CN114486890A - 一种密闭空间的粉尘智能分析可视系统及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种密闭空间的粉尘智能分析可视系统及其应用，该系统吹扫除尘控制通过光学传感器监测积尘量，通过集成电路控制气源打开，自动实施压缩气体吹扫除尘；吹扫降温控制通过温湿度传感器监测温度，通过集成电路控制气路打开，再通过冷却结构自动实施压缩气体吹扫降温；嵌入式视频图像分析算法，通过提取料仓特征纹理，模糊处理图像熵，计算得到粉尘料仓的料位值，并在料仓内壁标定的标高线参考下进行误差校正，由集成电路输出料位值。采用本发明，通过视频图像算法实现料位的检测，通过自带冷光源或红外摄像模式，以及通过仪用压缩空气对镜头粉尘遮挡进行吹扫和冷却及清扫，能满足高温，高压，粉尘飞扬，无照明的工业场景应用要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种密闭空间的粉尘智能分析可视系统及其应用。
背景技术
在工业生产过程中，设备的运行监测一般采用温度，压力，压差，流量，料位等，在一些重要开放场合采取视频监控予以辅助。比如布袋运营采用压差和温度，灰斗监测采用料位和温度，粉仓监测采用连续料位和开关料位，锅炉汽包，设备间等开放空间采用视频监控加以辅助。
在专利号ZL201721163761.4的实用新型专利中，公开了一种用于空气中的粉尘监测装置，包括底座、支撑筒、支撑杆、检测筒、净化筒、除尘箱和抽风筒，所述支撑筒安装固定于底座上，支撑筒上套接有支撑杆，支撑杆的上端安装有第一安装杆，第一安装杆的右端安装有检测筒，支撑筒上套设有套环，套环的右侧安装有第二安装杆，第二安装杆的右端安装有净化筒，净化筒的上部内侧安装有防逆流板，净化筒的下方设有除尘箱，除尘箱的内侧设有粉尘收集袋，除尘箱的底部安装固定有抽风筒。该实用新型既可以对空气中的粉尘等参数进行监测，又可以对空气进行净化，实用性强，主要应用于敞开式环境监测。
在专利申请号201210458321.7的专利申请文献中，公开了一种封闭空间环境监测控制系统，它包括处理单元、感知单元、控制单元等。所述感知单元含有数字输入模块、第一A/D转换模块和第二A/D转换模块，数字输入模块通过导线连接有浸水报警传感器、烟雾传感器，第一A/D转换模块通过导线连接有室内温度传感器、室内湿度传感器，第二A/D转换模块通过导线连接有六氟化硫传感器。所述控制单元含有第一数字输出模块和第二数字输出模块，第一数字输出模块通过导线连接有外风门驱动模块、内风门驱动模块、室外机驱动模块、冷热模式转换驱动模块、去湿驱动模块。其特点是所述第一数字输出模块通过导线还连接有余热阀驱动模块。采用该监控系统，能够缩短降温通风的时间，提高工作效率，而且可延长电力设备的使用寿命。其主要适用于湿度、温度的监测。
在专利申请号为201810346625.1的发明专利申请中，公开了一种全封闭煤仓监测系统装置，设置在全封闭煤场内，它由监控装置和运行机构组成，所述监控装置由防爆一体化红外扫描热成像仪、温度监测仪、粉尘监测仪、气体监测仪、PLC、网络传输器、电源箱、无线收发器、无线传输装置、总控计算机、报警装置组成；运行机构由运行轨道、车轮及其配件、自动充电装置组成。本发明对全封闭煤仓仓内气体、粉尘、温度等进行实时监测的全封闭煤仓监测系统，它收集仓内数据，发现可能造成危险的因素时，及时启动自动报警装置，采取相应的处理措施，消除安全隐患，降低事故发生率，降低造价。该技术虽然适用于带有少量粉尘的密闭空间，但对粉尘量大的工作环境仍然需要进一步改善。
综上所述，在工业生产中，封闭空间内环境恶劣，高温，高压，粉尘飞扬，无照明，对其可视监测是一个挑战，因此以视频分析技术为基础，为工业特定场景提供包含视频监控、火灾预报警、料位检测的智能化装置具有突出的意义。
发明内容
本发明的目的是提供通过视频图像算法检测，通过自带冷光源或红外摄像模式，以及通过吹扫和冷却方式来满足高温、高压、粉尘飞扬且无照明的工业场景应用要求的一种密闭空间的粉尘智能分析可视系统及其应用。
