[发明专利]基于影像分析的放空火炬黑烟消除智能控制方法

说明书

本发明公开了基于影像分析的放空火炬黑烟消除智能控制方法，该方法基于影像分析技术、智能控制技术，应用可见光和红外光高清摄像头、上位机和影像分析软件、PLC控制器和组态软件，通过高清摄像机拍摄火炬燃烧场景影像，将影像传入上位机中，利用影像分析技术在MATLAB中检测黑烟品质，将计算的黑烟品质值作为反馈值传递给PLC控制器中，最终PLC控制器输出信号控制助燃蒸汽阀门开度以实现消烟。本发明通过计算得到助燃蒸汽电动阀门开度初始值，以火炬气流量作为前馈值，来及时跟踪火炬气流量的变化。基于影像分析技术，以黑烟品质数据作为反馈信号，在火炬高效燃烧与节能减排方面具有很大的先进性。

技术领域

本发明属于石化企业放空火炬控制系统，利用影像分析技术和智能控制方法来进行放空火炬助燃蒸汽流量控制，从而消除黑烟，提高火炬燃烧效率并减少能耗。

背景技术

放空火炬广泛存在于石油化工厂、炼油厂等企业的工业系统中，是保障企业安全生产的一种特殊燃烧设施。当发生设备故障、停水、停气、停电、火灾、误操作等生产事故时，生产装置会排放出大量的废气，这些废气大都属于易燃、易爆、有毒气体，无法直接排放到空气中。因此，无论从安全的角度还是生态环境的角度出发，设置放空火炬系统都是必然的。然而火炬排放气体的组成具有复杂性、时变性，流动状态具有瞬时性、突然性和大排量等特点，因此火炬排放气体很难充分燃烧，产生黑烟，造成新的环境污染；同时，导致有毒气体慢慢下沉积累，威胁周边人员安全。

目前主流的消烟方法是注入助燃蒸汽消烟。当前国内大多数企业采用人工控制，通过有经验的技术人员调控助燃蒸汽流量的大小。但是人工控制常常会因为技术人员的经验问题，出现不及时、助燃蒸汽流量过大或过小的问题，不但很难保证火炬气充分燃烧，产生黑烟污染环境，还会造成助燃蒸汽的大量浪费、设备寿命降低。目前急需一种新型的助燃蒸汽流量自动控制方法。

本发明提出了一种基于影像分析的放空火炬燃烧智能控制方法。利用高清摄像头获取火炬燃烧场景影像，采用影像分析方法识别黑烟程度，将其反馈给下位机PLC控制器中，控制器根据智能控制算法自动控制助燃蒸汽阀门开度进行消烟，实现火炬高效燃烧，减少环境污染和节能减排。

发明内容

本发明基于影像分析技术、智能控制技术，应用可见光和红外光高清摄像头、上位机和影像分析软件、PLC控制器和组态软件，实现一种新型火炬消烟智能控制方法。该方法以PLC和控制程序为核心，采用影像分析技术检测黑烟品质，利用组态软件设计上位机操作界面并实现与PLC和摄像机的通信。本发明是通过以下技术方案实现的，包括以下步骤：

第一步：高清摄像机选型和影像数据采集。

第二步：火炬影像分析程序设计和火炬黑烟品质计算。

第三步：PLC控制器硬件选型设计和组态。

第四步：PLC控制程序设计。

第五步：上位机组态控制程序和监控界面设计。

第六步：各部分通信的设计和联调。

本发明的原理是：

通过高清摄像机拍摄火炬燃烧场景影像，将影像传入上位机，在上位机利用影像分析技术在MATLAB中检测黑烟品质，将计算的黑烟品质值作为反馈值传递给PLC控制器中，最终PLC控制器输出信号控制助燃蒸汽阀门开度以实现消烟。本发明采用前馈+反馈控制策略进行消烟控制。利用火炬气的流量、平均分子量、助燃蒸汽量，通过计算得到助燃蒸汽电动阀门开度初始值，以火炬气流量作为前馈值，来及时跟踪火炬气流量的突变。反馈控制采用串级控制方式，系统主变量为火炬燃烧场景影像分析给出的黑烟程度，副变量为助燃蒸汽阀门开度，主副控制器串联工作，主控制器的输出作为副控制器的给定值。主副控制器均采用正作用方式，当黑烟程度上升时，由于主控制器是正作用所以输出增大，即副控制器输入也增大，又因为副回路也是正作用输出阀门开度增大，助燃蒸汽流量加大进行火炬消烟，黑烟程度下降和消失。

附图说明