梅帥杰 梁爽

摘 要：在風(fēng)管、刨床、干燥、螺旋等等的輸送過程中，特別是粉塵的傳輸過程經(jīng)常會產(chǎn)生一些不為人注意的微小火花[1]，從而造成嚴(yán)重的后果。若這個火花產(chǎn)生在除塵系統(tǒng)之外，通常不會引起火災(zāi)事故，但是這個火花如果沒有被及時發(fā)現(xiàn)，并被吸塵管道吸入，將進(jìn)入隱燃狀態(tài)。當(dāng)它到達(dá)除塵室，由于氣壓回升到接近常壓，將會恢復(fù)明火燃燒，而引起較大事故。[2]本粉塵管道運輸中火花探測系統(tǒng)直接對管道中的危險火花進(jìn)行探測，并將信號傳至上位機(jī)?？傮w來說火花探測系統(tǒng)有三大模塊：火花探測傳感器、火花控制處理器和上位機(jī)監(jiān)控管理系統(tǒng)，可以起到遇到預(yù)防火災(zāi)和爆炸的作用，從根源上消除安全隱患。

關(guān)鍵詞：火花探測；傳感器；控制器；預(yù)防監(jiān)控

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.13.127

1 引言

粉塵的火災(zāi)和爆炸往往會造成財產(chǎn)的巨大損失，具有極強(qiáng)的破壞性，可能會中斷生產(chǎn)，甚至危及人身安全，且容易產(chǎn)生二次爆炸。二次爆炸時，粉塵濃度一般比一次爆炸時高得多，故二次爆炸威力比第一次要大得多。近些年來，國家針對相關(guān)排放企業(yè)的提出必須帶有過濾和火災(zāi)報警系統(tǒng)，在國外，相關(guān)火花探測系統(tǒng)的技術(shù)研發(fā)已經(jīng)相當(dāng)成熟。而國內(nèi)卻相當(dāng)空白，因粉塵發(fā)生的爆炸事故頻發(fā)，許多中小型企業(yè)甚至沒有安裝相關(guān)檢測系統(tǒng)，因此火花探測系統(tǒng)的開發(fā)研究迫在眉睫。

2 粉塵火花探測及熄除系統(tǒng)基本工作原理和組成部分

本系統(tǒng)首先研究粉塵輸送管道中各類火花特征光譜，對高速光敏器件進(jìn)行選型，匹配探測波長，確保探頭能探測到最小的火花顆粒，具備高靈敏性，同時可穿透高密度塵埃進(jìn)行探測。

在完成火花特征光譜研究和光敏器件選型后，搭建模擬火花生成環(huán)境，參照管道環(huán)境布置傳感器。同時搭接傳感器調(diào)理電路，測量分析光敏器件在模擬火花環(huán)境中的電特性參數(shù)，修正調(diào)理電路參數(shù)。通過光電檢測技術(shù)、信號處理技術(shù)實現(xiàn)火花探測系統(tǒng)傳感器模擬信號調(diào)理[3]。

下一步使用嵌入式技術(shù)、計算機(jī)通訊技術(shù)及軟件編碼實現(xiàn)下位機(jī)、上位機(jī)開發(fā)。通過arduino和通訊接口的軟硬件結(jié)合，實現(xiàn)模擬信號數(shù)字化采集及通訊協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)。上位機(jī)端通過協(xié)議解析，獲取下位機(jī)傳送的火花信息，進(jìn)行綜合顯示。

火花處理控制器（下位機(jī)）通過傳感器以及其他模塊來采集并且轉(zhuǎn)換模擬信號等，并將信號傳輸至上位機(jī)設(shè)備。火花探測系統(tǒng)由火花探測頭檢測火花特征光譜，探測火花或余火的存在，把報警信號發(fā)送給控制臺，再由控制臺給出相對應(yīng)的措施。控制臺可通過網(wǎng)絡(luò)化通訊方式接收到來自一個或多個火花處理控制器傳感器的警報信號，方便工作人員統(tǒng)一管理。

