CN106290562A - 基于并行处理的超声法煤粉浓度测量用数据处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于并行处理的超声法煤粉浓度测量用数据处理系统。包括主控模块和与多台磨煤机对应的多个标准测量模块；所述主控模块用于向其它模块发送控制指令并存储计算获得的煤粉浓度数据；所述标准测量模块用于同时采集每台磨煤机的超声波接收传感器的超声波信号并计算获得每台磨煤机各测点的煤粉浓度，实现并行数据处理。本发明只需一套标准信号采集模块和多台计算用专用工作站即可在满足快速数据处理的要求，能够在充分发挥其性能的同时降低了系统成本。

Description

基于并行处理的超声法煤粉浓度测量用数据处理系统

技术领域

本发明属于火电技术领域，具体涉及一种在使用超声法进行煤粉浓度测量时使用的数据处理系统。

背景技术

我国大多数燃煤电站锅炉采用直流燃烧器、切圆燃烧方式。风粉系统的运行情况对这类锅炉运行的安全性、经济性影响极大。运行中一次风管内的煤粉浓度是影响定炉内燃烧工况稳定性以及锅炉燃烧效率的重要参数，合理控制煤粉浓度，还可大幅度降低NOx的排放浓度，因此有必要对煤粉浓度进行在线监测。

使用超声法测量时，通常在被测流体的管道的两侧分别安装一个超声波发射传感器和两个超声波接收传感器，超声波发射传感器通过驱动信号源驱动从而发射出一定的波形信号，而超声波接收传感器就会把这个信号传入采集设备，因为煤粉浓度的变化会导致超声波信号会发生相应的衰减，从而可以通过对超声波信号的分析来实现煤粉浓度的测量。超声法属于非接触式测量，根据超声波在气固两相流中应固相浓度(固相流体的含量)的变化而导致其传播特性发生改变的现象可实现煤粉浓度的测量。超声波的频率在20Khz以上，为了得到较高的测量精度，往往需要使用较高的采样频率和合适的采样时间。以一台300MW、6台磨、24根煤粉管道的机组而言，每个煤粉管道2个测量数据通道，采用40KHz的超声波，采样频率设置为每秒10M采样点，采样时间0.1S，采样精度16位，则每个测量周期需要处理96M字节的测量数据，如此大的数据量给数据传输和后续数据处理带来挑战。如电厂要求24根煤粉管道的测量时间不得超过6S，这就意味着从发送超声波驱动信号，接收超声波信号后信号滤波放大，数据采集，数据传输，数据处理，测量结果显示存储和上传必须在6S内完成。这对数据的传输和处理提出了很高的要求。

目前现有的最有代表的高速数据处理系统是基于单片机和ARM的数据处理系统，由于电厂的工作环境比较复杂，电磁干扰较严重，在稳定性和数据处理能力上还无法满足要求。而如果每个测量点都配备一套信号滤波放大和数据采集和工控机，则数据处理在性能上能满足要求，但成本过高。

因此，目前现有的高速数据处理方案存在性能、稳定性和成本之间的矛盾，基于单片机和ARM的数据处理系统本身的成本较低，但是稳定性和长期运行可靠性较差，数据处理能力较弱这些现状，这就需要在每个测量点都配备独立的信号滤波放大、数据采集和工控机才能在性能上能达到最优，这样又导致成本过高，因此急需一种成本适中，稳定性和长期运行可靠性较高，数据处理能力较强的技术解决方案。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于并行处理的超声法煤粉浓度测量用数据处理系统，只需一套标准信号采集模块和多台计算用专用工作站即可在满足快速数据处理的要求，能够在充分发挥其性能的同时降低了系统成本。

为了解决上述技术问题，本发明提出一种基于并行处理的超声法煤粉浓度测量用数据处理系统，包括主控模块和与多台磨煤机对应的多个标准测量模块；所述主控模块用于向其它模块发送控制指令并存储计算获得的煤粉浓度数据；所述标准测量模块用于同时采集每台磨煤机的超声波接收传感器的超声波信号并计算获得每台磨煤机各测点的煤粉浓度，实现并行数据处理。

