炉内火焰监控高温工业电视系统设计与应用

张翔

摘  要：随着科学技术的进步，工业领域对炉内火焰监控高温工业电视系统的设计要求越来越高。炉内火焰监控高温工业电视监控系统是一个封闭系统，其摄像信号可以经过控制箱转接到中控室，让操作人员可以在电视上直观地观看整个炉内火焰的燃烧情况。该文对炉内火焰监控高温工业电视系统的构成与原理、系统设计、硬件设计、系统性能指标与应用评价几个方面进行简要介绍，从而为炉内火焰监控高温工业电视系统的设计及优化提供一定参考。

关键词：炉内火焰;封闭系统;系统设计;硬件设计;性能指标

中图分类号：TN949.21                  文献标志码：A

0 引言

随着我国经济的发展，人们对高温作业监控系统的要求越来越高。在高温加热过程中，高温会对炉窖内部的结构、炉窖表面物质状况产生重要影响，而高温工业电视可以利用炉内火焰监控高温工业系统，对整个状态的变化进行直观展示，可以随时控制炉窖内整个设备的运行状态。当前，高温工业电视被广泛应用于石油加工、冶金、建材、化工等行业，可以远距离地对该炉窖的运行状态、燃料熔化以及火焰的状态进行实时监控，可以大大地提升整个工业系统运行的安全性，还可以改善整个系统的工作环境，同时也降低了工人的工作强度，实现对运行状态的实时调度。

1 系统构成与原理

炉内火焰监控高温工业系统主要包括电器控制箱、电源控制箱、系统监视器、高温探头罩以及高温针孔镜头、整个炉内的冷却系统等。炉内火焰监控高温监控系统主要包括CCD微型摄像机、监视器以及针孔镜头。针孔镜头的主要作用就是深入高温炉内把整个工业过程传至微型摄像机，然后形成全电视信号，最后中央处理器进行处理将信号转变成图像，显示在电视屏幕上。整个炉内火焰监控高温工业系统的原理示意图如图1所示。

整个监控系统的核心部分是升入炉内部的针孔探头，整个探头外部必须设置自动保护装置。一般现代的保护装置主要有3种：气源压力过低保护、炉内温度过高保护、炉内温度过高进行的自动断电保护。整个系统中的主机电路设置有压力传感器，当系统中的压力传感器检测到整个系统中的压力低于0.3 MPa时，系统内部的开关就会自动断开，并且控制系统会自动反馈给主机电路中的PLC控制器，使高温探头可以自动退出，这样可以实时保护整个高温探头，延长其使用寿命。探头的前端有一个热电偶温度探头器，该电器的作用是使用探头对温度进行采样，当热电偶探头的温度超过90 ℃时，整个系统电路中的开关继电器将形成信号，将整个控制线路信号反馈给控制箱内的PLC控制，经系统自动处理后控制探头将会自动退出。当系统中出现停电现象时，系统中的主机常会关闭继电器，将信号反馈给整个控制器，探针的探头罩将会自动退出。同时在炉内会设置辅助光源，其作用是可以使加热炉未被点燃或者炉内熄火时整个炉内部的光照强度大于2 Lux，这样方便整个微摄像机可以清晰地对炉内的工作环境以及炉内的管线等设施进行检查。

2 系统控制主机软件操作系统设计

2.1 基本操作步骤

控制系统一般有2种操作方式，手动操作方式和自动操作方式。一般手动操作方式的步骤如下：首先将旋转钮转至手动挡，这时手动挡的按钮就会亮，接下来就是按系统复位按钮，这时系统中的刮灰工位会变亮，枪体工位会熄灭，球阀工位也会熄灭;按下球阀开关，整个球阀工位就会变亮，再次按球阀开关，球阀工位就会熄灭，按下刮灰开关，整个刮灰工位就会熄灭，同样再按刮灰开关，刮灰工位就会亮，按下枪体进退开关，整个枪体工位就会变亮，再按枪体进退开关，整个枪体工位就会熄灭。在手动操作系统中必须注意的是当扭至手动后，必须按系统复位，否则按其他按钮是无效的，同时只有在球阀工位亮时才可以按枪体进退开关，否则按后面的按钮将会失效。

2.2 系统主控界面

系统的主控界面主要包括在线监控下的在线监测、设备监控以及历史记录3个选项。同时界面上还显示了整个炉内监控的实时图像。界面上状态区包括供电电源、摄像体位置、滑台主轴、摄像仪状态、滑台状态、伺服状态、PLC通信状态、刮灰状态、炉内实时温度、PLC控制、球阀状态以及整个监控的压力。同时整个系统的主控界面会显示镜头的温度1和镜头的温度2、枪内气压1、冷却水压和枪外气压、滑台进给量、镜头温度上限和冷却水压力下限。

2.3 系统管理

在对整个监控系统进行管理时，需要注意整个炉内火焰监控系统中的图像采集系统、自动退出装置系统、控制系统以及冷却系统的安全性，需要实时注意系统中安全性、信号变换，随时关注系统中的实时信息状態。

2.4 设置查询

整个监控系统的相关参数会显示在系统的主控界面上，当需要系统中的相关参数时，可以通过系统主控界面调出。系统中的相关参数由数据采集终端以及数据接收端2个部分组成。数据采集端主要是负责相关数据的采集及发送，数据接收端是负责接收数据并将数据传至远程控制的计算机，可以方便对整个系统相关参数进行设置查询。

2.5 监控图像

整个监控系统的图像采集主要由摄像机、耐高温针孔镜头和系统中的监视器组成。由于一般摄像机对工作环境中的温度要求比较低，无法在炉内温度高于1 000 ℃的环境中工作。因此需要借助耐高温的宝蓝石镜片组成的针孔镜头对其进行观测。摄像机一般需要采用稳定性较好的高分辨率彩色或者白色相机对炉内进行图像采集。将摄像机与自动退出装置组合安装在一起，将摄像机的耐高温镜头送入炉内采集图像信号，通过同轴电缆传送至主监控室。

3 系统硬件设计

整个监控系统采用嵌入式数字集成电路进行控制，传统系统是以PLC为核心的控制模式，而现代的嵌入式监控系统节约了成本开销，同时使整个系统的安装程序变得简单，整个系统采用的是控制芯片组件而不是直接使用的可以编程的控制软件，更加方便地将采集到的信号整合到整个系统上去。一般系统的硬件设施包括摄像头控制、整个系统的温度和压力采集、探头的断电保护装置。

4 性能指标与应用评价

将该操作系统应用于高温企业电视监控系统设备中，该系统的摄像机具有自动退出功能，当系统中的温度过高或者压力不足时，系统会自动地对高温作业电视的监控系统设备进行报警并且退出到炉外，能够很好地起到保护作用，并且能够及时地让现场的工作人员处理故障。将该系统应用到该企业的生产过程中，极大地帮助了操作人员实时地了解炉内的工作状况，同时能够实时观测炉内的运行状态，极大地降低了工作人员的工作强度，提高了整个企业的生产效率，同时也大大提升了整个设备的安全性。

参考文献

[1]孙轶楠.原油加热炉炉内火焰工业电视监控系统简介[J].石油和化工设备，2013，16（8）：76-77.

[2]姜怒涛.采用耐高温镜头的高温内窥式炉内火焰监视工业电视系统[J].中国电力，2018（6）：72.