本系統(tǒng)組成部分如下：

2.1 火花探測傳感器

整個系統(tǒng)的前提是對火花信號的精確檢測，要求火花探測傳感器能夠快速準(zhǔn)確捕獲經(jīng)過輸送管道整個橫截面的危險因素火花，甚至夾帶在高密度物料中間的火花也能夠被檢測到，以完成大面積、高速度的火花探測。此外，火花探測傳感器結(jié)構(gòu)部件的設(shè)計對整個工業(yè)現(xiàn)場不產(chǎn)生負(fù)面影響，火花探測傳感器在安裝簡易性的同時也要保證輸送型管道的封閉性。

傳感器名稱測量波長探測角度

PIN硅光電二極管 300-1100nm 65度

單路火焰?zhèn)鞲衅髂K 760-1100nm 60度

雙路火焰?zhèn)鞲衅髂K 760-1100nm 60度

五路火焰?zhèn)鞲衅髂K 700-1100nm 大于120度

BPW34硅光電池 400-1100nm 65度

2.2 火花處理控制器

系統(tǒng)實時接收火花探測傳感器檢測信號，并根據(jù)信號類型數(shù)目做出相應(yīng)判斷。在工業(yè)管道輸送過程中，為了確保實時性，該裝置需要沒有間斷的進(jìn)行火花檢測。因此，火花處理系統(tǒng)支持計數(shù)多個火花探測傳感器的信號采集，系統(tǒng)信號干擾小，能夠?qū)崿F(xiàn)信號的準(zhǔn)確接收。

2.3 上位機(jī)監(jiān)控管理系統(tǒng)

整個系統(tǒng)的上位機(jī)監(jiān)控管理系統(tǒng)提供友好、直觀的交互界面，方便操作人員了解系統(tǒng)運行狀態(tài)及對監(jiān)控區(qū)域的觀察及控制，做出高效有用的決策。

三大模塊之間需要穩(wěn)定而及時的通訊建立與系統(tǒng)本身的高可靠性，所以火花探測系統(tǒng)還有如下通訊功能；此系統(tǒng)需要將數(shù)據(jù)反饋到上位機(jī)監(jiān)控管理系統(tǒng)，以便于用戶對監(jiān)控狀態(tài)及系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行觀察、判斷、控制和記錄。當(dāng)然，由于工業(yè)現(xiàn)場的廣闊性，監(jiān)控范圍過大，單個火花處理控制器所接傳感器個數(shù)有限，需要多個控制單元協(xié)調(diào)工作，實現(xiàn)多模塊的多機(jī)擴(kuò)展?；鸹ㄌ綔y系統(tǒng)設(shè)計正當(dāng)?shù)耐ㄐ艆f(xié)定，用以保證上下位機(jī)、多模塊擴(kuò)展等傳輸數(shù)據(jù)的可靠性。

3 總結(jié)

（1）本文致力于研發(fā)一套包含火花探測傳感器、火花處理控制器以及上位機(jī)系統(tǒng)等模塊的完整的粉塵火花及熄除系統(tǒng)，火花處理控制器模塊進(jìn)行擴(kuò)展數(shù)據(jù)通訊，并且選擇CAN 總線與上位機(jī)系統(tǒng)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，從來一個上位機(jī)系統(tǒng)可以控制多個控制器以達(dá)到監(jiān)測較廣范圍區(qū)域的目的。本文所設(shè)計的火花探測傳感器由于檢測波段為近紅外范圍，故具有一定局限性。而針對一些其他危險情形，可以選擇設(shè)計其他的探測元器件以達(dá)到檢測要求。

（2）本文所設(shè)計的系統(tǒng)只用于工業(yè)現(xiàn)場監(jiān)測，但是在輸送管道中的爆炸產(chǎn)生的原因可能是方方面面的，所以在設(shè)計中傳感器時可以同時加入粉塵濃度、溫濕度等參數(shù)來達(dá)到全方位安全監(jiān)測的目的。

參考文獻(xiàn)：

[1]阿濟(jì)格.粉塵爆炸事故頻發(fā)科學(xué)防治是關(guān)鍵[N].中華合作時報，2011-06-07C03.

[2]汪秀清，石建中，王正綱.紡織工業(yè)中火花探測熄滅系統(tǒng)的應(yīng)用[J].中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2012（02）：102-105.

[3]董雙文，宮偉.電子測量技術(shù)在人造板行業(yè)的應(yīng)用[J].中國人造板，2014（09）：8-11.