基于并行處理的超聲法煤粉濃度測量用數據處理系統技術方案

本發明專利技術提出一種基于并行處理的超聲法煤粉濃度測量用數據處理系統。包括主控模塊和與多臺磨煤機對應的多個標準測量模塊；所述主控模塊用于向其它模塊發送控制指令并存儲計算獲得的煤粉濃度數據；所述標準測量模塊用于同時采集每臺磨煤機的超聲波接收傳感器的超聲波信號并計算獲得每臺磨煤機各測點的煤粉濃度，實現并行數據處理。本發明專利技術只需一套標準信號采集模塊和多臺計算用專用工作站即可在滿足快速數據處理的要求，能夠在充分發揮其性能的同時降低了系統成本。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于火電
，具體涉及一種在使用超聲法進行煤粉濃度測量時使用的數據處理系統。
技術介紹
我國大多數燃煤電站鍋爐采用直流燃燒器、切圓燃燒方式。風粉系統的運行情況對這類鍋爐運行的安全性、經濟性影響極大。運行中一次風管內的煤粉濃度是影響定爐內燃燒工況穩定性以及鍋爐燃燒效率的重要參數，合理控制煤粉濃度，還可大幅度降低NOx的排放濃度，因此有必要對煤粉濃度進行在線監測。使用超聲法測量時，通常在被測流體的管道的兩側分別安裝一個超聲波發射傳感器和兩個超聲波接收傳感器，超聲波發射傳感器通過驅動信號源驅動從而發射出一定的波形信號，而超聲波接收傳感器就會把這個信號傳入采集設備，因為煤粉濃度的變化會導致超聲波信號會發生相應的衰減，從而可以通過對超聲波信號的分析來實現煤粉濃度的測量。超聲法屬于非接觸式測量，根據超聲波在氣固兩相流中應固相濃度(固相流體的含量)的變化而導致其傳播特性發生改變的現象可實現煤粉濃度的測量。超聲波的頻率在20Khz以上，為了得到較高的測量精度，往往需要使用較高的采樣頻率和合適的采樣時間。以一臺300MW、6臺磨、24根煤粉管道的機組而言，每個煤粉管道2個測量數據通道，采用40KHz的超聲波，采樣頻率設置為每秒10M采樣點，采樣時間0.1S，采樣精度16位，則每個測量周期需要處理96M字節的測量數據，如此大的數據量給數據傳輸和后續數據處理帶來挑戰。如電廠要求24根煤粉管道的測量時間不得超過6S，這就意味著從發送超聲波驅動信號，接收超聲波信號后信號濾波放大，數據采集，數據傳輸，數據處理，測量結果顯示存儲和上傳必須在6S內完成。這對數據的傳輸和處理提出了很高的要求。目前現有的最有代表的高速數據處理系統是基于單片機和ARM的數據處理系統，由于電廠的工作環境比較復雜，電磁干擾較嚴重，在穩定性和數據處理能力上還無法滿足要求。而如果每個測量點都配備一套信號濾波放大和數據采集和工控機，則數據處理在性能上能滿足要求，但成本過高。因此，目前現有的高速數據處理方案存在性能、穩定性和成本之間的矛盾，基于單片機和ARM的數據處理系統本身的成本較低，但是穩定性和長期運行可靠性較差，數據處理能力較弱這些現狀，這就需要在每個測量點都配備獨立的信號濾波放大、數據采集和工控機才能在性能上能達到最優，這樣又導致成本過高，因此急需一種成本適中，穩定性和長期運行可靠性較高，數據處理能力較強的技術解決方案。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提出一種基于并行處理的超聲法煤粉濃度測量用數據處理系統，只需一套標準信號采集模塊和多臺計算用專用工作站即可在滿足快速數據處理的要求，能夠在充分發揮其性能的同時降低了系統成本。為了解決上述技術問題，本專利技術提出一種基于并行處理的超聲法煤粉濃度測量用數據處理系統，包括主控模塊和與多臺磨煤機對應的多個標準測量模塊；所述主控模塊用于向其它模塊發送控制指令并存儲計算獲得的煤粉濃度數據；所述標準測量模塊用于同時采集每臺磨煤機的超聲波接收傳感器的超聲波信號并計算獲得每臺磨煤機各測點的煤粉濃度，實現并行數據處理。進一步，主控模塊還包括傳感器驅動通訊模塊，上位機通訊模塊，測量結果顯示、查詢和保存模塊和下位機通訊模塊；其中，傳感器驅動通訊模塊與超聲波傳感器信號驅動機構連接，用于主控模塊向超向聲波發射傳感器發送驅動信號；上位機通訊模塊與電廠DCS系統連接，用于主控模塊將測量獲得的煤粉濃度數據傳送給電廠DCS系統；測量結果顯示、查詢和保存模塊與顯示器連接，測量結果顯示、查詢和保存模塊用于保存測量獲得的煤粉濃度數據，還可以將粉濃度數據測量結果送給顯示器進行顯示，操作人員也可以通過顯示器在測量結果顯示、查詢和保存模塊中查詢測量獲得的煤粉濃度數據；下位機通訊模塊與標準測量模塊連接，用于建立主控模塊與每個標準測量模塊之間的通訊。進一步，標準測量模塊包括計算控制用工作站、高速數據采集器、微弱信號放大器、和信號帶通濾波器；其中，所述高速數據采集器，用于采集每臺磨煤機的每個測點的超聲波接收傳感器的超聲波信號；所述微弱信號放大器用于放大每個測點的超聲波信號；所述信號帶通濾波器用于消除每個測點的雜波；所述計算控制用工作站，為具有數據計算功能的服務器或電腦等，根據所述每臺磨煤機的每個測點的超聲波信號計算獲得所述待測磨煤機各測點的煤粉濃度。本專利技術與現有技術相比，其顯著優點在于，該系統由于只用了一套信號采集設備，包括一套帶通濾波器和信號放大器，同時對對多臺磨煤機的測點超聲波信號進行采集，即采用并行技術通過一套信號采集設備同時對多臺磨煤機的超聲波信號進行并行形式的數據采集，降低了系統成本；本專利技術系統采用多臺計算專用工作站，每臺計算專用工作站分別同時承擔不同磨煤機的煤粉濃度計算，實現了并行技術的數據處理，提高了數據處理速度；由于超聲法測量采用了非接觸式測量，不受電廠環境的影響，該系統還具有穩定性和長期運行可靠性較高的優點。附圖說明圖1是本專利技術所述數據處理系統組成示意圖。附圖中序號說明：1：主控模塊；2：傳感器驅動通訊模塊；3：上位機通訊模塊；4：測量結果顯示、查詢和保存模塊；5：下位機通訊模塊；6：超聲波傳感器信號驅動機構；7：電廠DCS系統；8：顯示器；9：標準測量模塊；10：計算控制用工作站；11：高速數據采集器；12：微弱信號放大器；13：信號帶通濾波器。具體實施方式容易理解，依據本專利技術的技術方案，在不變更本專利技術的實質精神的情況下，本領域的一般技術人員可以想象出本專利技術基于并行處理的超聲法煤粉濃度測量用數據處理系統的多種實施方式。因此，以下具體實施方式和附圖僅是對本專利技術的技術方案的示例性說明，而不應當視為本專利技術的全部或者視為對本專利技術技術方案的限制或限定。現已一個已知發電機組為例，已知某電廠一臺300MW機組，6臺磨煤機，每臺磨煤機對應4個煤粉管道，每個管道對應一個煤粉濃度測點，共計24個煤粉濃度測點，超聲波頻率40KHz，每個測點兩個接收信號通道(對應兩個超聲波接收傳感器)，單次采樣時間0.1S，采樣速率10M采樣點/S，16位精度，單個接收通道每次采集的數據大小為2M字節，要求24個煤粉濃度測量點測量時間不大于1秒。如圖1所示，使用本專利技術技術方案建立的針對上述機組的高速數據處理裝置，包括：主控模塊1和六個標準測量模塊9，每臺磨煤機對應一個標準測量模塊9。其中主控模塊1為裝有控制程序的工控機，為了與其他部件通信，主控模塊1還包括傳感器驅動通訊模塊2，上位機通訊模塊3，測量結果顯示、查詢和保存模塊4和下位機通訊模塊5。傳感器驅動通訊模塊2與超聲波傳感器信號驅動機構6連接，用于主控模塊1向超向聲波發射傳感器發送驅動信號；上位機通訊模塊3與電廠DCS系統7(即分散控制系統)連接，用于主控模塊1將測量獲得的煤粉濃度數據傳送給電廠DCS系統測量結果顯示、查詢和保存模塊4與顯示器8連接，用于將測量結果顯示在顯示器8上，顯示器8還可以通過模塊4查詢和保存數據。測量結果顯示、查詢和保存模塊4與顯示器8連接，測量結果顯示、查詢和保存模塊4用于保存測量獲得的煤粉濃度數據，還可以將粉濃度數據測量結果送給顯示在顯示器8進行顯示上，操作人員也可以通過顯示器8在測量結果顯示、查詢和保存模塊4中還可以通過模塊4查詢測量本文檔來自技高網...

