■　趙　云劉文婷李文俠〔北京中棉工程技術(shù)有限公司，北京0005〕〔國家棉花加工工程技術(shù)研究中心，北京0005〕

MAF型棉花加工安全防護系統(tǒng)在棉花加工廠的應(yīng)用

■趙云1劉文婷2李文俠2
〔1北京中棉工程技術(shù)有限公司，北京100052〕
〔2國家棉花加工工程技術(shù)研究中心，北京100052〕

項目名稱：MAF型棉花加工安全防護系統(tǒng)中試

棉花加工企業(yè)是一級防火單位，安全防護工作的重點是防止火災(zāi)。而目前棉花加工企業(yè)的安全防護工作重點主要是放在籽棉貨場和成品棉包庫房以及廠區(qū)和車間管理上，主要依賴于消防設(shè)施、管理制度和人的感官。在棉花加工生產(chǎn)車間，常常是擋車工聞到氣味或者發(fā)現(xiàn)冒煙了才緊急停車處理，缺乏科學(xué)的預(yù)警技術(shù)手段。

在棉花加工過程中，棉纖維是在機械作用下與棉籽和葉雜分開，由于各類物料的輸送基本全部使用氣力輸送技術(shù)，因此多種非棉纖維物質(zhì)與金屬機械碰撞產(chǎn)生火星而引燃的棉纖維隨輸送管道內(nèi)的空氣流動，極易發(fā)生燃燒。由國家棉花加工工程技術(shù)研究中心研發(fā)的MAF型棉花加工安全防護系統(tǒng)是針對棉纖維、棉短絨等纖維性物料在機械加工、氣力輸送過程中產(chǎn)生的微弱火星設(shè)計研制的火星檢測設(shè)備，適用于棉花加工生產(chǎn)線進行火情檢測。

一、系統(tǒng)功能和特點

(一)系統(tǒng)功能

MAF型棉花加工安全防護系統(tǒng)采用大視角、高靈敏度紅外線檢測探頭,應(yīng)用電源線載波通訊技術(shù)，通過傳感器將火警信息快速報告主機，主機根據(jù)用戶設(shè)置的參數(shù)發(fā)出指令，與棉花加工系統(tǒng)各加工設(shè)備聯(lián)動，并能啟動火患棉旁路排除執(zhí)行機構(gòu)，真正做到“防火于未燃”，以確保生產(chǎn)安全。

(二)系統(tǒng)特點

火情探測是根據(jù)監(jiān)測環(huán)境中火情的變化特征來識別火情發(fā)生發(fā)展過程中產(chǎn)生的氣(燃燒氣體)、煙(煙霧粒子)、熱(溫度)、光(火焰)等表征火情信號的物理或化學(xué)參量的方法或技術(shù)。火情產(chǎn)生早期一般采用檢測氣體和煙霧的方式進行，但是在棉花加工過程中產(chǎn)生的火星很小，由于高速氣流攜帶物料通過管道，待其發(fā)展成燃燒氣體和煙霧已經(jīng)造成大面積棉花的損毀，因此利用氣體和煙霧探測的方法無法避免損失。

本項目通過研究棉纖維火星的紅外光譜特性，使用紅外探測技術(shù)實現(xiàn)對棉纖維火星的探測與跟蹤，可以快速發(fā)現(xiàn)在管道內(nèi)高速運行的火星。

棉花加工工藝路線較長，有幾十臺機器設(shè)備，當(dāng)發(fā)生火情時，難以憑味覺、視覺在短時間內(nèi)找到火情發(fā)生點，會使火情迅速蔓延。本系統(tǒng)特有的編碼技術(shù)可以使發(fā)現(xiàn)火星的傳感器準(zhǔn)確鎖定火情位置，操作者會準(zhǔn)確無誤地對確定起火點進行處理，有效防止了火情蔓延，減少了財產(chǎn)損失和人力物力浪費。

二、系統(tǒng)工作原理

MAF型棉花加工安全防護系統(tǒng)主要由以下三部分組成。

(一)火星檢測傳感器

火星檢測傳感器檢測到火星輻射出的紅外光時，火星檢測傳感器內(nèi)的變送器將光波信號轉(zhuǎn)化為電信號，電信號經(jīng)放大處理后通過傳感器內(nèi)的二進制編碼開關(guān)將其編碼，以電源線載波通信方式傳送給火情監(jiān)控主機。

(二)火情監(jiān)控主機

火情監(jiān)控主機將接收到的信號調(diào)制解碼后，送入微處理器進行計算和處理，并輸出聲光報警、火患棉旁路排除機構(gòu)、開關(guān)量等控制信號，并顯示火星出現(xiàn)區(qū)域、時間。

(三)火患棉旁路排除機構(gòu)