本发明采取的技术方案是：一种密闭空间的粉尘智能分析可视系统及其应用，其特征在于该系统包括气源、监测设备和中心控制集成电路，监控方式包括吹扫除尘控制、吹扫降温控制、嵌入式视频图像分析算法、输出工业PLC控制接口和报警接口；所述的吹扫除尘控制由气源、监测设备中的吹扫结构、光学传感器和中心控制集成电路组成，中心控制集成电路通过光学传感器监测积尘量，通过中心控制集成电路控制气源打开，再通过吹扫结构自动实施压缩气体吹扫，完成除尘；所述的吹扫降温控制由气源、监测设备中的冷却结构、温湿度传感器和中心控制集成电路组成，中心控制集成电路通过温湿度传感器监测温度，通过中心控制集成电路控制气路打开，再通过冷却结构自动实施压缩气体吹扫，完成降温；所述的嵌入式视频图像分析算法，通过提取料仓特征纹理，模糊处理图像熵，计算得到粉尘料仓的料位值，并在料仓内壁标定的标高线参考下进行误差校正，最后中心控制集成电路输出料位值；所述的中心控制电路还包括标高线灯控，料位值的各种输出接口、modbus协议、报警参数设置和报警输出继电器控制。
所述的一种密闭空间的粉尘智能分析可视系统及其应用，其特征在于其监测设备包括外壳、机芯、设备间、冷却保护气入口、吹扫保护气入口、安装法兰、喇叭口防尘罩和冷却保护气螺旋风道及出风口，所述的设备间包括有球形镜面和摄像头，内设有光学传感器和温湿度传感器。
所述的一种密闭空间的粉尘智能分析可视系统及其应用，其特征在于冷却保护气螺旋风道及出风口采用螺旋结构，出风口沿螺旋内壁比例分布，形成立体交叉保护，压力保持在0.06～0.1MPa。
所述的一种密闭空间的粉尘智能分析可视系统及其应用，其特征在于吹扫气出口成环状分布设备间周围，与喇叭口防尘罩结合，利用压缩空气的快速膨胀达到清扫目的，其压力保持在0.3～0.6MPa。
采用本发明，通过在粉仓、灰斗等粉尘密封罐体的边壁或顶部开孔，安装法兰的方式，实现高清图像监测，通过视频图像算法实现料位的检测，通过自带冷光源或红外摄像模式，以及通过仪用压缩空气对镜头粉尘遮挡进行吹扫和冷却及清扫，通过防尘密封罩达到聚光和防尘要求，满足高温，高压，粉尘飞扬，无照明的工业场景应用要求，同时还具备视频图像输出与料位检测结果进行文字叠加的图像输出功能，以及丰富的工业控制用的料位，风险百分比检测输出接口、控制和报警输入输出接口，并且符合MODBUS协议可直接接入PLC控制器或DCS系统。
附图说明
图1是本发明的监测设备示意图。
图2是本发明监测设备安装在拐角处的示意图。
图3是本发明监测设备安装在顶面意图。
图4是本发明监测设备安装在倾斜面示意图。
图5是本发明监测设备安装在垂直面的示意图。
图6是本发明的气源线路示意图。
图7是本发明中心控制集成电路功能示意图。
图中序号表示：外壳1、机芯2、设备间3、冷却保护气入口4、吹扫保护气入口5、安装法兰6、喇叭口防尘罩7、冷却保护气螺旋风道及出风口8、冷却保护气源9和吹扫保护气源10。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行完整地描述，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。
一、实施例。
该密闭空间的粉尘智能分析可视系统包括气源、监测设备和中心控制集成电路，监控方式包括吹扫除尘控制、吹扫降温控制、嵌入式视频图像分析算法、输出工业PLC控制接口和报警接口；所述的吹扫除尘控制由气源、监测设备中的吹扫结构、光学传感器和中心控制集成电路组成，中心控制集成电路通过光学传感器监测积尘量，通过中心控制集成电路控制气源打开，再通过吹扫结构自动实施压缩气体吹扫，完成除尘；所述的吹扫降温控制由气源、监测设备中的冷却结构、温湿度传感器和中心控制集成电路组成，中心控制集成电路通过温湿度传感器监测温度，通过中心控制集成电路控制气路打开，再通过冷却结构自动实施压缩气体吹扫，完成降温；所述的嵌入式视频图像分析算法，通过提取料仓特征纹理，模糊处理图像熵，计算得到粉尘料仓的料位值，并在料仓内壁标定的标高线参考下进行误差校正，最后中心控制集成电路输出料位值；所述的中心控制电路还包括标高线灯控，料位值的各种输出接口、modbus协议、报警参数设置和报警输出继电器控制。
