爐內火焰監控高溫工業電視系統設計與應用

張翔

摘? 要：隨著科學技術的進步，工業領域對爐內火焰監控高溫工業電視系統的設計要求越來越高。爐內火焰監控高溫工業電視監控系統是一個封閉系統，其攝像信號可以經過控制箱轉接到中控室，讓操作人員可以在電視上直觀地觀看整個爐內火焰的燃燒情況。該文對爐內火焰監控高溫工業電視系統的構成與原理、系統設計、硬件設計、系統性能指標與應用評價幾個方面進行簡要介紹，從而為爐內火焰監控高溫工業電視系統的設計及優化提供一定參考。

關鍵詞：爐內火焰;封閉系統;系統設計;硬件設計;性能指標

中圖分類號：TN949.21? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

0 引言

隨著我國經濟的發展，人們對高溫作業監控系統的要求越來越高。在高溫加熱過程中，高溫會對爐窖內部的結構、爐窖表面物質狀況產生重要影響，而高溫工業電視可以利用爐內火焰監控高溫工業系統，對整個狀態的變化進行直觀展示，可以隨時控制爐窖內整個設備的運行狀態。當前，高溫工業電視被廣泛應用于石油加工、冶金、建材、化工等行業，可以遠距離地對該爐窖的運行狀態、燃料熔化以及火焰的狀態進行實時監控，可以大大地提升整個工業系統運行的安全性，還可以改善整個系統的工作環境，同時也降低了工人的工作強度，實現對運行狀態的實時調度。

1 系統構成與原理

爐內火焰監控高溫工業系統主要包括電器控制箱、電源控制箱、系統監視器、高溫探頭罩以及高溫針孔鏡頭、整個爐內的冷卻系統等。爐內火焰監控高溫監控系統主要包括CCD微型攝像機、監視器以及針孔鏡頭。針孔鏡頭的主要作用就是深入高溫爐內把整個工業過程傳至微型攝像機，然后形成全電視信號，最后中央處理器進行處理將信號轉變成圖像，顯示在電視屏幕上。整個爐內火焰監控高溫工業系統的原理示意圖如圖1所示。

整個監控系統的核心部分是升入爐內部的針孔探頭，整個探頭外部必須設置自動保護裝置。一般現代的保護裝置主要有3種：氣源壓力過低保護、爐內溫度過高保護、爐內溫度過高進行的自動斷電保護。整個系統中的主機電路設置有壓力傳感器，當系統中的壓力傳感器檢測到整個系統中的壓力低于0.3 MPa時，系統內部的開關就會自動斷開，并且控制系統會自動反饋給主機電路中的PLC控制器，使高溫探頭可以自動退出，這樣可以實時保護整個高溫探頭，延長其使用壽命。探頭的前端有一個熱電偶溫度探頭器，該電器的作用是使用探頭對溫度進行采樣，當熱電偶探頭的溫度超過90 ℃時，整個系統電路中的開關繼電器將形成信號，將整個控制線路信號反饋給控制箱內的PLC控制，經系統自動處理后控制探頭將會自動退出。當系統中出現停電現象時，系統中的主機常會關閉繼電器，將信號反饋給整個控制器，探針的探頭罩將會自動退出。同時在爐內會設置輔助光源，其作用是可以使加熱爐未被點燃或者爐內熄火時整個爐內部的光照強度大于2 Lux，這樣方便整個微攝像機可以清晰地對爐內的工作環境以及爐內的管線等設施進行檢查。

