CN110260354A - 基于机器视觉的层燃锅炉燃烧信息提取用观测窗 - Google Patents

Abstract

基于机器视觉的层燃锅炉燃烧信息提取用观测窗，本发明涉及锅炉燃烧技术领域，角度调节电机的输出轴上套接固定有角度调节板，角度调节板内的槽内固定有滑轨，滑轨上滑动设置有滑块，滑块的上表面与丝杆上的丝杆螺母连接固定，丝杆的一端通过丝杆座旋接固定在槽中，丝杆的另一端通过联轴器与位移调节电机的输出轴连接，位移调节电机通过电机支架固定在槽中；丝杆上的丝杆螺母上固定有摄像机。其能够为锅炉燃烧图像获取提供较为清晰的燃烧画面，为摄像机提供较稳定可调节的支撑平台，有助于摄像机的间断性拍摄，延长摄像机的使用寿命，实用性更强。

Description

基于机器视觉的层燃锅炉燃烧信息提取用观测窗

技术领域

本发明涉及锅炉燃烧技术领域，具体涉及基于机器视觉的层燃锅炉燃烧信息提取用观测窗。

背景技术

在我国北方供暖锅炉大多采用的是层燃炉，但是层燃炉由于的燃烧过程是一个大滞后时变的受控对象，煤种、干湿度、颗粒大小、每层厚度等都对燃烧过程有很大影响，是一个复杂的工业过程。其控制难度超过电厂粉煤锅炉和燃油锅炉的控制，这是因为粉煤锅炉和燃油锅炉是通过喷粉或者喷油后在控制燃烧，燃烧十分充分，因此较易控制。

在实际的锅炉中往往采用人工，凭经验直接观察炉膛中的火位和火焰颜色来判断锅炉的燃烧状况，进而手动对煤机的转速和鼓风量进行控制。因此极易受到人为因素的影响，导致锅炉很容易出现跑红火、燃烧不充分的现象。

随着人工智能与深度学习的发展与成熟，构建深度学习网络来实现对煤炭燃烧区域进行分割，实现燃烧与未燃烧区域的划分。通过图像处理技术来对燃烧信息进行提取，火位信息则可以通过火焰像素点的空间位置来确定，火焰温度值通过火焰像素的R、G、B值计算，火焰的面积可直接由火焰的像素点求得，为后期锅炉智能控制系统提供可靠的信息依据。

通过图像处理与人工智能技术对炉膛内图像进行多特征信息提取，应用于燃煤燃烧情况判断，可提高其准确性，从而提高锅炉的实际运行效率，减少污染排放。基于机器视觉的层燃锅炉燃烧优化研究应用于锅炉火焰燃烧状况检测中，不仅可以有效地排除人为主观因素，提高检测的安全性，实现节能、减排。

基于机器视觉对层燃锅炉燃烧信息进行提取，主要完成以下三部分：锅炉燃烧图像获取、燃烧区域分割与燃烧信息提取利用摄像机，其中锅炉燃烧图像获取阶段需要对锅炉尾部的燃尽区进行拍摄，用于保证燃尽区所有煤炭的充分燃烧，因此，需要对锅炉尾部的观测口进行进一步改进，用于其满足图像获取需求。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种设计合理的基于机器视觉的层燃锅炉燃烧信息提取用观测窗，其能够为锅炉燃烧图像获取提供较为清晰的燃烧画面，为摄像机提供较稳定可调节的支撑平台，有助于摄像机的间断性拍摄，延长摄像机的使用寿命，实用性更强。

为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：它包含仓口框、一号密封圈、二号密封圈、仓门、耐高温玻璃、门锁；仓口框固定在炉体尾部仓口边缘处；仓口框外围的炉体上固定有一号密封圈，炉体尾部仓口的外部罩设有仓门，仓门通过铰链旋接在炉体上；仓门的内表面周边固定有与一号密封圈相互嵌设的二号密封圈，仓门的内部嵌设有耐高温玻璃，仓门上远离铰链的一端通过门锁与炉体固定连接；

它还包含角度调节电机、底板、角度调节板、滑轨、滑块、摄像机、丝杆座、位移调节电机、丝杆；底板固定在仓门的底边缘，且底板上表面一端通过电机支架固定有角度调节电机，角度调节电机的输出轴上套接固定有角度调节板，角度调节板内的槽内固定有滑轨，滑轨上滑动设置有滑块，滑块的上表面与丝杆上的丝杆螺母连接固定，丝杆的一端通过丝杆座旋接固定在槽中，丝杆的另一端通过联轴器与位移调节电机的输出轴连接，位移调节电机通过电机支架固定在槽中；丝杆上的丝杆螺母上固定有摄像机；

