Система автоматического регулирования процесса горения Советский патент 1985 года по МПК F23N5/08 

Изобретение относится к энергетике, и может быть применено в котельных и топочных установках, работающих на газообразном, жидком и твердом топливе с раздельной, изолированной от внешней среды подачей компонентов топлива. Известна система для контроля процесса горения по излучению факела, позволяющая наблюдать изображение светящейся части пламени с помощью телевизионной установки 1. Недостатком системы является то, что она предназначена лишь для контроля оператора за процессом по изображению на экране телевизора. Наиболее близкой к изобретению является система автоматического регулирования процесса горения, содержащая последовательно расположенные объектив, светофильтр и датчик, соединенный через устройство сравнения с регулятором соотношения топливо-окислитель 2, Недостатком системы автоматического регулирования является низкая точность регулирования из-за того, что система не может реагировать на изменение геометрических размеров и яркости факела при сохранеНИИ его пространственного положения. Кроме того, перенастройка на другой режим достаточно трудоемка и требует отключения всей системы регулирования. Целью изобретения является повыщение точности регулирования. Поставленная цель достигается тем, что система автоматического регулирования процесса горения, содержащая последовательно расположенные объектив, светофильтр и датчик, соединенный через устройство сравнения с регулятором соотношения топливоокислитель, дополнительно содержит пульт управления, видеоконтрольное устройство, коммутатор, аналого-цифровой преобразоватеЛь, долговременное запоминающее устройство и оперативное запоминающее устройство, а датчик выполнен в виде телевизионной трубки, причем коммутатор соединен с телевизионной трубкой, устройством сравнения, пультом управления, видеоконтрольным устройством, долговременным запоминающим устройством, аналого-цифровым преобразователем и оперативным запоминающим устройством, а к последнему подсоединены связанные между собой долговременное запоминающее устройство и аналого-цифровой преобразователь. На фиг. 1 представлена принципиальная схема системы автоматического регулирования процесса горения; на фиг. 2 - блок-схе ма сравнения сигнала, поступающего из оперативного запоминающего устройства с сигналом от телевизионной трубки в двоичном коде. Система автоматического регулирования процесса горения содержит горелочное устройство 1, оптическую систему, состоящую из объектива 2 и светофильтра 3, заключенных в корпус 4. В фокальной плоскости объек-(, тива 2 установлена передающая телевизионная трубка 5, соединенная с коммутатором 6 запоминающего устройства 7 и коммутатором 8 устройства 9 сравнения. Коммутаторы 6 и 8 соединены между собой. Запоминающее устройство 7 содержит также аналого-цифровой преобразователь 10, оперативное запоминающее устройство 11, долговременное запоминающее устройство 12. Коммутатор 6 соединен с пультом 13 управления и видеоконтрольным устройством 14. Аналого-цифровой преобразователь 10 последовательно соединен с долговременным запоминающим устройством 12, кроме того, аналого-цифровой преобразователь 10 и долговременное запоминающее устройство 12 соединены с оперативным запоминающим устройством 11. Коммутатор 8 устройства 9 сравнения соединен с аналого-цифровым преобразователем 15 устройства 9 сравнения и устройством 16 синхронизации, которые соединены с блоком 17 сравнения. Блок сравнения последовательно соединен с регулятором 18 соотношения топливо-окислитель, соединенным с горелочным устройством 1. На фиг. 2 приведена блок-схема сравнения сигналов, поступающих из оперативного запоминающего устройства с телевизионной трубки в двоичном коде (последовательность сигналов Си 1), где А . до Л п . обозначены рассогласования интенсивности сигналов координат точек Н(х1у1), а Адоп- допустимая величина рассогласования. При 3TOivi условно показано количество точек от N до Nav Система работает следующим образом. Изображение пламени, формируемое оптической системой, проецируется на передающую телевизионную трубку 5. В зависимости от конкретных условий измерений ось оптической системы располагают перпендикулярно оси пламени, либо по оси, либо любым способом, обеспечивающим получение максимальной информации о геометрии светящейся зоны пламени и ее яркостных характеристиках. Передающая телевизионная трубка 5 преобразует изображение пламени в электрический видеосигнал определенного вида. Видеосигнал, несущий информацию о площади светящейся зоны пламени, ее конфигурации, пространственном положении и распределении яркости по полю изображения, через коммутатор 6 попадает в аналого-цифровой преобразователь 10 запоминающего устройства 7, где из аналоговой формы преобразуется в цифровую. Каждое число, выраженное в двоичном коде, связано с координатами в строке и в

кадре и, следовательно, с положением данной точки изображения пламени.

Запоминание сигнала в цифровом виде осуществляется в долговременном запоминающем устройстве 12. В этом устройстве хранятся цифровое массивы, соответствующие изображению режимов горения с известными термодинамичческими характеристиками, полученные при настройке системы. Из долговременного запоминающего устройства 12 цифровой массив, соответствующий определенному режиму, поступает в оперативное запоминающее устройство 11. Пересылка массива из долговременного запоминающего устройства 12 в оперативное запоминающее устройство 11 осуществляется соответствующим электрическим сигналом, выдаваемым с пульта 13 управления через коммутатор 6 в долговременное запоминающее устройство 12. Из оперативного запоминающего устройства 11 массивы информации, соответствующие заданным режимам, поступают в устройство 9 сравнения через коммутатор 6.

