；

图3为本发明优选实施例中图像处理子系统的工作流程图；

图4为本发明优选实施例中熄灭点边界与炉排末端渣槽的距离曲线图。

具体实施方式

下文结合附图和具体实施方式，对本发明做进一步说明。

一种层燃锅炉熄灭界限的智能检测系统，包括图像采集子系统、熄灭界限校准子系统、图像处理子系统以及上位机11；

所述图像采集子系统采集层燃锅炉内的实时图像；

参考图2-3所述熄灭界限校准子系统包括：微控制器1、步进电机4、线状激光发生器6、倾角传感器模块7和激光测距模块8；所述微控制器1接收所述上位机11发送的扫描指令后，产生脉冲和方向信号，控制所述步进电机4旋转的速度、方向和角位移量，从而控制所述线状激光发生器6转动；所述线状激光发生器6每旋转一次就在炉排上形成一条垂直于炉壁的基准线，从而形成栅格状的基准线组，所述步进电机4归零时对应的基准线为零位基准线；所述激光测距模块8从A点发射激光至基准线上的任一点B，从而测得AB间的距离l₁；将l₁投影到炉壁面上得到l₂；再将l₂投影到炉排面上；所述倾角传感器模块7测量l₁与l₂之间的夹角α、l₂与其投影到炉排面上的投影轨迹线之间的夹角β；

所述上位机11根据熄灭界限校准子系统所采集的l₁、l₂、α、β计算B点所在的基准线与零位基准线之间的距离l₃；计算公式为l₃＝sinαcosβl₁；进而得到每条基准线与炉排末端渣槽的实际距离，并将该实际距离的数据储存于数据库中，待线状激光发生器扫描完成后，即可得到炉排面栅线坐标图；

所述熄灭界限校准子系统还包括温度传感器模块9和蜂鸣器3，所述温度传感器模块9检测当前炉膛内的温度并发送回所述微控制器1，若当前温度高于温度阈值，则微控制器1控制蜂鸣器3报警。

所述图像处理子系统根据图像采集子系统采集的层燃锅炉内的实时图像拟合出熄灭点边缘曲线，并将边缘曲线上的每一点与所述坐标图进行比对，得到所述熄灭点边缘曲线上每一点与炉排末端渣槽的距离。

进一步参考图3，所述图像处理子系统的处理流程为:当图像处理子系统接收到图像采集子系统采集的层燃锅炉内的实时图像后，首先进行预处理，所述预处理包括图像的去噪与直方图均衡化操作。而后构造基于差分算子的边缘检测，表示出数字图像中亮度变化明显的点；然后在此基础之上进行边缘搜索操作，拟合出一条熄灭点的边缘曲线，并将边缘曲线上的每一点与所述坐标图进行比对，得到所述熄灭点边缘曲线上每一点与炉排末端渣槽的距离，如图4所示。图像处理子系统采用差分算法识别熄灭点边界，准确度高运算量小。此外，图像处理子系统对图像采集子系统采集的图像进行去噪和直方图均衡化的预处理，大大提高了熄灭点识别的精确度。

当炉膛内部工况比较稳定时，可以在锅炉燃烧前就使用熄灭界限校准子系统进行一次性坐标标定，并将获得的炉排面栅线坐标储存于上位机中，图像采集子系统拍摄好火焰动态画面后，图像处理系统进行图像处理，确定火焰熄灭曲线进而确定熄灭曲线上的每个点与炉排末端渣槽的实际距离。

当炉膛内部工况不稳定或出现图像采集子系统抖动时，熄灭界限校准子系统和图像采集子系统可同步进行，此时图像采集子系统抓拍到的将是基准线组与火焰在一起的画面。此时，火焰熄灭界线的位置信息可以直接由当前的光栅坐标标定中读取。这样做，可以避免因一些不定因素产生的图像误差，使火焰位置信息更加精准。