上述摄像机与PLC控制系统连接，PLC控制系统与计时器连接，PLC控制系统分别与角度调节电机和位移调节电机连接。

进一步地，所述的滑轨的一端与丝杆座连接固定，其另一端与固定在槽中的限位块连接固定。

进一步地，所述的一号密封圈由内凸环和外凸环构成；其中外凸环一体成型于内凸环的外围，且两者之间构成弧形卡嵌槽；所述的二号密封圈卡设在该弧形卡嵌槽中；上述外凸起3-2的外径小于内凸环的外径。

进一步地，所述的耐高温玻璃为“T”形耐高温玻璃，其嵌设在仓门中的“T”形孔中，且其内表面与仓门的内表面齐平设置，其外表面抵设有安装圈环，且安装圈环嵌设在仓门中，其外表面与仓门的外表面齐平设置，安装圈环的一侧面外围一体成型有螺纹连接边，该螺纹连接边螺纹旋接在仓门中的螺纹槽中。

进一步地，所述的角度调节电机为带有霍尔传感器的伺服电机。

进一步地，所述的位移调节电机与位移传感器连接，位移传感器与PLC控制系统连接，位移传感器固定于滑块上。

本发明的工作原理：在仓门中嵌入耐高温玻璃，并在仓门的外部设置摄像机，通过摄像机按照计时器预设定的录制时间，间断性的启动摄像机、角度调节电机以及位移调节电机，角度调节电机工作，带动角度调节板旋转的同时，位移调节电机工作，带动丝杆旋转，从而驱动连接在滑块上的摄像机位于角度调节板上左右来回移动，从而满足对整个耐高温玻璃的可视范围内的炉体中的燃烧区域进行摄像，摄像机将录制的图像信息传递给PLC控制系统中的图像处理模块，图像处理模块对接收到的火焰图像利用图像处理技术获取燃烧信息，即获取火焰像素，并根据火焰像素点求得火焰面积，以及通过火焰像素的R、G、B值计算火焰温度，最后根据计算得到的火焰面积和火焰温度，用来控制炉体中燃烧机构的燃烧温度、燃烧火力等，进而达到原料完全燃烧的目的。

采用上述结构后，本发明的有益效果是：本发明所述的一种基于机器视觉的层燃锅炉燃烧信息提取用观测窗，其能够为锅炉燃烧图像获取提供较为清晰的燃烧画面，为摄像机提供较稳定可调节的支撑平台，有助于摄像机的间断性拍摄，延长摄像机的使用寿命，实用性更强。

附图说明：

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明中仓门的结构示意图。

图3是本发明中角度调节电机、角度调节板以及底板之间的连接剖视图。

图4是本发明中的一号密封圈于图1中的A-A向剖视图。

图5是本发明中的二号密封圈于图1中的B-B向剖视图。

图6是本发明中仓门、角度调节电机以及底板的连接侧视图。

图7是本发明的电控框图。

附图标记说明：

炉体1、仓口框2、一号密封圈3、内凸环3-1、外凸环3-2、弧形卡嵌槽3-3、二号密封圈4、仓门5、耐高温玻璃6、门锁7、角度调节电机8、底板9、角度调节板10、槽10-1、滑轨11、滑块12、摄像机13、丝杆座14、限位块15、位移调节电机16、丝杆17、安装圈环18、螺纹连接边18-1、计时器19、PLC控制系统20、位移传感器21。

具体实施方式：

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-图7所示，本具体实施方式采用如下技术方案：它包含仓口框2、一号密封圈3、二号密封圈4、仓门5、耐高温玻璃6、门锁7；仓口框2的材质与炉体1的材质完全相同，且其焊接固定在炉体1尾部仓口边缘处；仓口框2外围的炉体1上利用螺钉连接固定有一号密封圈3，炉体1尾部仓口的外部罩设有仓门5，仓门5通过铰链旋接在炉体1上；仓门5的内表面周边固定有与一号密封圈3相互嵌设的二号密封圈4，一号密封圈3由内凸环3-1和外凸环3-2构成；其中外凸环3-2一体成型于内凸环3-1的外围，且两者之间构成弧形卡嵌槽3-3；所述的二号密封圈4卡设在该弧形卡嵌槽3-3中；上述外凸起3-2的外径小于内凸环3-1的外径（上述一号密封圈3和二号密封圈4的材质均与炉体的材质相同，或者采用耐高温玻璃材质制成）；耐高温玻璃6为“T”形耐高温玻璃，其嵌设在仓门5中的“T”形孔中，且其内表面与仓门5的内表面齐平设置，其外表面抵设有安装圈环18，且安装圈环18嵌设在仓门5中，其外表面与仓门5的外表面齐平设置，安装圈环18的一侧面外围一体成型有螺纹连接边18-1，该螺纹连接边18-1螺纹旋接在仓门5中的螺纹槽中，仓门5上远离铰链的一端通过门锁7与炉体1固定连接；