进一步，主控模块还包括传感器驱动通讯模块，上位机通讯模块，测量结果显示、查询和保存模块和下位机通讯模块；其中，传感器驱动通讯模块与超声波传感器信号驱动机构连接，用于主控模块向超向声波发射传感器发送驱动信号；上位机通讯模块与电厂DCS系统连接，用于主控模块将测量获得的煤粉浓度数据传送给电厂DCS系统；测量结果显示、查询和保存模块与显示器连接，测量结果显示、查询和保存模块用于保存测量获得的煤粉浓度数据，还可以将粉浓度数据测量结果送给显示器进行显示，操作人员也可以通过显示器在测量结果显示、查询和保存模块中查询测量获得的煤粉浓度数据；下位机通讯模块与标准测量模块连接，用于建立主控模块与每个标准测量模块之间的通讯。

进一步，标准测量模块包括计算控制用工作站、高速数据采集器、微弱信号放大器、和信号带通滤波器；其中，所述高速数据采集器，用于采集每台磨煤机的每个测点的超声波接收传感器的超声波信号；所述微弱信号放大器用于放大每个测点的超声波信号；所述信号带通滤波器用于消除每个测点的杂波；所述计算控制用工作站，为具有数据计算功能的服务器或电脑等，根据所述每台磨煤机的每个测点的超声波信号计算获得所述待测磨煤机各测点的煤粉浓度。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于，该系统由于只用了一套信号采集设备，包括一套带通滤波器和信号放大器，同时对对多台磨煤机的测点超声波信号进行采集，即采用并行技术通过一套信号采集设备同时对多台磨煤机的超声波信号进行并行形式的数据采集，降低了系统成本；本发明系统采用多台计算专用工作站，每台计算专用工作站分别同时承担不同磨煤机的煤粉浓度计算，实现了并行技术的数据处理，提高了数据处理速度；由于超声法测量采用了非接触式测量，不受电厂环境的影响，该系统还具有稳定性和长期运行可靠性较高的优点。

附图说明

图1是本发明所述数据处理系统组成示意图。

附图中序号说明：

1：主控模块；2：传感器驱动通讯模块；3：上位机通讯模块；4：测量结果显示、查询和保存模块；5：下位机通讯模块；6：超声波传感器信号驱动机构；7：电厂DCS系统；8：显示器；9：标准测量模块；10：计算控制用工作站；11：高速数据采集器；12：微弱信号放大器；13：信号带通滤波器。

具体实施方式

容易理解，依据本发明的技术方案，在不变更本发明的实质精神的情况下，本领域的一般技术人员可以想象出本发明基于并行处理的超声法煤粉浓度测量用数据处理系统的多种实施方式。因此，以下具体实施方式和附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限制或限定。

现已一个已知发电机组为例，已知某电厂一台300MW机组，6台磨煤机，每台磨煤机对应4个煤粉管道，每个管道对应一个煤粉浓度测点，共计24个煤粉浓度测点，超声波频率40KHz，每个测点两个接收信号通道(对应两个超声波接收传感器)，单次采样时间0.1S，采样速率10M采样点/S，16位精度，单个接收通道每次采集的数据大小为2M字节，要求24个煤粉浓度测量点测量时间不大于1秒。

如图1所示，使用本发明技术方案建立的针对上述机组的高速数据处理装置，包括：主控模块1和六个标准测量模块9，每台磨煤机对应一个标准测量模块9。其中主控模块1为装有控制程序的工控机，为了与其他部件通信，主控模块1还包括传感器驱动通讯模块2，上位机通讯模块3，测量结果显示、查询和保存模块4和下位机通讯模块5。

传感器驱动通讯模块2与超声波传感器信号驱动机构6连接，用于主控模块1向超向声波发射传感器发送驱动信号；

上位机通讯模块3与电厂DCS系统7(即分散控制系统)连接，用于主控模块1将测量获得的煤粉浓度数据传送给电厂DCS系统

测量结果显示、查询和保存模块4与显示器8连接，用于将测量结果显示在显示器8上，显示器8还可以通过模块4查询和保存数据。

测量结果显示、查询和保存模块4与显示器8连接，测量结果显示、查询和保存模块4用于保存测量获得的煤粉浓度数据，还可以将粉浓度数据测量结果送给显示在显示器8进行显示上，操作人员也可以通过显示器8在测量结果显示、查询和保存模块4中还可以通过模块4查询测量获得的煤粉浓度和保存数据；

