SE462066B - Saett foer generering av realtidsreglerparametrar foer roekgenererande foerbraenningsprocesser med hjaelp av en videokamera - Google Patents

Description

462 066 Följaktligen blir den reglerinformation som erhålles från videobilden i de flesta fall approximativ och möjliggör ej en effektiv reglering av förbränningsprocessen.

I sodahuspannor ger videobilden relativt lite information, :till följd av att största delen av den strålning som avges av förbränningsprocessen ej effektivt faller inom omrâdet för synligt ljus.'övervakning av processen via luftmatnings- öppningarna är klumpig och lämnar otydliga områden inom det synliga fältet.

Föreliggande uppfinning avser att övervinna nackdelarna hos den ovan.nämnda tekniken och att uppnå en helt ny metod för generering av'realtidsreglerparametrar med hjälp av en videokamera för rökgenererande förbränningsreaktioner.

Uppfinningen baserar sig på övervakning av förbrännings- processen med en videokamera, vars signal digitaliseras, filtreras på lämpligt sätt och redigeras på basis av för- delningen hos den digitaliserade signalen till en histogram- tabell för bildbehandling,-i vilken tabellen behandlas till åstadkomande av en bild från vilken läget för flammans front definieras approximativt för processreglering på basis av medelvärdesbildningen av videobilderna.

Mer speciellt karakteriseras sättet enligt uppfinningen av det som anges i den kännetecknande delen av krav 1.

Uppfinningen ger följande väsentliga fördelar. Vid praktisk *tillämpning ger sättet enligt.uppfinningen en bild i form av en tvådimensionell tabell indikerande det kortsiktiga _medelvärdet för temperaturfördelningen hos bränslebädden, som underlättar den enkla lokaliseringen av flammans front- läge, storlek och form.från bilden. Till följd av den snabba beräkningsmetoden tar bildbehandlingen endast några få sekunder, vilket medger realtidsreglering av förbrännings- processen. Bilder som erhålles med utnyttjande av sättet 462 066 kan jämföras med ett optimalt tillstånd, vilket under- lättar regleringen. En tidsrelaterad jämförelse mellan på varandra följande medelvärdesbilder möjliggör att man kan förutse spridningen av flamans front och att uppskatta stabiliteten hos förbränningsprocessen.

I det följande kommer uppfinningen att diskuteras i detalj under utnyttjande av exemplifierande utföringsformer illu- strerade på.bifogade ritningar.

Fig. 1 visar en längsgående perspektivvy delvis i tvärsek- tion över en stokerpanna med en förbränningsrumsövervakande kamera installerad.

Fig. 2 visar en perspektivvy delvis i tvärsektion över stokerkonstruktionen hos en stokerpanna.

Fig. 3 visar schematiskt en konventionell övervakningsutrust- ning för_förbränningsprocessen.

Fig. 4 visar schematiskt en övervakningsutrustning för för- _bränningsprocessen i enlighet med uppfinningen.

Fig. 5 visar schematiskt ett.blocksohema representerande sättet enligt uppfinningen.

Fig. 6 visar ett histogram för den förbränningsrumsöverva- kande kamerabilden, då förbränningsprocessen är ostört syn- lig.

Fig. 7 visar ett histogram över den förbränningsrumsöverva- kande kamerabilden, då förbränningsprocessen skyms av rök eller ånga.

Fig. 8 visar en stoker sedd uppifrån med förbränningszoner och en därav bildad förbränningszonmodell. 462 066 Fig. 9 visar ett bildskärmsformat som erhålles vid till- lämpning av sättet enligt uppfinningen.

Fig. 1 visar förbränningsprocessen hos en stokerpanna 15 som arbetar nära det optimala. En bränslebädd 13 brinner med en kontinuerlig eldfront 14 vid den nedre änden av en pannstoker 16. I fig. 1 har de icke önskvärda kratrarna uteslutits, vilka kan bildas i bränslebädden 13 om det brinner någon annanstans än vid bäddens ände. Såsom visas i fig. 2 medför kratrarna att ett luftflöde 17 passerar underifrån genom stokern, varvid flödet är koncentrerat i kratrarna, vilket förhindrar det kontrollerade förbrännings- luftflödet genom bränslebädden 13 och orsakar vidare en ojämn procentsatsprofil avseende fuktighet i bränslebädden 13.

Fig. 4 visar i förenklad form de förbränningsprocessöverva- kande organen och dessas inbördes samankoppling vid till- lämpning av sättet enligt uppfinningen. En förbrännings- rumsövervakande kamera 12 avger en videoutsignal till en bildbehandlingsenhet, vilken är ansluten till en färgmonitor 19 och ett automatiskt system hos stokerpannan 15. Det auto- matiska systemet är vidare via en styrledning anslutet till reglersystemet för pannan 15 och färgmonitorn 19.