2 系統控制主機軟件操作系統設計

2.1 基本操作步驟

控制系統一般有2種操作方式，手動操作方式和自動操作方式。一般手動操作方式的步驟如下：首先將旋轉鈕轉至手動擋，這時手動擋的按鈕就會亮，接下來就是按系統復位按鈕，這時系統中的刮灰工位會變亮，槍體工位會熄滅，球閥工位也會熄滅;按下球閥開關，整個球閥工位就會變亮，再次按球閥開關，球閥工位就會熄滅，按下刮灰開關，整個刮灰工位就會熄滅，同樣再按刮灰開關，刮灰工位就會亮，按下槍體進退開關，整個槍體工位就會變亮，再按槍體進退開關，整個槍體工位就會熄滅。在手動操作系統中必須注意的是當扭至手動后，必須按系統復位，否則按其他按鈕是無效的，同時只有在球閥工位亮時才可以按槍體進退開關，否則按后面的按鈕將會失效。

2.2 系統主控界面

系統的主控界面主要包括在線監控下的在線監測、設備監控以及歷史記錄3個選項。同時界面上還顯示了整個爐內監控的實時圖像。界面上狀態區包括供電電源、攝像體位置、滑臺主軸、攝像儀狀態、滑臺狀態、伺服狀態、PLC通信狀態、刮灰狀態、爐內實時溫度、PLC控制、球閥狀態以及整個監控的壓力。同時整個系統的主控界面會顯示鏡頭的溫度1和鏡頭的溫度2、槍內氣壓1、冷卻水壓和槍外氣壓、滑臺進給量、鏡頭溫度上限和冷卻水壓力下限。

2.3 系統管理

在對整個監控系統進行管理時，需要注意整個爐內火焰監控系統中的圖像采集系統、自動退出裝置系統、控制系統以及冷卻系統的安全性，需要實時注意系統中安全性、信號變換，隨時關注系統中的實時信息狀態。

2.4 設置查詢

整個監控系統的相關參數會顯示在系統的主控界面上，當需要系統中的相關參數時，可以通過系統主控界面調出。系統中的相關參數由數據采集終端以及數據接收端2個部分組成。數據采集端主要是負責相關數據的采集及發送，數據接收端是負責接收數據并將數據傳至遠程控制的計算機，可以方便對整個系統相關參數進行設置查詢。

2.5 監控圖像

整個監控系統的圖像采集主要由攝像機、耐高溫針孔鏡頭和系統中的監視器組成。由于一般攝像機對工作環境中的溫度要求比較低，無法在爐內溫度高于1 000 ℃的環境中工作。因此需要借助耐高溫的寶藍石鏡片組成的針孔鏡頭對其進行觀測。攝像機一般需要采用穩定性較好的高分辨率彩色或者白色相機對爐內進行圖像采集。將攝像機與自動退出裝置組合安裝在一起，將攝像機的耐高溫鏡頭送入爐內采集圖像信號，通過同軸電纜傳送至主監控室。

3 系統硬件設計

整個監控系統采用嵌入式數字集成電路進行控制，傳統系統是以PLC為核心的控制模式，而現代的嵌入式監控系統節約了成本開銷，同時使整個系統的安裝程序變得簡單，整個系統采用的是控制芯片組件而不是直接使用的可以編程的控制軟件，更加方便地將采集到的信號整合到整個系統上去。一般系統的硬件設施包括攝像頭控制、整個系統的溫度和壓力采集、探頭的斷電保護裝置。

4 性能指標與應用評價

將該操作系統應用于高溫企業電視監控系統設備中，該系統的攝像機具有自動退出功能，當系統中的溫度過高或者壓力不足時，系統會自動地對高溫作業電視的監控系統設備進行報警并且退出到爐外，能夠很好地起到保護作用，并且能夠及時地讓現場的工作人員處理故障。將該系統應用到該企業的生產過程中，極大地幫助了操作人員實時地了解爐內的工作狀況，同時能夠實時觀測爐內的運行狀態，極大地降低了工作人員的工作強度，提高了整個企業的生產效率，同時也大大提升了整個設備的安全性。

參考文獻

[1]孫軼楠.原油加熱爐爐內火焰工業電視監控系統簡介[J].石油和化工設備，2013，16（8）：76-77.

[2]姜怒濤.采用耐高溫鏡頭的高溫內窺式爐內火焰監視工業電視系統[J].中國電力，2018（6）：72.