下位机通讯模块5与标准测量模块9连接，用于建立建立主控模块1与每个标准测量模块9之间的通讯。

标准测量模块9包括计算控制用工作站10，高速数据采集器11，微弱信号放大器12，信号带通滤波器13；其中，

所述高速数据采集器11，用于采集每台磨煤机的每个测点的超声波接收传感器的超声波信号；

所述微弱信号放大器12用于放大每个测点的超声波信号；

所述信号带通滤波器13用于消除每个测点的杂波；

所述计算控制用工作站10根据所述每台磨煤机的每个测点的超声波信号计算获得所述待测磨煤机各测点的煤粉浓度；

微弱信号放大器12及信号带通滤波器13都是八通道独立配置，每个通道都有自己独立的设置参数，高速数据采集器11是八通道独立并行采集，八个通道同时采集信号，设置方式有外触发和内触发两种方式，单通道采样速率10M采样点/S，16位采样进度。

在上述机组中进行数据处理对应的工作流程如下：

流程1，主控模块1通过下位机通讯模块5向6个标准测量模块9发出启动信号，6个标准测量模块9中的计算控制用工作站10接到启动信号后，向高速数据采集器11发出参数设置和外触发待机信号，高速数据采集器11收到信号后进行参数和外触发状态设置，完毕后向计算控制用工作站10返回成功信号，计算控制用工作站10向主控模块发出启动成功信号。主控模块1收到启动成功信号后，进入后续流程。

流程2，主控模块1通过传感器驱动通讯模块2向超声波传感器信号驱动机构6发出启动信号，超声波传感器信号驱动机构6开始工作驱动超声波发送传感器产生超声波信号；超声波接收传感器将接收到的超声波信号通过6个标准测量模块9中的信号带通滤波器13和微弱信号放大器12处理后进入高速数据采集器11，高速数据采集器11数对超声波信号进行采集，并将采集的超声波数据发送给，计算控制用工作站10根据采集的超生波数据计算出每个测点的煤粉浓度，然后将煤粉浓度数据发送给主控模块1。

流程3，主控模块1接收到每个测点的煤粉浓度数据后，一路通过上位机通讯模块3将煤粉浓度数据发送到电厂DCS系统7，另一路通过结果显示、查询和保存模块4送往显示器8进行显示，同时保存数据以供查询。

重复流程2和流程3即可实现电厂24个煤粉浓度测点的在线连续测量，由于每台磨煤机都配备有一套用于采集及数据处理的标准测量模块9，而且每台磨的每个测点数据的采集及处理都是同时进行，由于采用了10M的采样设备因此每个测点的测量时间都少于1S,所以一次完整的测量时间少于1S。

Claims (3)

1.基于并行处理的超声法煤粉浓度测量用数据处理系统，其特征在于，包括主控模块以及与多台磨煤机对应的多个标准测量模块；所述主控模块用于向其它模块发送控制指令并存储计算获得的煤粉浓度数据；所述标准测量模块用于采集每台磨煤机的超声波接收传感器的超声波信号并计算获得每台磨煤机各测点的煤粉浓度。

2.如权利要求1所述基于并行处理的超声法煤粉浓度测量用数据处理系统，其特征在于，主控模块还包括传感器驱动通讯模块，上位机通讯模块，测量结果显示、查询和保存模块和下位机通讯模块；其中，传感器驱动通讯模块与超声波传感器信号驱动机构连接，用于主控模块向超向声波发射传感器发送驱动信号；上位机通讯模块与电厂DCS系统连接，用于主控模块将测量获得的煤粉浓度数据传送给电厂DCS系统；测量结果显示、查询和保存模块与显示器连接，用于保存测量获得的煤粉浓度数据，并将粉浓度数据送给显示器进行显示；下位机通讯模块与标准测量模块连接，用于建立主控模块与每个标准测量模块之间的通讯。

3.如权利要求1所述基于并行处理的超声法煤粉浓度测量用数据处理系统，其特征在于，标准测量模块包括计算控制用工作站、高速数据采集器、微弱信号放大器、和信号带通滤波器；其中，所述高速数据采集器用于采集每台磨煤机的每个测点的超声波接收传感器的超声波信号；所述微弱信号放大器用于放大每个测点的超声波信号；所述信号带通滤波器用于消除每个测点的杂波；所述计算控制用工作站根据所述每台磨煤机的每个测点的超声波信号计算获得所述待测磨煤机各测点的煤粉浓度。