【技術保護點】
基于并行處理的超聲法煤粉濃度測量用數據處理系統，其特征在于，包括主控模塊以及與多臺磨煤機對應的多個標準測量模塊；所述主控模塊用于向其它模塊發送控制指令并存儲計算獲得的煤粉濃度數據；所述標準測量模塊用于采集每臺磨煤機的超聲波接收傳感器的超聲波信號并計算獲得每臺磨煤機各測點的煤粉濃度。

【技術特征摘要】
1.基于并行處理的超聲法煤粉濃度測量用數據處理系統，其特征在于，包括主控模塊以及與多臺磨煤機對應的多個標準測量模塊；所述主控模塊用于向其它模塊發送控制指令并存儲計算獲得的煤粉濃度數據；所述標準測量模塊用于采集每臺磨煤機的超聲波接收傳感器的超聲波信號并計算獲得每臺磨煤機各測點的煤粉濃度。2.如權利要求1所述基于并行處理的超聲法煤粉濃度測量用數據處理系統，其特征在于，主控模塊還包括傳感器驅動通訊模塊，上位機通訊模塊，測量結果顯示、查詢和保存模塊和下位機通訊模塊；其中，傳感器驅動通訊模塊與超聲波傳感器信號驅動機構連接，用于主控模塊向超向聲波發射傳感器發送驅動信號；上位機通訊模塊與電廠DCS系統連接，用于主控模塊將測量獲得的煤粉濃度數據傳送給...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王丹秋，
申請(專利權)人：南京中能瑞華電氣有限公司，
類型：發明
國別省市：江蘇;32