Fig. 5 visar i detalj huvudprinciperna för sättet enligt uppfinningen. Det första blocket representerar den förbrän- ningsrusövervakande kameran 12 från vilken videosignalen tillföres det andra blocket, i vilket digitaliseringen av bilden sker genom kvantisering av den analoga videosignalen till diskreta nivåer, överfiüingtill ett bildminne och slut- ligen läses information från bildminnet till arbetsminnet hos datorn med en passande reduktion av bildinformation.

Informationen kan komprimeras genom utesluming av vartannat . bildelement.och varannan avsökningslinje utan att effektivi- teten hos sättet gâr förlorad. Vid det tillämpade sättet innebär detta en upplösningsreduktion från 256 x 256 bild- 462 066 element till 128 x 128 bildelement. Det andra blocket ut- för även en filtreringsoperation, i vilken jämförelsen av på varandra följande bildelement utnyttjas för att reducera stora intensitetsskillnader mellan efter var- andra följande bildelement och en tidsfiltreringsfunktion i vilken värdet för varje bildelementsignal jämförs med det i tiden föregående värdet för samma bildelement, var- efter beräkningsmetoder utnyttjas för att reducera stora variationer för att dämpa stora signalvariationer orsakade av gnistor och rök. Det tredje blocket utför bildmedelvär- desbildning med kontrastreduktion för bildsignalen. Denna typ av "bildförbättring“ kan utnyttjas för att reducera störningar. I det fjärde blocket utnyttjas den "förbättrade" informationen för numerisk sökning efter de önskade bild- elementvärdena med hjälp av histogrambehandling (beskrives senare), för att finna de bildelement som är karakteris- tiska för förbränningsomrâdena 1,.2 vid detta utförande.

Block fem utför bildanalysen, i vilken bilden jämföres med tidigare bilder och den optimala situationen, varefter reg- lerfunktionerna genomföres av block sex. Block sju till- delar varje intensitetsnivå en individuell färg som skall återges på färgmonitorn 19 i block åtta, som tjänar som en realtidsövervakande monitor för pannanläggningens operatör.

Sedan videosignalen har digitaliserats, filtrerats och be- handlats på föregående sätt definieras områden som motsva- rar en effektiv förbränning med utnyttjande av histogram, som visas i fig. 6 och 7. Definitionen av intensitetsnivåer på basis av histogram kan utföras oregelbundet för kalibre- ringsändamâl. I praktiken har det emellertid visat.sig nöd- vändigt att definiera intensitetsnivåerna med regelbundna ointervall,-exempelvis med interva11¿pâ fem minuter. Den horisontella axeln i fig. 6 illustrerar.intensitetsnivåerna hos bildelementsignalerna från kameran, vilka kan erhålla 63 diskreta värden, så att intensiteten ökar från vänster mot höger i diagrammet. Den vertikala axeln visar den pro- centuella fördelningen av bildelement vid varje intensitets- 462 066 nivå i relation till totalantalet bildelement.

Komprimerad och.medelvärdesbehandlad på basis av histo- grammet kvantiseras bilden till intensitetsnivåer väsent- liga för förbränningsprocessen. Ett bildelement tilldelas en speciell intensitetsnivå om dess intensitetsvärde är lika med eller högre än den nedre gränsen definierad för denna nivå och mindre än eller lika med den övre nivån definierad för denna nivå. Kvantiseringsresultatet visas medelst ett stolpdiagram i vilket punkter tillhörande samma intensitetsnivå och belägna intill varandra i samma rad bildar en stolpe. Normalt visas stolpdiagrammet på skärmen till en katodstrålerörsmonitor, där en horison- tell rad representeras av en horisontell stolpe bildad av bildenheterna hos katodstrålerörets skärm. Stolpbildsforma- tet ger en väsentlig reduktion av behandlad information.

På basis av stolpdiagrammet definieras intilliggande om- råden hos flambilden. I detta sammanhang definieras ett närliggande område som ett område med intensitetsvärden motsvarande intilliggande bildelement hörande till samma intensitetskvantiseringsnivå och med en sluten kontur.

Ett närliggande område kan även innefatta hål eller porer, som ej hör till den ovan nämnda intensitetsnivån.

Fig. 6 och 7 illustrerar sättet i detalj. I fig. 6 visas ett histogram, i vilket hela eldfronten 14 är helt synlig.

Den fritt synliga förbränningen representeras i fig. 6åav sådana bildelement, vilkas intensitetsvärde är högre än ett intensitetsvärde 21 motsvarande ett'minimivärde 20 hos histogrammet. I enlighet med fig. 7 representeras eförbränningszoner som skyms av rök eller ånga av sådana bildelement, vilkas intensitetsvärde är högre än ett inten- sitetsvärde 22 eller mindre än ett intensitetsvärde 23 i fig. 6. Intensitetsvärdet 22 definieras såsom ett intensi- tetsvärde, vars bildelementderivata med avseende på inten- siteten är störst och som är belägen till höger om inflexions- 462 066 punkten belägen till höger om toppen 23 i fig. 6. Förbrän- ningszoner 1 representeras av sådana närliggande områden som uppfyller de ovan angivna kriterierna och definieras samt identifieras med hjälp av sin yta, tyngdpunktskoordi- naterna för ytan och punkt för punkt-lagrade konturer för ytan. Dessutom definieras alla möjliga ytor, tyngdpunkter och konturer för håligheter inuti ytan.