本实施例提供的一种层燃锅炉熄灭界限的智能检测系统，最终获得的熄灭界限数据又以标准OPC协议向外发布，供第三方开发应用。

本实施例还包括如下优选设计：

步进电机与蜗轮蜗杆减速器连接，通过蜗轮蜗杆减速器来调整步进电机的转动角位移，从而提高了基准线的密度，进而增加了测量精度。

所述熄灭界限校准子系统还包括电源模块2,、指示灯5和网络通讯模块10，所述微控制器通知网络通讯模块10与上位机11完成数据传输。

图像采集子系统包括采集摄像头和制冷装置，所述制冷装置采用环形制冷风路设计对采集摄像头进行制冷，使得采集摄像头在高温的炉膛内部依然可以正常工作。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种层燃锅炉熄灭界限的智能检测系统，包括图像采集子系统、熄灭界限校准子系统、图像处理子系统以及上位机；

所述图像采集子系统采集层燃锅炉内的实时图像；

所述熄灭界限校准子系统包括：微控制器、步进电机、线状激光发生器、倾角传感器模块和激光测距模块；所述微控制器接收所述上位机发送的扫描指令后，产生脉冲和方向信号，控制所述步进电机旋转的速度、方向和角位移量，从而控制所述线状激光发生器转动；所述线状激光发生器每旋转一次就在炉排上形成一条垂直于炉壁的基准线，从而形成栅状的基准线组，所述步进电机归零时对应的基准线为零位基准线；所述激光测距模块从A点发射激光至基准线上的任一点B，从而测得AB间的距离l₁；将l₁投影到炉壁面上得到l₂；再将l₂投影到炉排面上；所述倾角传感器模块测量l₁与l₂之间的夹角α、l₂与其投影到炉排面上的投影轨迹线之间的夹角β；

所述上位机根据熄灭界限校准子系统所采集的l₁、l₂、α、β计算B点所在的基准线与零位基准线之间的距离l₃；计算公式为l₃＝sinαcosβl₁；进而得到每条基准线与炉排末端渣槽的实际距离，并将该实际距离的数据储存于数据库中，待线状激光发生器扫描完成后，即可得到炉排面栅线坐标图；

所述图像处理子系统根据图像采集子系统采集的层燃锅炉内的实时图像拟合出熄灭点边缘曲线，并将边缘曲线上的每一点与所述坐标图进行比对，得到所述熄灭点边缘曲线上每一点与炉排末端渣槽的距离。

2.根据权利要求1所述的一种层燃锅炉熄灭界限的智能检测系统，其特征在于：所述图像处理子系统的处理流程为:当图像处理子系统接收到图像采集子系统采集的层燃锅炉内的实时图像后，首先进行预处理，而后构造基于差分算子的边缘检测，表示出数字图像中亮度变化明显的点；然后在此基础之上进行边缘搜索操作，拟合出一条熄灭点的边缘曲线。

3.根据权利要求1所述的一种层燃锅炉熄灭界限的智能检测系统，其特征在于：所述步进电机与蜗轮蜗杆减速器连接来控制步进电子的转动角度，进而控制栅线的间隔，从而提高测量精度。

4.根据权利要求2所述的一种层燃锅炉熄灭界限的智能检测系统，其特征在于：所述预处理包括图像的去噪与直方图均衡化操作。

5.根据权利要求1所述的一种层燃锅炉熄灭界限的智能检测系统，其特征在于：所述熄灭界限校准子系统在层燃锅炉燃烧前进行炉排面栅线坐标图的计算。

6.根据权利要求1所述的一种层燃锅炉熄灭界限的智能检测系统，其特征在于：所述熄灭界限校准子系统在层燃锅炉燃烧过程中进行炉排面栅线坐标图的计算；此时图像采集子系统采集的为带有基准线组与火焰共存的图像。

7.根据权利要求1所述的一种层燃锅炉熄灭界限的智能检测系统，其特征在于：所述熄灭界限校准子系统还包括温度传感器模块和蜂鸣器，所述温度传感器模块检测当前炉膛内的温度并发送回所述微控制器，若当前温度高于温度阈值，则微控制器控制蜂鸣器报警。

8.根据权利要求1所述的一种层燃锅炉熄灭界限的智能检测系统，其特征在于：所述上位机和微控制器之间通过网络通讯模块传输数据。

9.根据权利要求1所述的一种层燃锅炉熄灭界限的智能检测系统，其特征在于：图像采集子系统包括采集摄像头和制冷装置。

10.根据权利要求9所述的一种层燃锅炉熄灭界限的智能检测系统，其特征在于：所述制冷装置采用环形制冷风路设计。