CN108364033A - 基于图像远程分类的秸秆燃烧发电过程燃料热值在线计量装置 - Google Patents

基于图像远程分类的秸秆燃烧发电过程燃料热值在线计量装置 Download PDF

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何德峰
郑雅宇
李廉明
余世明
朱威
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Abstract

一种基于图像远程分类的秸秆燃烧发电过程燃料热值在线计量装置，包括工业摄像机、含水率检测仪、PC工作站和远程服务器，所述PC工作站和远程服务器均与所述工业互联通信网络连接，所述工业互联通信网络通过网关分别与工业摄像机、含水率检测仪连接；通过工业摄像机在线识别秸秆燃料的种类，通过含水率检测仪在线测量秸秆燃料的含水率，然后PC工作站读取服务器中对应秸秆燃料的成分组成和组分的热值，采用秸秆热值计算公式计量秸秆燃料的热值。本发明提供了一种实时性较好的基于图像远程分类的秸秆燃烧发电过程燃料热值在线计量装置。

Description

基于图像远程分类的秸秆燃烧发电过程燃料热值在线计量 装置
技术领域
本发明属于秸秆燃烧发电过程自动控制领域，涉及一种基于图像远程分类的秸秆燃烧发电过程燃料热值在线计量装置。
背景技术
秸秆可以替代煤炭、石油和天然气等矿物质燃料产生电力，不仅减少人类对矿物能源的依赖，保护国家能源资源，而且通过严格控制秸秆的高效燃烧将有效降低我国PM2.5浓度，实现减轻能源消费给环境造成的污染。目前欧美国家建立了较为完善的秸秆类农业废弃物燃烧发电厂，证明秸秆直燃发电具有显著的能源效益和环境效益，而且回收废弃秸秆增加了农民收入，从经济上保证农民不再乱烧秸秆，目前秸秆燃烧技术在我国发展十分迅速。但不同于煤炭、石油和天然气等矿物质燃料，不同品种和产地的秸秆具有不同固定碳、挥发份、水分、灰分等成分比例，加上回收时预处理手段和当地气候的影响，造成了秸秆燃料品质的差异很大。由于秸秆燃料品质的变化，导致燃料单位质量秸秆的发热量也随之发生改变，这给秸秆发电过程的循环流化床锅炉燃烧效率控制和发电过程控制造成了不利的影响。因此，在实际秸秆燃烧发电过程中，为了更好的控制秸秆循环流化床锅炉燃烧效率，提高秸秆燃料的发电量和发电安全性，需要对送入循环流化床锅炉燃烧发电的秸秆燃料进行热值计量操作，并将计量结果及时反馈给秸秆燃烧发电过程控制系统。通过对现有秸秆燃烧发电过程燃料热值计量方法和装置的文献的检索发现，目前秸秆燃烧发电过程燃料热值计量方法仍然采用化学检验方法为主，在秸秆燃料购买后进厂入库时取样，然后烘干秸秆燃料样本，收集蒸发的水蒸气，得到秸秆燃料的含水率，再燃烧烘干的秸秆燃料样本，结合用化学试剂测定的成分组成，建立样本绝干料的热值，进而计量本批次秸秆燃料的热值，而将仓库中的秸秆燃料送往循环流化床锅炉燃烧发电前，工作人员采用手持式含水率仪定点人工取样测量秸秆燃料的热值，由于秸秆燃料的库存量通常很大，而且存放周期也较长，因此即使是同一批次秸秆燃料，经过长时间存放后，它们的燃烧热值都将发生很大的改变和不同，但目前这些方法和装置不能实现燃烧发电的所有秸秆燃料的热值的在线计量，而且操作周期长，应用过程复杂，计量实效性低，远远不能满足现代秸秆燃烧发电过程的高品质燃烧控制要求。因此，近年来相关学者对于这个具有挑战性的重要难题仍然进行了大量地研究和探讨，以满足现代秸秆燃烧发电过程对秸秆燃料热值的在线实时计量的迫切需要。
发明内容
为了解决现有技术中存在的无法在线实时计量秸秆燃烧发电过程的秸秆燃料热值的不足，本发明提供了一种实时性较好的基于图像远程分类的秸秆燃烧发电过程燃料热值在线计量装置。
为了解决上述技术问题，本发明采用以下的技术方案：
一种基于图像远程分类的秸秆燃烧发电过程燃料热值在线计量装置，包括工业摄像机、含水率检测仪、PC工作站和远程服务器，所述PC工作站和远程服务器均与所述工业互联通信网络连接，所述工业互联通信网络通过网关分别与工业摄像机、含水率检测仪连接；