Коммутатор 6 запоминающего устройства 7 осуществляет коммутацию сигналов между передающей телевизионной трубкой 5, аналого-цифровым преобразователем 10, оперативным запоминающим устройством 11, долговременным запоминающим устройством 12, пульсом 13 управления, видеоконтрольным устройством 14 и коммутатором 8 устройства сравнения.

С пульта 13 управления в устройство сравнения задают допустимые отклонения режима (по геометрическим и яркостным характеристикам), оптимизируют процесс тепломассообмена путем коррекции формы, положения и яркости факела.

Допустимые отклонения задают величиной рассогласования в каждой точке изображения сравниваемого - (с передающей телевизионной трубки 5) и хранящегося в оперативном запоминающем устройстве 11 кадров (фиг. 2). Оптимизация процесса тепломассообмена осуществляется путем задания с пульта управления 13 в оперативное запоминающее устройство 11 распределения числовых значений (соответствующих яркости) в каждой точке изображения пламени. Таким же образом возможно осуществлять коррекцию режимов, хранящихся в оперативном запоминающем устройстве 11.

Через коммутатор 6 устройства 7 запоминания аналоговый сигнал с передающей телевизионной трубки 5 постоянно передается на видеоконтрольное устройство 14 для визуального наблюдения за процессом горения.

В режиме автоматического регулирования видеосигнал с передающей телевизионной трубки 5 поступает в коммутатор 8 устройства 9 сравнения, откуда попадает в аналого-цифровой преобразователь 15, где .из аналогового вида преобразуется в цифровой. Устройство 16 синхронизации осуществляет совмещение начала сравниваемого сигнала 5 с сигналом, поступающим из оперативного запоминающего устройства 11. Сравнение сигналов происходит в блоке 17 сравнения в цифровом виде отдельно для каждой точки изображения. Блок 17 сравнения может быть выполнен, например, на основе арифметического устройства, последовательно соединенного с цифроаналоговым преобразователем. На фиг. 2 приведена блок-схема сравнения сигналов.

Величина рассогласования интенсивности

5 сигналов . АПполучается вычитанием

сравниваемого и хранящегося в оперативном запоминающем устройстве 11, сравнивается с допустимой величиной рассогласования Адоп . Координаты точек Ы(х1у1) с рассогласованными значениями интенсивности (яркости) определяют изменение положения формы и площади изображения факела.

В случае рассогласования интенсивности, при сохранении положения формы площади факела, осуществляется регулирование соотношения компонентов топливной смеси. При сохранении интенсивности свечения факела и изменении формы и площади производится регулирование распределения топливной смеси по полю зоны горения. Возможно также совместное регулирование этих параметров.

Для исключения выдачи сигнала при случайных колебаниях факела до поступления сигнала на цифроаналоговый преобразователь, а затем на регулятор 18 производится статистическая обработка сигнала по нескольким кадрам. Управляющие цифровые сигналы, преобразованные в цифроаналоговом преобразователем в управляющее напряжение, поступают на регулятор 18, который осуществляет регулирование расхода компонентов топлив-ной смеси в горелочное устройство.

Пример конкретного выполнения системы автоматического регулирования процесса

5 горения зависит от типа передающей теле.визионной трубки, вид сигнала с которой будет определять тип аналого-цифровых преобразователей, а количество дискретных элементов изображения - объем оперативного и долговременного запоминающих уст ройств, а также вид блока сравнения.

Система позволяет осуществлять регулирование процесса горения в широком диапазоне расходов компонентов топлива и коэффициента избытка окислителя за счет запоминания режимов с различными термодинамическими характеристиками.

Запоминание сигнала в цифровом виде позволяет производить коррекцию режимов

с известными характеристиками, оптимизировать процесс тепло-массообмена и задавать допустимые отклонеиия выбраниых режимов, а также оперативно переводить систему на новый режим. Яз оператибного % ,-

Статистическая (работка сигнала

I

Рассогласование интенсивности при сохранении геометрии

i

Регулирование соотношения компонеитоб

Увеличение чувствительности и точности регулирования достигается за счет регистрации как геометрических параметров светящейся зоны пламени, так и ее яркостных характеристик по полю изображения.

Статистическая одрадотка сигнала

I

Рассогласование геометрии при сохранении интенсивности

(CpgwcOTW

1.

Регулиродание распределения топливной смеси

(тмвстт блока коррекции и управленая . ф AfAi |Дг / Анализ беличий рассогласования координаты H(Xiyi) I iQfmo Hit j. .. ; fb ЙЭЛ I I

В регулятор соотношения mmuSo-окислитель Фиг.г

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ГОРЕНИЯ, содержащая последовательно расположенные объектив, светофильтр и датчик. акисли/пель соединенный через устройство сравнения с регулятором соотношения топливо-окислитель, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности регулирования, система содержит пульт управления, видеоконтрольное устройство, коммутатор, аналого-цифровой пребразоват ль, долговременное запоминающее устройство и оперативное запоминающее устройство, а датчик выполнен в виде телевизионной трубки, причем коммутатор соединен с телевизионной трубкой, устройством сравнения, пультом управления, видеоконтрольным устройством, долговременным запоминающим усройством, аналогоцифровым преобразователем и оперативным запоминающим устройством, а к последнеi му подсоединены связанные между собой долговременное запоминающее устройство и аналого-цифровой преобразователь.