راهنمای نصب سنسور تشخیص شعله صنعتی AGD01

AGD01 که در صنعت با اصطلاحاتی نظیر اسکنر شعله ، شعله بین، فلیم اسکنر یا فلیم دتکتور دو تکه شناخته می شود، براي تشخيص تشكيل شدن شعله در داخل محفظه احتراق به كار مي‌رود و هدف آن جلوگيري از تزريق سوخت به داخل محفظه احتراق در صورت عدم تشكيل شعله است. در صورت خاموش شدن شعله حفاظت اين سيستم در يك ثانيه عمل كرده و فرمان بسته شدن دریچه سوخت را صادر می‌کند. با این عمل از تجميع سوخت داخل محفظه احتراق و انفجار احتمالي جلوگيري می‌شود. برای دانلود کاتالوگ این محصول و مشاهده تمامی شعله بین های SET به صفحه شعله بین صنعتی مراجعه نمایید.

اجزاي تشکیل دهنده AGD01

AGD01 از دو قسمت تشكيل شده است (شکل 1):

حسگر شعله
کارت آنالیز شعله

اسكنر شعله از طريق يك روزنه در محفظه احتراق، امواج نورانی ساطع شده از شعله را دریافت و توسط حسگر نوری به سيگنال الكتريكي تبدیل مي‌كند. سپس سيگنال دریافتی از حسگر نوری در پردازنده دیجیتال، بررسی و مشخصات کیفیت شعله استخراج می‌شود. پردازنده دیجیتال، مشخصات کیفیت شعله توسط یک بستر ارتباط سریال به سيستم كنترل مرکزی حفاظت شعله و یا اتاق کنترل مرکزی ارسال می‌کند.

این سیستم قابلیت عمکرد در شرایط محیطی سخت مانند دمای 70 درجه سانتی‌گراد را دارد.

ساختار شماتیک سنسور شعلهAGD01

در AGD01 از یک پردازنده 32بیتی دیجیتال از خانواده ARM استفاده شده است (شکل 2). این پردازنده علاوه بر اجرای وظیفه اصلی اسکنر شعله، قابلیت‌های جدیدی زير نیز ارائه می‌کند:

اسكنر دیجیتال قابليت تشخيص درصد طيف نوري را دارد به اين معني كه چند درصد طيف دريافت شده از شعله UV و چند درصد ان IR مي‌باشد. با اين قابليت امكان سنجش كيفيت شعله داخل محفظه احتراق و مقايسه ان با يك شعله ايده‌ال بوجود مي‌آيد.
قابليت تشخيص شدت شعله در داخل محفظه احتراق.
اسكنر دیجیتال داراي نرم افزار مخصوص مي‌باشد كه با وصل شدن به كارت امپلي فاير، امكان تشخيص وضعيت شعله و بررسي آن را مي‌دهد (شکل 8).
ثبت دماي داخل اسكنر در بازه دراز مدت كه امكان بررسي دماي داخل اسكنر را مي‌دهد. بنابراین، موضوع ترك برداشتن سايت گلاس و نشت هواي داغ به راحتي با بررسي دماي اسكنر قابل تشخيص خواهد بود.
انتقال داده به صورت دیجیتال در بستر فیزیکی RS485 و پروتکل MODBus. این روش ارسال داده بسیار نصب به نویز محیطی ایمن و اثرات مخرب سیگنال‌های مزاحم در آن بسیار کم است.

حسگر نوری

یکی از روش‌های تشخیص شعله به خدمت‌گرفتن حسگرهای نوری است. حسگرهای نوری، با دریافت نور سیگنالی الکتریکی تولید می‌کنند. هر چه شدت نور بیشتر باشد؛ دامنه سیگنال خروجی این حسگر بزرگتر است. بنابراین به راحتی می‌توان با استفاده از این نوع از حسگرها بدون نزدیک شدن به شعله و از فاصله‌ای دور شعله را تشخیص داد.

بزرگترین مشکل در به کارگیری حسگرهای نوری برای تعیین شعله، اختلالات ناشی از نور زمینه و هم‌چنین تغییرات رفتار حسگر با دما است. تابش اشعه مادون قرمز ناشی از اجسام داغ به راحتی توسط حسگرهای نوری اندازه‌گیری می‌شود. این طیف نورانی در هنگام عدم حضور شعله نیز از اجسام داغ ساطع می‌شود که به راحتی تصمیم گیری برای وجود و یا عدم وجود شعله را با خطا مواجه می‌کند. نور زمینه ناشی از تابش خورشید، لامپ‌های تنگستن و فلورسنت نیز تشخیص شعله را با پیچدگی روبرو می‌کند. البته به علت بسته بودن توربین گازی روشنایی محیطی در آن چندان تاثیری ندارد. بهر حال برای جلوگیری از این اختلالات بهترین روش تشخیص شعله، اندازه‌گیری میزان تغییرات متناوب و لحظه‌ای شعله است. این مشخصه به سوسو زدن شعله (Flame Flicker) معروف است. در شکل 3 شعله در خروجی یک مشعل نشان داده شده است.