通过工业摄像机在线识别秸秆燃料的种类，通过含水率检测仪在线测量秸秆燃料的含水率，然后PC工作站读取服务器中对应秸秆燃料的成分组成和组分的热值，采用秸秆热值计算公式计量秸秆燃料的热值，热值计算公式参见式(1)：
Q＝q(1-0.01w)-a1w (1)
其中，Q表示秸秆燃料的热值，单位J/kg；w表示秸秆燃料的含水率，单位％；q表示秸秆燃料的决干料的热值，单位J/kg，计算参见式(2)：
q＝a1qC+a2qH+a3qS+a4qN-a5qO (2)
其中，qC、qH、qS、qN和qO分别表示秸秆燃料中碳、氢、硫、氮和氧的质量含量，单位％；系数a1、a2、a3、a4和a5分别表示对应秸秆燃料中对应成分的单位质量的热值，单位J/kg，绝干料的组成成分质量含量和对应系数存储在远程服务器中。
进一步，在定时模式下，当设定时间到时，PC工作站对工业摄像机发出远程拍照指令，对含水率检测仪发送远程水分测量指令，根据燃料秸秆的分类结果，远程读取服务器中对应燃料秸秆种类的热值计算公式参数qC、qH、qS、qN、qO和公式系数a1、a2、a3、a4、a5，再根据热值计算公式(1)和(2)在线计算秸秆燃烧发电过程秸秆燃料热值。
或者是：在周期模式，达到工作时间，则PC工作站自动对工业摄像机发送远程拍照指令，对含水率检测仪发送远程水分测量指令，根据燃料秸秆的分类结果，远程读取服务器中对应燃料秸秆种类的热值计算公式参数qC、qH、qS、qN、qO和公式系数a1、a2、a3、a4、a5，再根据热值计算公式(1)和(2)在线计算秸秆燃烧发电过程燃料热值，达到待机时间，则自动停止PC工作站对工业摄像机和含水率检测仪发送远程工作指令，从而按设定周期周而复始的运行。
更进一步，所述工业摄像机采用图像分类算法为方向梯度直方分布图法、支持向量机特征值法、反向传播神经网络特征值法、模糊聚类特征值法或深度卷积神经网络模型。
再进一步，所述工业互联通信网络的总线为CAN总线、RS-485、Profibus或工业以太网总线。
本发明中，所述秸秆燃烧发电过程燃料热值在线计量装置具有燃料热值实时计量、人机接口和通信接口，通信接口与远程服务器连接通信，PC工作站在线计量秸秆燃烧发电过程秸秆燃料的热值。
本发明的有益效果为：不仅具有秸秆燃料分类功能，更重要的是具有秸秆燃料热值在线计量功能，可根据实际需要增加秸秆燃料的分类总数，可实现秸秆燃烧发电过程燃料热值在连续、定时及周期等多种工作模式下的在线计量运行，为秸秆燃烧发电过程燃料量的在线自动调整控制提供参考依据。
附图说明
图1为基于图像远程分类的秸秆燃烧发电过程燃料热值在线计量装置的组成结构图，其中，1为秸秆燃料，2为输送带。
具体实施方式
下面结合附图对本发明装置作进一步详细说明。
参照图1，一种基于图像远程分类的秸秆燃烧发电过程燃料热值在线计量装置，以工业摄像机和燃料热值计算公式为核心，具有人机接口和通信接口，通信接口可与远程图像分类PC工作站实现双向数字通信，本发明的秸秆燃烧发电过程燃料热值在线计量装置的操作如下：通过人机接口和工业互联网现场总线通信接口，PC工作站对工业摄像机发出远程拍照指令，工业摄像机接到指令后对输送带上的秸秆燃料进行拍照，并通过USB总线或者以太网专线，经过专用网关，将秸秆燃料照片回传给远程PC工作站，与此同时，PC工作站对含水率检测仪发出远程水分测量指令，含水率仪检测秸秆燃料的含水量w，将测量数据回传给远程PC工作站；远程PC工作站根据秸秆燃料照片对燃烧的秸秆进行识别分类，根据燃料秸秆的分类结果，远程读取服务器中对应燃料秸秆种类的热值计算公式参数qC、qH、qS、qN、qO和公式系数a1、a2、a3、a4、a5；根据热值计算公式(1)和(2)在线计算秸秆燃烧发电过程秸秆燃料的热值。该装置可通过人机接口，设定在连续计量、定时计量和周期计量等多种工作模式，这些设定也可通过远程PC工作站完成；图1中工业互联网现场总线可以CAN总线，也可以是RS-485，Profibus，工业以太网等其他工业现场总线。