火情監(jiān)控主機輸出電壓信號驅(qū)動電磁閥動作，壓縮氣體迅速將翻板打開把輸棉管道隔斷，將火患棉流入卸料器進行處理。

MAF型棉花加工安全防護系統(tǒng)工作原理框圖如圖1所示。

圖1　MAF型棉花加工安全防護系統(tǒng)工作原理框圖

三、系統(tǒng)中應(yīng)用的關(guān)鍵技

術(shù)

(一)適應(yīng)棉纖維火星特征識別的紅外探測技術(shù)

棉花火星中心點波長約為1 μm，現(xiàn)使用的火星檢測傳感器可以檢測到此類接近燃點的棉花火星及以上范圍明火的光波，并將其轉(zhuǎn)換成微弱的電信號，經(jīng)過放大電路將信號放大，再經(jīng)過編碼電路編碼后，輸出特定的信號傳輸給主機內(nèi)的控制電路，進行處理?；鹦菣z測傳感器工作原理如圖2所示。

圖2　火星檢測傳感器工作原理

(二)電源線載波通信技術(shù)

電源載波通信技術(shù)是將信號耦合到電源上以載波方式傳輸?shù)耐ㄐ偶夹g(shù)，火星檢測傳感器探測到火星產(chǎn)生電信號，電信號經(jīng)過編碼電路編碼耦合到電源線上傳輸，主機內(nèi)控制電路接收到火星檢測傳感器傳輸?shù)木幋a信號后，先將其通過譯碼電路進行解碼，再傳給單片機，單片機通過編程控制同時輸出不同的命令信號。

電源載波通信技術(shù)的應(yīng)用符合棉花加工廠復(fù)雜的工況環(huán)境，在保持系統(tǒng)穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)上，火星檢測傳感器可以多個串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)相結(jié)合的接線方式，方便布線、安全可靠。

四、棉花加工生產(chǎn)線火情隱患部位分析

籽棉喂料環(huán)節(jié)是棉花加工的第一道工藝，籽棉中難免存在一些金屬、石塊、磚瓦等密度很大、硬度很高的重雜物或硬雜物?，F(xiàn)在棉花加工廠大部分使用籽棉喂料機進行自動喂料，而籽棉喂料機中設(shè)有多個高速旋轉(zhuǎn)的刺釘輥筒，通過刺釘輥筒對籽棉進行快速打擊，起到開松和去雜作用，然后被吸棉管道吸入輸送管道進入生產(chǎn)車間。在這種機械化自動喂棉過程中，刺釘呈螺旋狀排列而且還有多個輥筒，硬性雜物很容易被刺釘打擊引起火星甚至引燃棉花。

籽棉經(jīng)過重雜物分離器、兩次以上的籽棉清理，大型重雜物基本被排除，也有些籽棉經(jīng)過多次的打擊破碎成小塊，隨配棉絞龍進入軋花機，軋花機內(nèi)的清花輥筒對籽棉再次進行打擊、開松、除雜后仍有部分小塊硬雜質(zhì)進入軋花工作箱中與高速旋轉(zhuǎn)的鋸片進行接觸，這是最容易產(chǎn)生火星的關(guān)鍵點，也是安全隱患最大的關(guān)鍵點。棉花加工過程中籽棉清理機、軋花機、皮棉清理機排出的小花頭、不孕籽棉、帶纖維籽屑等其中含有很多有使用價值的棉纖維或短纖維，但同時也含有各種各樣的雜質(zhì)，對清理回收設(shè)備危害極大，這也是火情安全隱患之一。

為此，本系統(tǒng)火星檢測傳感器主要安裝在較容易發(fā)生火警的工藝位置，例如：外吸籽棉管道中喂棉口附近的輸送管道、軋花機皮棉道、總集棉管道、不孕籽棉和下腳棉絨清理回收管道等關(guān)鍵部位。圖3為火星檢測傳感器在棉花加工生產(chǎn)線的典型應(yīng)用布局。

圖3　火星檢測傳感器在棉花加工生產(chǎn)線的典型應(yīng)用布局

五、實際應(yīng)用效果跟蹤

系統(tǒng)經(jīng)過近幾年在阿克蘇、庫爾勒、奎屯、精河等地的應(yīng)用和不斷的改進完善，精確監(jiān)測火星位置、及時報警并聯(lián)動生產(chǎn)線相關(guān)設(shè)備等功能運行穩(wěn)定，在減少處理火情的時間，提高生產(chǎn)效率，減少人力和物力的浪費等方面得到廣大用戶的認(rèn)可。

六、結(jié)論

本文通過對本系統(tǒng)的工作原理、關(guān)鍵技術(shù)研究以及對棉花加工生產(chǎn)線上火情隱患部位的分析，MAF型棉花加工廠安全防護系統(tǒng)在棉花加工生產(chǎn)線上應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)在線實時監(jiān)測、準(zhǔn)確鎖定火星所在位置、及時報警、快速執(zhí)行排火，真正實現(xiàn)了防火于未燃，具有廣闊的應(yīng)用前景。☆

基金項目：農(nóng)業(yè)科技成果轉(zhuǎn)化資金項目(2013GB24420649)