上述中的监测设备，参照图1所示，该监测设备包括外壳1、机芯2、设备间3、冷却结构即冷却保护气入口4、吹扫结构即吹扫保护气入口5、安装法兰6、喇叭口防尘罩7和冷却保护气螺旋风道及出风口8，所述的设备间3包括有球形镜面和摄像头，内设有光学传感器和温湿度传感器。其中的冷却保护气螺旋风道及出风口采用螺旋结构，出风口沿螺旋内壁比例分布，形成立体交叉保护，压力保持在0.06～0.1MPa。其中的吹扫气出口成环状分布设备间周围，与喇叭口防尘罩结合，利用压缩空气的快速膨胀达到清扫目的，其压力保持在0.3～0.6MPa。
上述监控设备采用的气源，参照图6，气源采用工业仪用气接入，分成冷却保护气源9和吹扫保护气源10，冷却保护气源9连接冷却保护气入口4，吹扫保护气源10连接吹扫保护气入口5。
二、实施例的安装。
参照图2至6所示，包括如下步骤。
1、在封闭空间边壁或顶壁上开65～350mm直径圆孔，插入相应无缝钢管，内部与内壁平齐，外预留150～300mm焊接法兰，作为监测视窗。监测视窗可水平，倾斜，垂直。
2、监测设备连接方式为安装法兰6，安装完成后恢复封闭空间的封闭，其压力等级等同或高于原封闭空间要求。
3、监测设备采用全方位图像采集的摄像头，辅助光源为冷光源或采用红外摄像头。
4、监测设备中的喇叭口防尘罩7采用喇叭口形式，利于摄像头的镜面保护和利于吹扫；壁内涂刷反光涂料，加强对光线的反射，利于聚光。
5、监测设备设有冷却结构和吹扫结构，即冷却保护气入口4和吹扫保护气入口5，防止摄像镜面受污染。工业现场一般设有工业用气，通过降压装置，冷却保护气螺旋风道及出风口8采用螺旋结构，出风口沿螺旋内壁比例分布，形成立体交叉保护，一般在0.06～0.1MPa； 吹扫气出口成环状分布镜头周围，与喇叭口防尘罩结合，利用压缩空气的快速膨胀达到清扫目的，其压力一般在0.3～0.6MPa；在防尘防爆场所，可采用氮气或其他惰性气体。
6、根据具体需求，设置视频基带传输，网络传输，光纤传输，微波传输，双绞线传输，接入厂区的工业视频监控系统。
7、监测设备电源可为DC24V，AC220V，方便现场接入。
二、实施例的应用。
1、例一：灰库和料仓。
在工业生产中，灰库，料仓的料位监测采用雷达料位计或重锤料位计作为连续料位监测，以射频导纳，音叉或阻旋等开关料位计作为高低料位作为辅助报警控制。以上监测手段只能做到局部。灰库，料仓内的粉料由于湿度，温度变化造成板结，挂壁等原因会造成测量偏差或误信号。
在灰库，料仓的顶部或靠近顶部的侧壁上安装上述智能可视监测设备，可直观监测灰库，料仓的内部情况，提供准确，直观的信息。
在灰库，料仓的的内部可采用刷涂标尺或贴反光材料加以辅助，料仓的料位一目了然，同时微机处理器输出0～5V或4～20mA标准信号。
当灰库，料仓的扬尘粘在摄像头保护罩时；通过积尘透光率计算，微机处理器发出吹扫指令，吹扫除尘控制单元工作，采用高压压缩空气对摄像头保护罩进行吹扫。当灰库，料仓内的粉料由于湿度，温度变化造成板结，挂壁时，微机处理器经AI智能识别系统发出报警信号，吹扫降温控制单元开始工作。这样，监测设备能清晰接收标尺图像，采用三角测距原理进行运算，测量料位高度或直接读取标尺刻度特征值直接读取高度值，不会造成偏差或误信号。
2、例二：半干阀脱硫塔进口弯头处。
在实际运行中半干法脱硫中脱硫塔进口弯头的监测采用压差手段，信号迟滞；通常采用塔底排灰形式来预防和解决塔底积灰现象。该处处于主烟道，无旁路，属于封闭空间，内部为高温烟气，难以在线检修。当发现问题，往往会影响生产。
在弯头的顶部安装智能可视监测设备，可直观监测弯头处的内部情况，当文丘里有灰块掉落，弯头处有积灰现象，其图像特征明显，采用结构模式识别可直接判断运行状态，微机处理器经AI智能识别系统及时发出报警指令，在采用压差手段还未反映时提前预判工况，对脱硫塔的安全运行提供可靠信息。当扬尘粘沾在摄像头保护罩时；通过积尘透光率计算，微机处理器发出吹扫指令，吹扫除尘控制单元工作，采用高压压缩空气对摄像头保护罩进行吹扫。