I fig. 8, vilken speciellt illustrerar förbränningszonen 1 hos en stokerpanna, indikeras bränsletransportriktningen medelst en pil 26, medan förbränningszonen 1 och dess läge definieras enligt följande: bilden uppdelas i kolumner i bränsletransport- riktningen, med en av kolumnerna visad i den ' vänstra delen av fig. 8, områdena och tyngdpunktskoordinaterna som er- íhålles för dessa områden beräknas för två intensitetsnivåklasser hos förbränningszonerna 1, 2 definierade ovan, så att själva förbränningszonen är ett område i kolumnen och representerande endera av för- bränningszonerna till följd av att det har en bredd lika med kolumnbredden och en form motsvarande dess verkliga yta samt har formen gav en rektangel, vilken är symmetriskt belägen i förhållande till dess tyngdpunkt 25 parallellt med kolumnriktningen.

Effektiv förbränning i tidsskalan representeras av median- området beräknat utgående från områdena av förbränninge- zoner identifierade i på varandra följande bilder över en tidrymd på 1-2 minuter. Rörelsehastigheten och riktningen för förbränningszonerna definieras utgående från lutningen hos regressionslinjen beräknad från i tiden på varandra 462 066 följande värden för tyngdpunkter som motsvarar median- områdena. Stabiliteten hos förbränningen representeras _av förhållandet mellan standardavvikelsen för områden och 'medelvärdena för områdena i en serie områden som bestäms av de på varandra följande bilderna. Ett lågt svängnings- värde indikerar en stabil och bra förbränningsprocess, medan ett stort svängningsvärde är karakteristiskt för störningar i förbränningen. Förhållandet mellan förbrän- ningsindikerande områden och totalomrâdet är korrelerat till bränslekvaliteten.

Fig. 9 visar ett sätt för redigering av de karakteriserande variablerna för förbränningen som beskrivits ovan för att visa dessa på en katodstrålerörsmonitor, vilken utnyttjas såsom bildenhet vid tillämpning av sättet enligt uppfin- ningen. Områden 1 är representativa för området med den hetaste zonen i kolumnen och följaktligen förbränninge- zonen. Tyngdpunkten för zonen är belägen vertikalt i zonens mitt. Områden 2 illustrerar förbränningszonerna med den lägre intensitetsnivån. Ett område 9 illustrerar bränsle- zonen. Ett område 6 illustrerar en förbränningszon utanför den faktiska flamfronten 14..Kanten hos bränslebredden har stoppats vid en punkt 7; där eld senast observerades.

Streck 3 indikerar det extrapolerade läget för tyngdpunkter hos förbränningsområden efter några få minuter. Ett vitt område 10 representerar aska.

Det ovan beskrivna sättet kan även tillämpas vid sodaâter- vinning. Sättet är.utmärkt tillämpbart vid temperaturregle- ring av en sodahuspanna, till-följd av att ingående tempe- raturskillnader ligger inom sama storleksområde. I soda- huspannan kan kameran vara placerad i exempelvis en primär- eller sekundärluftsinloppsöppning, för att underlätta över- vakningen av sodabäddens form. Till följd av de våglängder som förekommer i en sodahuspanna'föredrages att man ut- nyttjar en kamera som är känslig för infrarött ljus.

Claims (4)

462 066 Patentkrav

1. Sätt för generering av realtidsreglerparametrar med hjälp av en videokamera för rökgenererande förbrän- aningsprocesser,.vilket sätt baseras på generering av en videosignal med hjälp av en videokamera (12), digitalise- ring av videosignalen, och filtrering av den digitalise- rade videosignalen avseende tid och läge, k ä n n e- t e c k n a t av att den digitaliserade videosignalen uppdelas på basis av dess signalnivåfördelning i signal- subomrâden för att reducera mängden information som måste hanteras, att de bildelement som hör till samma subområde kombineras till varandra närliggande bildområden, vart och ett av vilka.motsvarar en speciell signalnivå, att sub- områdena kombineras till en integrerad bild, att medel- värdet bildas för.de efter varandra följande bilderna för att eliminera effekten av slumpmässiga störningar, samt att den medelvärdesbildade: bilden visas på en bildâter- givningsenhet.

2. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att sättet tillämpas vid regleringen av en stokerpanna.

3. Sätt enligt krav 1, k ä'n n e t e c kan a t av att sättet tillämpas vid regleringen av en sodahuspanna.

4. Sätt enligt något av föregående krav, k ä n n e- t e c k n a t av att den digitaliserade videosignalen uppdelas i subområden, så att de karakteriserande variab- lerna för signalfördelningarna hos videosignalen utnyttjas _för att definiera de signalsubomrâden som representerar förbränningsprocessen.