在定时模式下，当设定时间到时，PC工作站对工业摄像机发出远程拍照指令，对含水率检测仪发送远程水分测量指令，根据燃料秸秆的分类结果，远程读取服务器中对应燃料秸秆种类的热值计算公式参数qC、qH、qS、qN、qO和公式系数a1、a2、a3、a4、a5，再根据热值计算公式(1)和(2)在线计算秸秆燃烧发电过程秸秆燃料热值；在周期模式，达到工作时间，则PC工作站自动对工业摄像机发送远程拍照指令，对含水率检测仪发送远程水分测量指令，根据燃料秸秆的分类结果，远程读取服务器中对应燃料秸秆种类的热值计算公式参数qC、qH、qS、qN、qO和公式系数a1、a2、a3、a4、a5，再根据热值计算公式(1)和(2)在线计算秸秆燃烧发电过程燃料热值，达到待机时间，则自动停止PC工作站对工业摄像机和含水率检测仪发送远程工作指令，从而按设定周期周而复始的运行。
以上阐述的是本发明专利给出的一个实施例的工作过程。需要指出，上述实施例用来解释说明本专利，而不是对本专利进行限制，在秸秆燃烧发电过程自动控制领域，如不改变秸秆燃烧发电过程燃料热值在线计量装置的连接组成，仅改变图像分类算法也属于本专利的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于图像远程分类的秸秆燃烧发电过程燃料热值在线计量装置，其特征在于：所述装置包括工业摄像机、含水率检测仪、PC工作站和远程服务器，所述PC工作站和远程服务器均与所述工业互联通信网络连接，所述工业互联通信网络通过网关分别与工业摄像机、含水率检测仪连接；
通过工业摄像机在线识别秸秆燃料的种类，通过含水率检测仪在线测量秸秆燃料的含水率，然后PC工作站读取服务器中对应秸秆燃料的成分组成和组分的热值，采用秸秆热值计算公式计量秸秆燃料的热值，热值计算公式参见式(1)：
Q＝q(1-0.01w)-a1w (1)
其中，Q表示秸秆燃料的热值，单位J/kg；w表示秸秆燃料的含水率，单位％；q表示秸秆燃料的决干料的热值，单位J/kg，计算参见式(2)：
q＝a1qC+a2qH+a3qS+a4qN-a5qO (2)
其中，qC、qH、qS、qN和qO分别表示秸秆燃料中碳、氢、硫、氮和氧的质量含量，单位％；系数a1、a2、a3、a4和a5分别表示对应秸秆燃料中对应成分的单位质量的热值，单位J/kg，绝干料的组成成分质量含量和对应系数存储在远程服务器中。
2.如权利要求1所述的基于图像远程分类的秸秆燃烧发电过程燃料热值在线计量装置，其特征在于：在定时模式下，当设定时间到时，PC工作站对工业摄像机发出远程拍照指令，对含水率检测仪发送远程水分测量指令，根据燃料秸秆的分类结果，远程读取服务器中对应燃料秸秆种类的热值计算公式参数qC、qH、qS、qN、qO和公式系数a1、a2、a3、a4、a5，再根据热值计算公式(1)和(2)在线计算秸秆燃烧发电过程秸秆燃料热值。
3.如权利要求1所述的基于图像远程分类的秸秆燃烧发电过程燃料热值在线计量装置，其特征在于：在周期模式，达到工作时间，则PC工作站自动对工业摄像机发送远程拍照指令，对含水率检测仪发送远程水分测量指令，根据燃料秸秆的分类结果，远程读取服务器中对应燃料秸秆种类的热值计算公式参数qC、qH、qS、qN、qO和公式系数a1、a2、a3、a4、a5，再根据热值计算公式(1)和(2)在线计算秸秆燃烧发电过程燃料热值，达到待机时间，则自动停止PC工作站对工业摄像机和含水率检测仪发送远程工作指令，从而按设定周期周而复始的运行。
4.如权利要求1～3之一所述的基于图像远程分类的秸秆燃烧发电过程燃料热值在线计量装置，其特征在于：所述工业摄像机采用图像分类算法为方向梯度直方分布图法、支持向量机特征值法、反向传播神经网络特征值法、模糊聚类特征值法或深度卷积神经网络模型。
5.如权利要求1～3之一所述的基于图像远程分类的秸秆燃烧发电过程燃料热值在线计量装置，其特征在于：所述工业互联通信网络的总线为CAN总线、RS-485、Profibus或工业以太网总线。
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