它还包含角度调节电机8、底板9、角度调节板10、滑轨11、滑块12、摄像机13、丝杆座14、位移调节电机16、丝杆17；底板9焊接固定在仓门5的底边缘，且底板9上表面一端通过电机支架固定有角度调节电机8，角度调节电机8的输出轴上过盈配合固定有角度调节板10，角度调节板10内的槽10-1内螺钉连接固定有滑轨11（上述槽10-1一端闭合一端开口式的条状结构），滑轨11的一端与丝杆座14焊接固定，其另一端与焊接固定在槽10-1中的限位块15焊接固定，滑轨11上滑动设置有滑块12，滑块12的上表面与丝杆17上的丝杆螺母利用螺钉连接固定，丝杆17的一端通过丝杆座14旋接固定在槽10-1中，丝杆17的另一端通过联轴器与位移调节电机16的输出轴连接，位移调节电机16通过电机支架固定在槽10-1中，位移调节电机16与位移传感器21连接，位移传感器21与PLC控制系统20连接，位移传感器21固定于滑块12上；丝杆17上的丝杆螺母上利用螺钉连接固定有摄像机13；

上述摄像机13与PLC控制系统20连接，PLC控制系统20与计时器19连接，PLC控制系统20分别与角度调节电机8和位移调节电机16连接；上述PLC控制系统20设置在控制终端上，如工业计算机等，上诉PLC控制系统20为上述角度调节电机8、位移调节电机16提供电力控制（摄像机13自带电源）。

进一步地，所述的角度调节电机8为带有霍尔传感器的伺服电机。

本具体实施方式的工作原理：在仓门5中嵌入耐高温玻璃6，并在仓门5的外部设置摄像机13，通过摄像机13按照计时器19预设定的录制时间，间断性的启动摄像机13、角度调节电机8以及位移调节电机16，角度调节电机8工作，带动角度调节板10旋转的同时，位移调节电机16工作，带动丝杆17旋转，从而驱动连接在滑块12上的摄像机13位于角度调节板10上左右来回移动，从而满足对整个耐高温玻璃6的可视范围内的炉体1中的燃烧区域进行摄像，摄像机13将录制的图像信息传递给PLC控制系统20中的图像处理模块，图像处理模块对接收到的火焰图像利用图像处理技术获取燃烧信息，即获取火焰像素，并根据火焰像素点求得火焰面积，以及通过火焰像素的R、G、B值计算火焰温度，最后根据计算得到的火焰面积和火焰温度，用来控制炉体中燃烧机构的燃烧温度、燃烧火力等，进而达到原料完全燃烧的目的。

采用上述结构后，本具体实施方式的有益效果如下：

1、通过计时器19的设置，根据需要控制摄像机13、角度调节电机8以及位移调节电机16的启停，有效降低能源消耗，且有效延长摄像机13的使用寿命；

2、角度调节电机8采用带有霍尔传感器的伺服电机，从而达到有效控制旋转角度的目的；

3、位移调节电机16的设置，有效控制摄像机13在进行角度调节的时候，进行左右位移，满足对整个可视范围内的燃烧区域的摄录；

4、一号密封圈3采用外低内高式的波浪状结构，有效保证二号密封圈4的正常卡入密合的同时，还提高两者结合的密封效果；

5、将耐高温玻璃6利用安装圈环16安装在仓门5中，实现可拆卸式连接，有效提高更换维修效率。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.基于机器视觉的层燃锅炉燃烧信息提取用观测窗，它包含仓口框（2）、一号密封圈（3）、二号密封圈（4）、仓门（5）、耐高温玻璃（6）、门锁（7）；仓口框（2）固定在炉体（1）尾部仓口边缘处；仓口框（2）外围的炉体（1）上固定有一号密封圈（3），炉体（1）尾部仓口的外部罩设有仓门（5），仓门（5）通过铰链旋接在炉体（1）上；仓门（5）的内表面周边固定有与一号密封圈（3）相互嵌设的二号密封圈（4），仓门（5）的内部嵌设有耐高温玻璃（6），仓门（5）上远离铰链的一端通过门锁（7）与炉体（1）固定连接；