معمولاً شعله در خروجی مشعل را می‌توان به سه ناحیه تقسیم کرد. ناحیه نزدیک به خروجی سوخت که طیف نوری آن اغلب در بازه UV است و فرکانس سوسو زدن آن بالا است. اگر سوخت توربین گازوئیل و یا مازوت باشد شدت این طیف کاسته شده طیف نوری در این ناحیه به سمت مرئی می‌رود. ناحیه میانی شعله که طیف نوری آن مرئی و مادون قرمز با فرکانس سوسو زدن بالا است. ناحیه سوم انتهای شعله است که طیف نوری آن کمی در ناحیه مرئی و بیشتر در ناحیه مادون قرمز است. فرکانس سوسو زدن نور شعله در این ناحیه کم است.

از آنجاکه در توربین‌های گازی ممکن است از سوخت‌های متفاوت مانند گاز طبیعی، گازوئیل و یا مازوت استفاده شود، در اغلب سیستم‌های تشخیص شعله، بر روی سوسو زدن ناحیه میانی شعله متمرکز می‌شوند. زیرا این ناحیه در اغلب سوخت‌ها مشابه است. از این‌رو اغلب حسگر‌ها شعله برای نور مرئی و مادون قرمز می‌باشند.

حسگر نوری استفاده شده در AGD01، از يك حسگر دو رنگ (Two-Color Sensor) كه به يك پیش‌تقویت‌کننده متصل است، تشكيل شده است.

حسگر دو رنگ نوری، شامل يك بخش سيليكون در جلوي سنسور و يك بخش سولفيد سرب كه در پشت آن قرار دارد مي باشد و طيف نوري از 250 تا 2700 نانومتر را پوشش مي دهد. هم‌چنين بخش سليكون به عنوان يك فيلتربالاگذر براي سولفيد سرب عمل كرده و مانع رسيدن طول موج كوتاه نامناسب به آن مي شود. بعد از تقويت سيگنالهاي دريافتي هر دو سيگنال با هم جمع شده و طيف نوري گسترده اي از ماوراي بنفش (UV) تا مادون قرمز(IR) را پوشش مي دهد به همين دليل از اين اسكنر براي تشخيص شعله سوخت‌هاي مختلف مانند گاز مي‌توان استفاده كرد.

مشخصات شعله

یک نمونه سیگنال خروجی حسگر نورانی شعله در شکل 4 آمده است. مشخصاتی که از این سیگنال می‌توان استخراج نمود شامل شدت شعله، شدت سوسو زدن شعله و فرکانس سوسو زدن شعله است.

شدت شعله میزان میانگین سیگنال خروجی حسگر است.

شدت سوسو زدن شعله، دامنه متناوب سیگنال خروجی حسگر است.

فرکانس سوسوزدن، فرکانس سگنال متناوب خروجی حسگر است.

این سه مشخصه از شعله به سهولت توسط پردازنده دیجیتال استخراج می‌شود. اما همان‌گونه که پیش‌تر بیان شد، برای جلوگیری از هرگونه اختلالات نورانی محیطی، بهترین روش تشخیص وضعیت شعله، اندازه‌گیری شدت سوسو زدن شعله است.

سیگنا‌ل‌های ورودی/خروجی حسگر شعله

ارتباط الکتریکی حسگر شعله و کارت آنالیز شعله،‌ توسط یک دسته سیم 5 رشته‌ایی انجام می‌شود. دو رشته سیم برای انتقال ولتاژ تغذیه 24 ولت از کارت آنالیز به حسگر شعله است. سه رشته سیم نیز برای بستر فیزیکی ارتباط سریال RS485 می‌باشد. برا ی ایجاد ارتباط در بستر فیزیکی RS485 از پروتکل ModBus استفاده شده است. در سیستم کارت آنالیز به عنوان Master و حسگر شعله به عنوان Slave پیکربندی شده اند (شکل 5). برای به حداقل رساندن نویز مداری در این دسته سیم، سیم زمین واحد تغذیه از زمین بستر RS485 جدا شده است.

داده‌های خروجی از حسگر، شامل مشخصات شعله است که توسط خط سریال به کارت آنالیز شعله ارسال می‌گردد. داده ارسالی در جدول 1 آمده است.