3、例三：灰斗，布袋。
在锅炉燃烧不好的情况下，烟气粉尘中携带火种，在灰斗，布袋上堆积，有复燃的风险。2020年2月高邮生物质电厂的船型斗，灰斗内部灰复燃，造成较大损失，所幸发现及时，没有酿成火灾。
在灰斗的上部位置安装智能可视监测设备，可直观监测灰斗和布袋的内部情况，以正常工作下的特征值做基准，可采用红外摄像模式。当内部出现局部高温时，可及时预判工况，吹扫降温控制单元开始工作，对灰斗和布袋的安全运行提供可靠保证，。
同时监测灰斗灰位，可直观监测灰斗的内部情况，当灰斗内部的灰质由于湿度，温度变化造成板结，灰斗处有积灰现象，微机处理器经AI智能识别系统及时发出报警指令，对灰斗的安全运行提供可靠信息。当扬尘粘沾在摄像头保护罩时；通过积尘透光率计算，微机处理器发出吹扫指令，吹扫除尘控制单元工作，采用高压压缩空气对摄像头保护罩进行吹扫。
在停炉检修时代替人工进入内部检查布袋情况。
4、例四：干法脱硫中船型斗，下灰小斜槽，小灰斗。
在半干法脱硫中船型斗和下灰小斜槽是脱硫返灰系统的关键部位，也是控制的难点。船型斗一般设玻璃观察孔，连续料位计，高中低料位计来观察灰位，下灰小斜槽，灰斗安装温度计来判断灰斗是否积灰。
在船型斗，小灰斗安装智能可视监测设备，可直观监测其内部情况，以正常工作下的特征值做基准，采用结构模式识别和模糊模式识别相结合，观察小斜槽下灰是否流畅，船型斗和小灰斗的灰位。当出现异常状况，微机处理器可快速灰报告工况，对其安全运行提供可靠保证。
当扬尘粘在摄像头保护罩时；通过积尘透光率计算，微机处理器发出吹扫指令，吹扫除尘控制单元工作，采用高压压缩空气对摄像头保护罩进行吹扫。
同时在停炉检修时代替人工进入内部检查流化布工况。
5、例五：其它
用于粉尘密闭空间的智能分析可视装置应用广泛，适用于工业，民用生产中粉尘密闭空间的工况。
Claims (4)
1.一种密闭空间的粉尘智能分析可视系统及其应用，其特征在于该系统包括气源、监测设备和中心控制集成电路，监控方式包括吹扫除尘控制、吹扫降温控制、嵌入式视频图像分析算法、输出工业PLC控制接口和报警接口；所述的吹扫除尘控制由气源、监测设备中的吹扫结构、光学传感器和中心控制集成电路组成，中心控制集成电路通过光学传感器监测积尘量，通过中心控制集成电路控制气源打开，再通过吹扫结构自动实施压缩气体吹扫，完成除尘；所述的吹扫降温控制由气源、监测设备中的冷却结构、温湿度传感器和中心控制集成电路组成，中心控制集成电路通过温湿度传感器监测温度，通过中心控制集成电路控制气路打开，再通过冷却结构自动实施压缩气体吹扫，完成降温；所述的嵌入式视频图像分析算法，通过提取料仓特征纹理，模糊处理图像熵，计算得到粉尘料仓的料位值，并在料仓内壁标定的标高线参考下进行误差校正，最后中心控制集成电路输出料位值；所述的中心控制电路还包括标高线灯控，料位值的各种输出接口、modbus协议、报警参数设置和报警输出继电器控制。
2.根据权利要求1所述的一种密闭空间的粉尘智能分析可视系统及其应用，其特征在于其监测设备包括外壳、机芯、设备间、冷却保护气入口、吹扫保护气入口、安装法兰、喇叭口防尘罩和冷却保护气螺旋风道及出风口，所述的设备间包括有球形镜面和摄像头，内设有光学传感器和温湿度传感器。
3.根据权利要求1所述的一种密闭空间的粉尘智能分析可视系统及其应用，其特征在于冷却保护气螺旋风道及出风口采用螺旋结构，出风口沿螺旋内壁比例分布，形成立体交叉保护，压力保持在0.06～0.1MPa。
4.根据权利要求1所述的一种密闭空间的粉尘智能分析可视系统及其应用，其特征在于吹扫气出口成环状分布设备间周围，与喇叭口防尘罩结合，利用压缩空气的快速膨胀达到清扫目的，其压力保持在0.3～0.6MPa。
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