其特征在于：它还包含角度调节电机（8）、底板（9）、角度调节板（10）、滑轨（11）、滑块（12）、摄像机（13）、丝杆座（14）、位移调节电机（16）、丝杆（17）；底板（9）固定在仓门（5）的底边缘，且底板（9）上表面一端通过电机支架固定有角度调节电机（8），角度调节电机（8）的输出轴上套接固定有角度调节板（10），角度调节板（10）内的槽（10-1）内固定有滑轨（11），滑轨（11）上滑动设置有滑块（12），滑块（12）的上表面与丝杆（17）上的丝杆螺母连接固定，丝杆（17）的一端通过丝杆座（14）旋接固定在槽（10-1）中，丝杆（17）的另一端通过联轴器与位移调节电机（16）的输出轴连接，位移调节电机（16）通过电机支架固定在槽（10-1）中；丝杆（17）上的丝杆螺母上固定有摄像机（13）；

上述摄像机（13）与PLC控制系统（20）连接，PLC控制系统（20）与计时器（19）连接，PLC控制系统（20）分别与角度调节电机（8）和位移调节电机（16）连接。

2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的层燃锅炉燃烧信息提取用观测窗，其特征在于：所述的滑轨（11）的一端与丝杆座（14）连接固定，其另一端与固定在槽（10-1）中的限位块（15）连接固定。

3.根据权利要求1所述的基于机器视觉的层燃锅炉燃烧信息提取用观测窗，其特征在于：所述的一号密封圈（3）由内凸环（3-1）和外凸环（3-2）构成；其中外凸环（3-2）一体成型于内凸环（3-1）的外围，且两者之间构成弧形卡嵌槽（3-3）；所述的二号密封圈（4）卡设在该弧形卡嵌槽（3-3）中；上述外凸起3-2的外径小于内凸环（3-1）的外径。

4.根据权利要求1所述的基于机器视觉的层燃锅炉燃烧信息提取用观测窗，其特征在于：所述的耐高温玻璃（6）为“T”形耐高温玻璃，其嵌设在仓门（5）中的“T”形孔中，且其内表面与仓门（5）的内表面齐平设置，其外表面抵设有安装圈环（18），且安装圈环（18）嵌设在仓门（5）中，其外表面与仓门（5）的外表面齐平设置，安装圈环（18）的一侧面外围一体成型有螺纹连接边（18-1），该螺纹连接边（18-1）螺纹旋接在仓门（5）中的螺纹槽中。

5.根据权利要求1所述的基于机器视觉的层燃锅炉燃烧信息提取用观测窗，其特征在于：所述的角度调节电机（8）为带有霍尔传感器的伺服电机。

6.根据权利要求1所述的基于机器视觉的层燃锅炉燃烧信息提取用观测窗，其特征在于：所述的位移调节电机（16）与位移传感器（21）连接，位移传感器（21）与PLC控制系统（20）连接，位移传感器（21）固定于滑块（12）上。

7.根据权利要求1所述的基于机器视觉的层燃锅炉燃烧信息提取用观测窗，其特征在于：它的工作原理：在仓门（5）中嵌入耐高温玻璃（6），并在仓门（5）的外部设置摄像机（13），通过摄像机（13）按照计时器（19）预设定的录制时间，间断性的启动摄像机（13）、角度调节电机（8）以及位移调节电机（16），角度调节电机（8）工作，带动角度调节板（10）旋转的同时，位移调节电机（16）工作，带动丝杆（17）旋转，从而驱动连接在滑块（12）上的摄像机（13）位于角度调节板（10）上左右来回移动，从而满足对整个耐高温玻璃（6）的可视范围内的炉体（1）中的燃烧区域进行摄像，摄像机（13）将录制的图像信息传递给PLC控制系统（20）中的图像处理模块，图像处理模块对接收到的火焰图像利用图像处理技术获取燃烧信息，即获取火焰像素，并根据火焰像素点求得火焰面积，以及通过火焰像素的R、G、B值计算火焰温度，最后根据计算得到的火焰面积和火焰温度，用来控制炉体中燃烧机构的燃烧温度、燃烧火力等，进而达到原料完全燃烧的目的。