[摘 要] 介绍了一种基于Mega8单片机和2868紫外光敏的气体燃烧的安全监控系统,并详述了系统实现的方法及气体火焰检测部分的软硬件设计,为使用气体做燃料的企业提供了一种很好的安全监控的系统。
[关键词] 安全监控 Mega8单片机 2868紫外光敏管
1. 引言
气体燃烧安全监控系统是一个燃烧器管理和燃料安全联锁系统,它能在锅炉正常工作和启动、停止等运行方式下,连续监视燃烧系统的状态,完成必要的操作或处理未遂性事故,以保证锅炉炉膛及燃烧系统的安全,它将在防止由于运行人员误操作及设备故障时引起锅炉炉膛喷烟、爆炸而产生的人身伤害、设备损坏方面起重要的保障作用。气体燃烧安全监控系统包括燃烧器控制系统和燃料安全系统,可对锅炉运行的主要参数和锅炉辅机运行状态进行连续监测并对锅炉燃烧器进行管理,在操作人员来不及处理的危急情况下,将燃料系统置安全状态,而保证锅炉及所附设备的安全。
2. 系统功能
气体燃烧安全监控系统的功能包括三个方面:
2.1 锅炉灭火保护
气体泄漏试验、炉膛吹扫、单火嘴火焰监视、全炉膛火焰监视、MFT、报警。
2.2 燃烧器自动控制
燃烧器点火、灭火程序控制(包括油枪就地控制,油管路系统阀门控制)、给粉机转速控制、一、二次风风门控制、燃烧器各层喷嘴和只数的自动切换、快速减负荷、快速切回。
2.3 主燃料自动控制
磨煤机控制、给煤机控制、煤层起停自动控制。
3.系统组成
系统由控制柜和现场设备两部分组成
3.1 控制柜
控制柜是系统的核心部分,它通过采集现场不同信号,进行计算分析处理,并输出各种控制信号实现对锅炉燃烧器和燃料的控制。
3.2 现场设备
现场设备包括驱动装置伺服电机,阀门、执行器、传感元件等设备。
4.油层自动点火部分基本功能
(1)自动或手动控制推进器的进退;
(2)自动或手动控制高能点火器点火;
(3)自动或手动控制油阀、汽阀的吹扫、投油、截止;
(4)自动或手动控制方式切换;
(5)运行状况指示。
5.火焰检测部分
火检器的类型:燃料燃烧的化学反应中将释放出大量的能量,包括光能,如紫外线(6～400nm)、可见光(400～760 nm)、红外线(760nm以上),热能和声辐射能等,应用不同的火焰特征可以构成不同类型火检器。
5.1直接式火检器
一般用于点火器的火焰检测,常用的有检出电极法、差压法、声波法和温度法等;
5.2间接式火检器
利用辐射光能原理,检测火焰中的紫外、可见和红外光线的存在以判定火焰状况;
5.3数字图像火检装置
用CCD摄像机摄取火焰图像送到计算机,对图像进行数字化处理,计算出燃料燃烧火焰的温度场,火焰的能级,从而判断出燃烧的好坏及燃烧不稳告警和熄火保护等。
气体燃烧安全监控系统中的火焰检测部分采用的是间接式火检器,它通过配合不同类型的传感头,能检测到火焰中的紫外线、可见光以及红外线等,从而实现对燃烧器点火、灭火的控制以及给油喷油控制。火检器部分结构框图如下:
程序流程图
图中探头部分采用的是日本HAMA—MATSU公司出品的R2868型紫外光敏管。它测量的波长范围为185nm至260nm的紫外光,在5m的距离上能辨别出高度为lcm的烛光。它的光谱范围及其他几种光源的光谱范围如下图所示:
由图可见,R2868 只响应波长很狭窄的一部分(180～260nm),而其他光源(如太阳光等)的光谱范围则要宽广的多,而且在R2868响应的光谱范围内能量极弱,由此可见R2868抗外界的干扰能力很强,很适合用于检测火焰状态。控制电路的原理图如下:
当有火焰的时候,R2868就会发生电离并输出频率大于1MHz的高频脉冲信号给控制柜中的检测仪表,检测仪表通过采集这个脉冲信号,进行分析运算处理,并将处理的结果直接作用于控制端来进行燃烧器点火、灭火程序控制,检测仪表的程序流程图如下:
其工作原理为通过利用单片机Mega8的定时器T0产生一个3600Hz的中断,用另外的定时器T1作为计数器,当到达定时中断后,读取计数器中记录的脉冲数,并对脉冲数进行分析和处理,最后判断出是否有火,当判定无火时,CPU输出一个控制信号提供给控制柜中的报警接点,及时切断供油喷嘴系统,停止向炉膛内供油,同时发出声光报警,提醒操作人员注意,防止锅炉炉膛喷烟、爆炸,确保设备和人员安全。检测仪表的另外一个作用是它可以根据采集的脉冲信号的频率大小,分析出炉膛内火焰的强度,并可根据检测出的强度和通过仪表面板上的光柱显示出来,并通过模拟电流或电压信号输出制燃料控制部分中的执行器等设备上,从而达到对燃料的控制,实现节能降耗的目的。
在火焰监测系统中,灵敏度是一个非常重要的因素,提高系统的灵敏度即可提高整个系统的响应时间,还可有效地消除误发灭火信号。在气体燃烧监测系统中专门设计了一种反时限特性的延时电路,使灭火延时的长短取决于灭火前的强度和频率的变化速率。当火焰的强度、频率值以高速率降至阈值以下时延时应长一点,因为这时炉内有足够的能量支持燃烧,不会达到真正灭火的状态;当火焰的强度、频率缓慢地降至阈值时,说明火焰的支持能量较小,延时就要短一些,以防止拒动。“灭火”—— “有火”延时,与强度、频率的上升速率成反比。气体燃烧监测系统正是通过测定频率变化的速率来确定炉内状态,从而提高了火焰检测的可靠性与准确性。
6.火检冷却风系统
冷却风系统是由两台高冷却风系统是由两台高压离心式风机、风机控制柜组成,正常时一台高压离心式风机工作提供冷却风,它能提供连续的常温风送至每支火焰检测探头,防止探头因过热损坏或因光敏管污染检测不准。通过风压测点的检测开关,实时检测冷却风管道的压力,当风压测点的检测值低于设定值,由风机控制柜自动控制启动另一台高压离心式风机,以确保冷却风量与风压。
综上可知,气体燃烧安全监控系统的特点是灵活性和扩展性强,灵敏度高,可根据现场环境随意组合,具有其他传统监控系统无法比拟的优势。
参考文献:
[1]许立梓等.微型计算机原理及其应用[M].北京:机械工业出版社,2003.1
[2]李朝春.单片机原理及接口技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,2005.9
作者简介:
丁凤玲(1975、05—),女,汉族,黑龙江哈尔滨人,哈尔滨市瑞兴电气有限公司,助理工程师,研究方向:电力工程自动化、计算机应用;
郭庆伟(1973、09-),男,汉族,黑龙江拜泉人,哈尔滨市瑞兴电气有限公司,机电工程师,研究方向:电力工程及其自动化、生产安全管理。