جدول 1) داده ارسالی از حسگر شعله به کارت آنالیز شعله

داده	بازه تغییرات
میزان سوسو زدن شعله	0 … 1000
میزان روشنایی شعله (UVS)	0 … 1000
میزان روشنایی شعله (IR)	0 … 1000
فرکانس سوسو زدن شعله	0 … 500 هرتز
دمای حسگر	20- … 100+ درجه سانتی‌گراد
حالت حسگر شعله	سالم / معیوب

سیگنا‌ل‌های ورودی/خروجی کارت آنالیز شعله

کارت آنالیز شعله دارای یک پایانه اصلی و یک پایانه جانبی برای ارتباط سریال RS232 است.

در شکل 6 سیگنال‌های ورودی خروجی در پایانه اصلی کارت آنالیز شعله نشان داده شده است. با بستر RS232 داده‌های جدول 2در اتاق کنترل مرکزی در اختیار کاربر قرار می‌گیرد. در شکل 7 سیگنال‌های ورودی خروجی در پایانه حسگر شعله نشان داده شده است.

جدول 2) داده ارسالی از اسکنر شعله به سیستم کنترل مرکزی حفاظت شعله

داده	بازه تغییرات
شدت شعله	0 … 100 درصد
شدت سوسو زدن شعله	0 … 100 درصد
فرکانس سوسو زدن شعله	0 … 500 هرتز
دمای اسکنر	20- … 100+ درجه سانتی‌گراد
حالت	اسکنر سالم / معیوب

هم‌چنین با استفاده از نرم‌افزار
Flame Scanner Explorer نیز می‌توان مستقیم این داده‌ها را مشاهده نمود (شکل 8).

راه اندازي AGD01

کارت آنالیز شعله بر روي رك19 باز يا بسته درداخل تابلوي كنترلي يا بر روي ديوار نصب مي‌شود. محل نصب کارت بايد به گونه‌اي باشد كه هيچ‌گونه لرزشی نداشته باشد.

اسكنر شعله داراي جاپيچ هاي بزرگ است كه عمليات نصب ان را آسان می‌سازد. پيچ‌هاي روي اسكنر بايد توسط مهره محكم شوند تا بر اثر لرزش باز نشود. بهتر است براي اتصال اسكنر به محفظه احتراق از فلنج استوانه‌اي استفاده شود و زاويه ديد اسكنر بايد بگونه‌اي تنظيم شود كه در همه بارها، امكان رويت شعله وجود داشته باشد. منفذ رويت شعله تا حد امكان بايد به شعله نزديك باشد. بهترين زاويه نصب منفذ رويت شعله به اين گونه است كه از یک سوم ابتدايي تا یک سوم میانی از ريشه شعله در همه بارهاي مختلف، تحت زاويه 3 تا 15 درجه قابل رويت باشد. طول و قطر منفذ رويت شعله تاثير مستقيم بر ارزيابي شعله مي‌گذارد چرا كه زاويه ديد سنسور اسكنر را مشخص مي كند. با توجه به اين زاويه ديد، سنسور اسكنر بخش خاص از شعله را مي بيند. در صورتي كه منفذ رويت داراي حرارت بالا است، از عايق حرارتي براي اسكنر شعله استفاده كنيد.

برای نصب كابل بين كارت آنالیز شعله و اسكنر شعله در مسيرهاي طولاني، جهت جلوگيري از تداخل نويز، توصيه مي‌شود از كابل 6 سيم كه دو تا از سيمها داراي شيلد جداگانه هستند استفاده شود. كابل مورد نظر بايد در برابرمواد روغني و اسيدي و بازي مقاومت لازم را داشته باشد و دماي بين 20- تا 90+ درجه سانتی‌گراد را تحمل كند.

موارد زير هنگام نصب كابل بايد مورد توجه قرار گيرد:

كابل مورد نظر نبايد موازي با كابل ولتاژ بالا كشيده شود.در صورتي كه اين امر اجتناب ناپذير باشد حداقل فاصله بين انها را رعايت كنيد.
شيلد كابل بايد در انتهاي مسير با حداقل مقدار مقاومتي وسلفي به مرجع مورد نظر متصل شود.
تمامي سيم‌هاي كابل و شيلد براي سيستم‌هاي شعله بين بايد از يكديگر ايزوله باشند. تنها يك اتصال با مقاومت نشتي كم بر روي ارت الكترونيكي مجاز مي‌باشد.

راهنمای مشاهده و تنظیم کارت آنالیز

همان‌گونه که پیشتر بیان شد، اسكنر شعله دیجیتال دارای قابلیت‌های فراوانی است. این قابلیت در صفحه کارت آنالیز قابل مشاهده و تنظیم می‌باشد. صفحه کارت آنالیز و اجزاء آن در شکل 9 نشان شده است.